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Steroide - Grundkörper

Den Steroiden gemeinsam ist ein Molekülkern, der aus vier gesättigten Ringen besteht und Gonan heißt. Manche Steroide tragen am Ende des Steroidkerns noch eine Seitenkette, die wir beim Cholestran sehen, dem Grundkörper der Sterole (Steroid-Alkohole).

Raumstruktur

Die vier Ringe der Steroide unterscheidet man mit den Buchstaben A, B, C und D. Wegen der tetraedrischen Kohlenstoff-Einfachbindungen sind die Ringe nicht eben sondern gewinkelt. Man kennt verschiedene Ring-Konformationen, die mit "Sessel" (engl. chair), "Boot" (boat) und "verdreht" (twisted) bezeichnet werden. Die Sessel- und Boot- Konformation kommen höufig vor. Fünfringe können eine als "Umschlag" (envekope) bezeichnete Konformation einnehmen. Während einzelne Ringe bei Raumteperatur von einer in die andere Konformation überführt werden können, ist dies beiden Steroiden nicht mehr ohne weiteres möglich.
Substituenten am Steroidkern liegen entweder in der Ringebene (e = äquatorial) oder sie stehen annähernd senkrecht dazu (a = axial). Wenn sie bei räumlicher Darstellung eher auf den Betrachter weisen, deutet man dies mit einem durchgezogenen Bindungsstrich an (ß-ständig). Hinter die Darstellungseben weisende Substituenten (alpha-ständig) werden mir einer gestrichelten Bindung gezeichnet. Die sog. "angulären" Methyl-Gruppen an C-10 und C-13 der Streroide sind stets ß-ständig.
Benachbarte Ringe können in einer Ebene liegen ("trans") oder zueinander gewinkelt stehen (cis). Dies hängt von der Stellung der Substituenten an den geminsamen Ring-C-Atomen ab, die cis- oder trans-ständig zur angulären Methyl-Gruppe an C-10 angeordnet sein können. Die an den Ringschnittstellen liegenden Substituenten der Steroide sind meinst trans-ständig. Der Steroidkern ist insgesamt fast eben und sieht etwa wie ein flaches Scheibchen aus. Ausnahmen bilden nur die gewinkelten Ecdysteroide und Gallensäuren (bei diesen ist A:B cis), sowie Herzglycoside und Krötengifte.
Eine realistische Vorstellung der räumlichen Struktur der Steroide gibt das van der Waals-Modell des Cholesterols. Die vier Ringe bilden ein recht starres Gerüst, an dem die wesentlich beweglichere Seitenkette hängt.
Steroide sind relativ unpolar (hydrophob). Einzelne polare Gruppen, z.B. Hydroxy- oder Oxo-Gruppen, können ihnen aber einen amphiphilen Charakter verleihen. Diese Eigenschaft ist besonders bei den Galensäuren ausgeprägt.

Steroide: Übersicht

Die drei wichtigsten Gruppen der Steroide sind die Sterole, die Gallensäuren und die Steroidhormone. Daneben finden sich besonders in Pflanzen Verbindungen mit Steroidstrukturen, die durch ihre pharmakologische Wirkung auffallen: Steroidkaloide, Digitaloide und Saponine.

Sterole

Sterole sind Steroidalkohole. Sie tragen an C-3 eine ß-ständige Hydroxy-Gruppe und besitzen eine oder mehrere Doppelbindungen in Ring B und der Seitenkette; weitere Sauerstoff-Funktionen wie Carbonyl- und Carboxy-Gruppen fehlen.
Das wichtigste tiereische Sterol ist das Cholesterol (Cholesterin). In Pflanzen und Mikroorganismen findet man statt Cholesterol eine größere Vielfalt ähnliche Sterole, z.B. das Ergosterol, das ß-Sitosterol und das Stigmasterol.
Cholesterol kommt in allen tierischen Geweben vor, besonders im Nevengewebe. Es ist ein wesentlicher Bestandteil der zelullären Membranen, in denen es die Fluidität regelt. Speicher- und Transportform des Cholesterols sind seine Ester mit Fettsäuren. In den Plasma- Lipoproteinen kommen Cholesterol und seine Fettsäure-Ester mit anderen Lipiden vergesellschaftet vor. Cholesterol ist Bestandteil der Galle und findet sich in vielen Gallensteinen. Seine Biosynthese, der Stoffwechsel und Transport werden an anderer Stelle behandelt.
Besondere Bedeutung hat Cholesterol für die Entstehung von Arteriosklerose, bei der sich im Zusammenhang mit einem zu hohen Cholesterol-Plasmaspiegel arterielle Gefäßwände verändern und verkalken. Ernährungsphysiologisch wichtig ist, daß pflanzliche Nahrung arm an Cholesterol ist. Tierische Kost kann dagegen viel Cholesterol enthalten, das besonders in Eigelb, Fleisch, Leber und Gehirn vorkommt.

Gallensäuren

Aus Cholesterol werden in der Leber die Gallensäuren gebildet. Man kann sich ihre Struktur von Cholesterol ableiten. Chrakteristisch ist die um drei C-Atome verkürzte Seitenkette, deren letztes C-Atom zur Carboxy-Gruppe oxydiert ist. Die Doppelbindung in Ring B ist reduziert und die Ringe A und B stehen cis-ständig zueinander. Ein bis drei alpha-ständige Hydroxy-Gruppen finden sich am Steroidkern, und zwar in den Positionen 3, 7 und 12.
Gallensäuren halten das Cholesterol der Galle in Lösung und fördern die Verdauung von Lipiden. Cholsäure und Chenodesoxycholsäure sind primäre Gallensäuren, die von der Leber gebildet werden. Ihre Dehydroxylierung an C-7 durch Mikroorganismen der Darmflora führt zu den beiden sekundären Gallensäuren Lithocholsäure und Desoxycholsäure.

Steroidhormone

Mengenmäßig von geringer, aber physiologisch von großer Bedeutung ist die Umwandlung des Cholesterols in die Steroidhormone. Diese bilden eine Gruppe von lipophilen Signalstoffen, die den Stoffwechsel, das Wachstum und die Reproduktion steuern.
Der Mensch besitzt sechs Steroidhormone, das Progesteron, Cortisol, Aldosteron, Testosteron, Stradiol und Calcitriol (Calciferol). Diese Steroide tragen mit Ausnahme des Calcitriols, entweder gar keine oder nur eine kurze, aus zwei C-Atomen bestehende Seitenkette. Charkateristisch ist eine Oxo-Gruppe an C-3 und die dazu kunjugierte Doppelbindung an C-4/C-5 in Ring A. Unterschiede finden sich in den Ringen C und D: Estradiol ist in RIng A aromatisch, seine Hydroxy-Grppe hat deshalb phenolischen Charakter. Calcitriol weicht von den übrigen Wirbeltier-Steroidhormonen ab, es enthält noch das ganze C-Gerüst des Cholesterols, ist aber durch die lichtabhängige Öffnung des Ringes B zu einem sogenannten "Secosteroid" (Steroid mit geöffnetem Ring) abgewandelt.
Ecdyson ist das Steroidhormon der Arthropoden. Man kann in ihm eine frühe Form der Steroidhormone sehen. Auch in Pflanzen kommen Steroide mit Signalfunktion vor.