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Chemie in Rheinland-Pfalz ZUM
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Autoren: C.Brunker, M.Schillen, S.Schreiber
Hormone
Hormone sind heterogene Substanzen, die in bestimmten Organen gebildet
und in die Blutbahn abgegeben werden. Die hormonalen Steuerungssysteme
im Körper sprechen langsamer an und lassen trotz Organspezifität
generalisierte Effekte von längerer Dosis aus. Hormone wirken am Zielort
an ganz bestimmten Zellen (Targetzellen), die spezifische Rezeptorstrukturen
besitzen. Diese Rezeptoren haben die Fähigkeit diese Hormone zu erkennen.
Eine Untergruppe der Hormone sind die Steroidhormone, die sich vom
Cholesterin ableiten lassen. Hierzu zählt man auch die Sexualhormone
(Androgene, Östrogene) und Hormone wie Aldosteron (reguliert die Nierenfunktion)
und Cortison.
Nebennierenrindenhormone
Cortikoide und Corticosterone sind eine Gruppe von Steroidhormonen.
Diese werden in der Nebennierenrinde gebildet. Dort sind über 30 Steroide
gefunden worden, von denen nur einige als Hormone wirken. Ein Vorteil der
Steroidhormone ist ihr lipophiler Charakter (Fettlöslichkeit), durch
den sie problemlos durch Zellmembranen gelangen können. Daher erklärt
sich auch die vielfältige Wirkung der Steroid-Hormone.
Die Nebennierenrindenhormone werden nach ihrer Hauptwirkung auf den
Mineral- oder Kohlenhydratstoffwechsel in zwei Gruppen eingeteilt:
1. Mineralcortikoide
2. Glycocortikoide
Mineralcortikoide steuern die Plasmakonzentration von Natrium- und Kaliumionen einschließlich der Retention von Wasser, d. h. eine verstärkte Wasserbindung im Körper. Sie wirken blutdruckerhöhend.
Glycocortikoide bewirken, über eine Förderung
des Proteinabbaus und der zur Verfügungstellung
von Aminosäurebausteinen für die
Glycogenese, eine Erhöhung des Blutzuckerspiegels
und vermehrte Glycogenbildung der Leber. Glycocortikoide
haben eine antipologische (entzündungshemmende),
antiallergische, antiexsuditative und immunsuppressive Wirkung.
Jedoch haben Glycocortikoide auch immer eine mineralcorticoide Wirkung,
jedoch von unterschiedlicher Intensität.
Die wichtigsten natürlichen Vertreter der Glycocortikoide
sind:
Cortisol (Hydrocortison)
Cortison
Fludrocortison
(Der Unterschied zwischen Cortisol und Cortison
liegt am 11-ten C-atom. Bei Cortisol liegt eine OH-Gruppe als Substituent
vor, bei Cortison eine Carbonylgruppe (Ketogruppe).)
Es gibt auch eine Vielzahl synthetisch hergestellter Glycocortikoide:
Prednisolon / Prednison
Betamethason
Vorteil von synthetisch hergestellten Glycocortikoiden:
Prednison und Prednisolon besitzen eine 5mal stärkere Glycocortikoidwirkung
als Hydrocortison bei auf 1/3 reduzierter Mineralcortikoidwirkung. Durch
chemische Veränderung kommt es zu einer Steigerung der entzündungshemmenden,
jedoch zu einer weitgehenden Eleminierung der blutdruckerhöhenden
Wirkung. Außerdem ist die Wirkungsdauer bei den synthetischen Glycocortikoiden
länger. Dadurch ist eine bessere Dosierung möglich.
Cortison selbst kommt kaum zum Einsatz, denn es gibt weit wichtigere
und wirkungsvollere Glycocortikoide.
Syntheseweg:
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Das Cholesterin, Cholesterol (kleines Bild), ist ein 16,17-Dihydro-15 H-cyclopenta[a]dodecahydro-3b-hydroxyphenathren mit Methyl-Gruppen an C-10 und C-13 und einer Seitenkette an C-17. Es ist Ausgangssubstanz für die Synthese der Steroidhormone. Cholesterin, Semitrivialname: 5-Cholesten-3b-ol, ist das häufigste Steroidhormon im menschlichen Körper, der es zu 200g enthält. |
Da Steroidhormone 21 oder weniger C-Atome besitzen, muss vom Cholesterin, dass 27 besitzt die Seitenkette abgespalten werden. Dies geschieht über die Hydroxylierung des C-20 und daraufhin des C-22 Atoms. Es entsteht ein Zwischenprodukt, das 20a,22bDihydroxycholesterin. Die Reaktion zur Abspaltung der Seitenkette wird durch das Enzym Desmolase katalysiert, wobei drei NADPH und drei O2 verbraucht werden.
