Lexikon der Biologie: Steroide
Steroide [von *stero- ], umfangreiche Klasse von Naturstoffen und synthetisch bedeutsamen Substanzen (mehr als 200.000 verschiedene sind bekannt), die mit den Terpenen verwandt sind (Isoprenoide [Abb.]) und sowohl in Mikroorganismen, Pflanzen, Pilzen als auch in Tieren, z.B. als wichtige Bestandteile biologischer Membranen, ubiquitär verbreitet sind (Mykosterine, Phytosterine, Zoo-Sterine; Steroidhormone, Cardenolide, Glykosidsteroide, Bufadienolide, Herzglykoside, Gallensäuren, Saponine, Alkaloidsteroide [Alkaloide] und Vitamin-D-Derivate [Calciferol]). Synthetische Steroide sind pharmakologisch als Ovulationshemmer und Anabolika (anabole Wirkung) wichtig. Die Vielfalt der Steroide leitet sich aus der Gonan- (frühere Bezeichnung Steran-)Ringkonfiguration mit 6 Asymmetriezentren ab (Grundgerüst des Cyclopentanoperhydrophenanthrens). Die 4 aliphatischen Ringe, deren Biosynthese über Squalen und Lanosterin zum Cholesterin (Abb.) als Grundsubstanz für viele weitere Steroide verläuft, werden mit den Buchstaben A–D bezeichnet und die Position der einzelnen C-Atome durch Zahlen festgelegt ( vgl. Abb. 1 ). Mit dem Ringsystem können zahlreiche Substituenten verknüpft werden, deren Stellung als α-ständig (unterhalb der starren Molekülebene des Gonanrings) oder β-ständig (oberhalb der Ringebene) fixiert ist (sofern sie nicht als Seitenketten am C-Atom 17 verbunden sind) und die damit jeweils eine Stammform sich davon ableitender Steroide (α-Steroide oder β-Steroide) bilden. Die Wirkungsspezifität der Steroide ist auf die speziellen Substitutionsverhältnisse der jeweiligen Grundgerüste und auf die Ausstattung des Organismus mit den entsprechenden Rezeptoren (Steroidrezeptoren) zurückzuführen. Die Steroide (obwohl ubiquitär verbreitet, was durch die Isolation aus sog. Chemofossilien [Erdöl, Kohle und sogar Fossilien] gezeigt wurde) können von den Insekten nicht synthetisiert werden. Daher zählen sie, zumindest in bestimmten Entwicklungsstadien, zu den essentiellen Nahrungsstoffen der Insekten (Ecdysteroide). Das bekannteste Steroid, das in allen tierischen Zellen vorkommt, ist das Cholesterin ( vgl. Abb. 2 ). Die große Bedeutung der Steroide allein in der pharmazeutischen Industrie hat dazu geführt, daß sich der Bedarf an diesen Substanzen aus natürlichen Quellen längst nicht mehr decken läßt. Daher werden hier vielfach halbsynthetische Produkte aus Solanaceenalkaloiden und Sapogeninen verwendet. Mit mikrobiologischen Verfahren werden auch Sitosterin (Sojabohne) und Cholesterin in Steroidhormone umgewandelt. Allein hierfür beträgt der Jahresbedarf an diesen beiden Substanzen jeweils ca. 100.000 Tonnen. Biotechnologie, Biotransformation, Brassinosteroide, Cornforth (J.W.), Corticosteroide, Diels (O.P.H.), endoplasmatisches Reticulum, Enzyme, Glucocorticoide, herzaktive Steroide, Hopanoide (Abb.), 17-Ketosteroide, Lipide, Membrantransport, Mineralocorticoide, neuroaktive Steroide, Reichstein (T.), sterol responsive element, Tiergifte, Wehrsekrete, Wittig (G.), Woodward (R.B.).
T.Z./U.T./L.W.
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Steroide
Abb. 1:
1 Ringnomenklatur und Numerierung der Kohlenstoffatome im Steroidmolekül (Gonan-Ringsystem); Asymmetriezentren sind mit * markiert. In den Ellipsen angezeigte Nummern entsprechen der IUPAC-Empfehlung von 1989, fettgedruckte der zuvor gültigen von 1969. Alle anderen Numerierungen blieben unverändert. 2 Raumformeln; a 5α-Steroid (A/B-trans), b 5β-Steroid (A/B-cis).
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Steroide
Abb. 2: Regulation von Cholesterin:
Cholesterin und verwandte Steroide kommen in der Membran der meisten eukaryotischen Zellen (Eucyte) vor. In Wirbeltieren findet die Synthese von Cholesterin aus Acetyl-Coenzym A hauptsächlich in der Leber statt. Außerdem kann Cholesterin durch die Nahrung aufgenommen werden. Der Transport von Cholesterin im Blut wird durch LDL (low density lipoproteins) bewerkstelligt. Die Aufnahme von LDL in die Zelle wird durch den LDL-Rezeptor vermittelt, an den LDL bindet, wonach es in die Zelle aufgenommen wird. Um eine Anhäufung von Cholesterin in der Zelle zu vermeiden, sind sowohl die Enzyme für die Biosynthese von Cholesterin, HMG-CoA-Reductase (3-Hydroxy-3-Methylglutaryl-Coenzym-A-Reductase) und HMG-CoA-Synthetase, als auch der LDL-Rezeptor einer Regulation mit negativer Rückkopplung (Feedback) unterworfen: Wenn ausreichend Cholesterin in der Zelle vorhanden ist, sind sowohl die Gene der Enzyme für die Synthese von Cholesterin als auch für den LDL-Rezeptor inaktiv. Erst wenn die Zelle an Cholesterin verarmt, werden diese Gene aktiv. Diese Genaktivierung wird durch ein kürzlich beschriebenes Protein vermittelt, das in die Klasse der basischen helix-loop-helix-Transkriptionsfaktoren (helix-loop-helix-Motiv) gehört. Normalerweise sitzt dieses Protein als ein Vorläufer-Molekül (relative Molekülmasse 125.000) in der Zellmembran des endoplasmatischen Reticulums und in der Kernmembran (Kernhülle) und kann nicht als Transkriptionsfaktor wirken. Wenn die Zelle an Cholesterin verarmt, wird das Vorläufer-Molekül proteolytisch gespalten, und der cytoplasmatische Teil mit einer relativen Molekülmasse von 68.000 wandert in den Zellkern, wo er als Transkriptionsfaktor die oben beschriebenen Gene aktiviert, indem er an regulatorische Sequenzen, die sog. SREs (sterol responsive element), bindet (in der Abb. am Beispiel des Gens für den LDL-Rezeptor gezeigt). Der Transkriptionsfaktor kombiniert also die Funktion eines Membran-gebundenen Sensors für die Cholesterinkonzentration und eines Transkriptionsfaktors in einem Molekül. Er wird als SREBP (sterol responsive element binding protein) bezeichnet.
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