Drs. I Gusti Agung Gede Bawa, M.Si.
Sejak lama orang telah mengetahui bahwa batu empedu terdiri sebagian besar dari alkohol yang berwujud kristal putih yang disebut kolesterol.
C A
D
B
HO
kolesterol. • Molekul kolesterol terdiri atas tiga lingkar enam (A, B, C) yang tersusun seperti dalam fenantren f enantren dan sebuah lingkar lima (D).
• Hidrokarbon Hidrokarbon tetrasiklik jenuh, yang terdiri atas 17 atom karbon dan tersusun seperti sistem lingkar demikian disebut 1,2-siklopentanoperhidrofenantren.
1,2-siklopentanoperhidrofenantren. • Kerangka Kerangka karbon seperti ini, banyak ditemukan dalam senyawa-senyawa bahan alam yang tergolong steroid steroid..
Kerangka Kerangka dasar karbon steroid adalah sebagai berikut : R2 R3
R1
Steroid memiliki inti siklopentanoperhidropenantren;
1 molekul fenantren yang terhidrogenasi
1 cincin siklopentano
siklopentano
siklopentanoperhidrofenantren perhidrofenantren fenantren
Kerangka dasar karbon steroid adalah sebagai berikut : O O
O R2
R1
R3
H
O
C-24 (Kolestan) C-28 C-29 C-23 C-27 (Kolan) (Ergostan) (Stigmastan) (Spirostan) (Kardanolida) C-19 C-21 C-18 (Androstan) (Estran) (Pregnan)
Perbedaan structural pada steroid-steroid alam bergantung pada beberapa factor ; 1.
panjang rantai karbon R1
2.
gugus fungsi yang terdapat pada inti, R 1, R2 dan R3
Membedakan senyawa-senyawa dalam satu kelompok
HO
kolesterol
ergosterol HO
stigmasterol
-sitosterol HO
HO
Membedakan senyawa-senyawa dalam satu kelompok OH
OH COOH
HO
COOH
OH
HO
Asam kolat
H
Asam deoksikolat
H
H COOH
HO
COOH
H
HO
Asam litokolat
OH
Asam senodeoksikolat H COOH
H
H
Kerangka dasar karbon steroid adalah sebagai berikut : R2
R1
R3
Perbedaan structural pada steroid-steroid alam bergantung pada beberapa factor ; 1.
panjang rantai karbon R1
2.
gugus fungsi yang terdapat pada inti, R 1, R2 dan R3
3.
konfigurasi dari pusat-pusat asimetris pada kerangka dasar karbon.
CH3 CH3 2
10
1 A
3
4
H 11 9 B
5
6
13
12
R
8 14
H
15
CH3
R
H
17
D
C
H
D
C
H 7
CH3
B
16 A
H
H
H
A/B trans (deret 5 )
A/B cis (deret 5 )
•
Dengan menggunakan model molekul akan segera terlihat bahwa molekul steroid relatif datar (planar)
•
Berdasarkan hal ini, atom atau gugus yang terikat pada inti molekul dapat dibedakan atas dua jenis yaitu atom / gugus berkonfigurasi dan atom atau gugus berkonfigurasi
Variasi konformasi : 1.
A/B trans atau A/B cis ini melahirkan senyawa deret 5 atau 5
2.
B/C trans
3.
C/D trans atau C/D cis (umumnya C/D trans) deret 14 atau 14
Sebagaimana senyawa organik lainnya, tata nama sistematik dari steroid (menurut IUPAC), didasarkan pada struktur dari hidrokarbon steroid tertentu.
•
Nama hidrokarbon steroid itu ditambahi awalan atau akhiran yang menunjukkan jenis substituen. Sedangkan posisi substituen itu ditunjukkan oleh nomor atom karbon dimana substituen itu terikat.
•
Untuk maksud ini, penomoran atom karbon dalam molekul steroid adalah sebagai berikut : 18
12 19
11
R
18
13
2
10
3 4
8 7
5 6
14
19
CH3
16
1 9
CH3
17 2
10
1
15
A
3
4
11
6
D
C
9
8
B
5
13
12
7
14
15
R
17 16
•
Berdasarkan struktur umum steroid di atas, maka jenis-jenis hidrokarbon induk dari steroid adalah sebagai berikut :
Nama Androstan Pregnan Kolan Kolestan Ergostan Stigmastan
Jumlah atom C C19 C21 C24 C27 C28 C29
Jenis rantai samping (R) H CH2CH3 CH(CH3)(CH2)2CH3 CH(CH3)(CH2)3CH(CH3)2 CH(CH3)(CH2)2CH(CH3)CH(CH3)2 CH(CH3)(CH2)2CH(C2H5)CH(CH3)2
Hidrokarbon induk yang lain adalah : O
23
21
O 25
21 20
O
22
26 27 23
20
22
O
Estran (C-18)
Kardanolida (C-23)
Spirostan (C-27)
24
•
Dalam nama sistematik steroid, konfigurasi atom C-5 harus ditunjukkan oleh awalan 5 atau 5, kecuali bila atom itu berikatan rangkap.