Nach unseren Überlegungen läßt sich die Reaktion
so erklären:
Am 20-sten und 22-sten C-atom entstehen durch die starken Elektronegativitätsdifferenzen
positive Ladungsschwerpunkte, durch die, aufgrund starker Abstoßungseffekte,
die C-C-Bindung aufgebrochen wird. Die sp3-sp3-s-Bindung
der C-Atome wird so aufgespalten, dass die sp3-sp3-s-Bindungselektronen
an die Seitenkette abgegeben werden, und sich hier eine negative Ladung
bildet. Daraus folgend bildet sich am C-20 Atom eine positive Ladung, die
dazu führt, dass das C-Atom eine pz-pz-p-Bindung
mit dem O-Atom eingeht und H+ abgespalten wird. Dieses H+
-Ion reagiert sofort mit dem negativ geladenen C-Atom der abgespalteten
Seitenkette, zu einem primären Alkohol, dem 4-Methylpentanol.
So entsteht das Pregnenolon.
Dieses wird über drei Hydroxylierungsreaktionen zum Cortison synthetisiert. Die Hydroxylierungen erfolgen am C-17, C-11 und C-21 Atom.
Die Hydroxylierung erfolgt nach folgendem Schema:
NADPH+H+ gibt seine energiereichen Elektronen an ein Flavoprotein
ab, welches sie an das Adrenodoxin, ein Nicht-Häm-Eisenprotein, abgibt.
Dieses Adrenodoxin gibt ein Elektron an das Cytochrom P450-System
ab, welches als wesentlichen Bestandteil ein Fe3+-Kation enthält.
Dieses Fe3+ wird durch das Elektron zu Fe2+ umgewandelt
(reduziert) und reagiert mit O2. Es entsteht ein Fe2+-O2-Komplex,
der sich durch Zugabe eines weiteren Elektrons zu einem Fe3+-O22--Komplex
umwandelt. Jetzt spaltet sich das O2 vom Fe3+ ab,
d.h. es teilt sich in ein O2--Anion (aktivierter Sauerstoff),
das mit zwei H+ -Ionen Wasser bildet und in ein O-Atom, welches
eine Bindung zum Substrat RH knüpft, dabei wird das Cytochrom-System
regeneriert der Kreislauf ist geschlossen.
nach
Stryer (S. 74O)
Nebenwirkungen:
Cortison unterdrückt unsere normale Immunabwehr. Somit entsteht
ein erhöhtes Infektionsrisiko. Durch die längere Einnahme von
Cortison bzw. Cortisol oder seinen Derivaten, wird die körpereigene
Hormonproduktion unterdrückt. Deshalb darf man nur Tabletten allmählich
absetzen bis der Körper wieder ausreichend Hormone produziert. Je
länger man diese Hormone einnimmt, desto geringer ist später
die körpereigene Hormonproduktion. Dies kann sogar zur Abhängigkeit
führen.
Eine Überdosierung, d. h. die zugeführte Menge an Tabletten
plus die eigene Hormonproduktion überschreitet eine gewisse Hormonmenge,
kann zu Nebenwirkungen wie Stammfettsucht, "Vollmondgesicht" durch Aufschwemmung,
Magenbeschwerden oder Osteoporose führen.
Formeln:
Cortison: 17a,21-Dihydroxy-4-pregnen-3,11,20-trion,
F. 215 °C
Hydrocortison: 11b, 17a,
21-Trihydroxy-3,20-dion, F. 220 °C
Pharmazeutische Biologie R.Hänsel Springer
Verlag Berlin, Heidelberg / 1980
Pharmazeutishes Wörterbuch Humanius
Guttmann S. 110-160
Spektrum Lehrbuch Lubert Stryer / Biochemie 4.Auflage
Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg/Berlin/Oxford 1996
DTV-Atlas zur Chemie / Tafeln und Texte Hans Bräuer
Band 2 Juni 1994
Übersicht neue ZUM-Datenbank: Relevante Links zur Chemie.
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