•
Dalam pemberian nama steroid, jenis substituen ditunjukkan sebagaimana lazimnya berlaku, yakni memberikan awalan atau akhiran pada nama hidrokarbon induk.
•
•
Posisi dari substituen harus ditunjukkan oleh nomor dari atom karbon dimana ia terikat. Konfigurasi dari substituen ditunjukkan pula dengan huruf-huruf atau (bila diketahui) atau (bila tidak diketahui).
Contoh : CH3
CH3 CH2CH3 CH3
CH3 H HO H
H
CH3
O
CH3
CH3
CH3 OH
HO
HO
H
3 , 15 -dihidroksi-5 androstan-17-on
Kolest-5-en-3 -ol
COOH
OH CH3
CH3
O
CH3
HO H
OH
Asam 3 , 7 , 12 trihidroksi- 5 -kolan-24-at
HO
3 -hidroksiestran-1,3,5(10)trien-17-on
CH2OH CH3 OH
CH3 O
CH3
O
17 -Hidroksiandrost-4-en-3-on
C=O OH
CH3
O
17 , 21 -dihidroksipregn-4-en3,11,20-trion
• Steroid dapat dikelompokkan berdasarkan efek fisiologisnya, sehingga kita mengenal kelompok : – Sterol – Asam-asam Empedu – Hormon Steroid – Ecdison – Vitamin D ?
Steroid-steroid alam, diturunkan lewat sederetan transformasi kimia dari dua senyawa induk yaitu lanosterol dan sikloartenol.
Tahap awal biosintesis adalah umum untuk semua senyawa steroid alam yang berlangsung dari asam asetat sampai lanosterol (sikloartenol) melalui asam mevalonat dan skualen.
Secara umum telah dikenali bahwa semua steroid pada hewan bersumber dari lanosterol, sedangkan sikloartenol adalah precursor dari steroid-steroid yang terdapat pada tumbuhtumbuhan.
Dasar deduksi ini bersandarkan pada tiga fakta yaitu : 1. Penggabungan sikloartenol menjadi fitosteroid 2. Jumlah yang besar dari sikloartenol ditemukan pada tumbuhan dan jarang ditemukan lanosterol pada tumbuhan 3. Ketidakmampuan hati menggunakan sikloartenol dari pada lanosterol untuk mensintesis kolesterol dan turunan-turunan steroid yang lain.
Sterol-sterol alam memiliki kerangka ; kolestan, ergostan atau stigmastan.
Kolestan (C-27)
Ergostan (C-28)
Stigmastan (C-29)
Sterol-sterol ini biasanya membawa gugus hidroksil pada posisi 3 dan ikatan rangkap dua pada posisi 5(6)
HO
HO
Kolesterol
HO
Ergosterol
HO
Sitosterol
Stigmasterol
Bergantung pada sumbernya, sterol-sterol alam dikelompokan menjadi : 1. zoosterol (dari hewan khususnya vertebrata); 2. phytosterol (dari tumbuhan); 3. mycosterol (fungi); 4. marine sterol (organisme laut, invertebrate terutama sponge).
Ad. 1. Zoosterol
Cholesterol adalah jenis zoosterol yang ada dalam jaringan hewan dalam jumlah antara 0,05 – 5%.
Pada otak manusia kolesterol sekitar 17% dari berat padat.
Biosintesis cholesterol telah dipelajari pada hati tikus, termasuk fraksi subselulernya, seperti pada mikrosom hepatic dan juga dengan preparasi enzim.
Cholesterol muncul dari lanosterol, yang berbeda hanya pada hilangnya gugus metil pada C4 dan C14; ikatan rangkap dua pada posisi 5(6) bukan pada 8(9) dan jenuhnya rantai samping isooktil
Transformasi dalam konversi lanosterol menjadi kolesterol, diawali dengan hidrogenasi ikatan rangkap rantai samping. 1.
Hidrogenasi ini sangat bervariasi :
dalam beberapa kasus hidrogenasi terjadi diawal reaksi, sedangkan pada otak manusia contohnya, hidrogenasi ini pada akhir tahapan
Hidrogen yang masuk pada C 24 muncul dari medium, sedangkan hidrogen yang masuk pada C25 berasal dari NADPH.
Stereokimia dari adisi ini adalah cis
2.
Tahap selanjutnya adalah tahap demetilasi.
Kehilangan gugus metil dari lanosterol umumnya berlangung dalam tahapan 14-metil pertama-tama dieliminasi, kemudian 4 -metil , akhirnya 4-metil.
Gugus-gugus metil dieliminasi setelah dioksidasi sampai tingkat aldehid untuk metil 14 , dan asam karboksilat pada metil 4, sehingga dilepaskan asam formiat dan karbon dioksida.
Oksidasi berlangsung secara bertahap (metil – alcohol 1o – aldehid – asam karboksilat) dikatalisis seluruhnya oleh microsomal oksigenase.
Dekarboksilasi akan berlangsung bila ada gugus keton tetangga berada pada posisi dari titik serangan . Jadi gugus OH pada C 3 dioksidasi menjadi karbonil dan direduksi menjadi alcohol selama proses demetilasi.
Intermediate (2) tidak pernah diisolasi, menggambarkan bahwa deformilasi berlangsung bersamaan dengan hilangnya ion hidrida dari posisi C 15.
Reduksi dari diena (3) menjadi (4) berlangsung oleh serangan sebuah proton dari medium pada posisi 15 dan ion hidrida dari NADPH pada posisi 14 , dengan adisi trans.
3.
Tahap Isomerisasi
4.
5.
Atom hidrogen pertama yang hilang dalam isomerisasi (9) menjadi (10), dimana reaksinya adalah prototropik dan berlangsung pertukaran proton dengan medium.
Tahap Dehidrogenasi
Pembentukan diena (11) menyebabkan kehilangan dua proton ekstra melalui suatu proses yang memerlukan oksigen.
Usaha untuk mendemonstrasikan proses hidroksilasi-dehidrasi tidak berhasil. Oleh karena itu, diduga bahwa dehidrogenasi langsung oleh molekul oksigen, diaktivasi secara enzimatik.
Tahap Hidrogenasi
Reduksi akhir dari ikatan rangkap 7(8) dalam diena (11) dipengaruhi oleh NADPH, yang menstranfer sebuah ion hidrida ke dalam posisi 7 , sedangkan hydrogen muncul dari medium.
H
H
(1)
HO
HO
Lanosterol H
H
H
CHO
(3)
HO
(2)
HO
H
H
H
H
H H
H HO
H
(4)
(5)
HO COOH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
(5)
HO COOH
H
(6)
O
H
H
H
H
(8)
O
H
H
H H
H
(7)
HO COOH
H
H
H
H
H
H
(9)
H
(10)
H
H
H
H H HO H
H
H
(10)
H
H
(11)
HO H O2
_ Enz-X
O=O
H
(10)
H 2 O2 H H H HO H H
_
Enz-X
H
O
O
_ Enz-X
HO
OH
H H
Kolesterol
H
Fitosterol yang paling umum adalah stigmasterol, yang melimpah terutama pada soya-beans (kacang kedelai) dan calabar seeds.
HO
Stigmasterol
Fitosterol diturunkan dari sikloartenol.
Pembukaan cincin siklopropana kemungkinan terjadi setelah kehilangan gugus 4-metil , sebelum kehilangan gugus 14 -metil.
Gugus 4-metil dieliminasi sebelum gugus 4 -metil, dalam urutan yang sama seperti ditemukan dalam biosintesis kolesterol.
HO
HO
HO
HO
sitrostadienol
stigmasterol
sikloeucalenol
orizanol C
sikloartenol
HO
HO
HO
(13)
HO
(12)
-sitosterol
Kerangka fitosterol mempunyai keanehan, yaitu mempunyai satu atau dua atom karbon lebih banyak dari kelompok kolestan.
Kelebihan karbon ini terikat pada posisi 24 sebagai gugus metil atau metilen atau sebagai suatu gugus etil atau etiliden untuk menghasilkan struktur ergostan (C-28) dan stigmastan (C-29).
Tambahan atom karbon ini berasal dari metionin.
Mekanisme single dan double metilasi mungkin mengikuti skema dibawah ini, dimana atom karbon pertama yang ditambahkan pada ikatan rangkap 24(25) dan atom karbon kedua pada C28 gugus metilen. Kehadiran ikatan rangkap pada rantai samping pada posisi jauh dari sisi kationik lebih sulit dijelaskan seperti pada (20) dan (21).
+ S
CH3
(14)
H
(20)
(16)
H
+
(15)
CH 3
+ S
(17)
(21) +
(18) (19)
Ergosterol adalah jenis mycosterol yang paling banyak, dan disintesis dalam jumlah banyak oleh yeasts.
Ergosterol
HO
Asam eburikoat, memiliki kerangka trimetilergostan dan zymosterol adalah mycosterol yang lain. HOOC
HO
Asam eburikoat
HO
zymosterol
Senyawa ini sangat mungkin diturunkan dari lanosterol, seperti pada kolesterol; karena yeasts juga menghasilkan lanosterol.
Beberapa sterol yang telah diisolasi dari invertebrata laut termasuk kolesterol dan poriferasterol dari sponge, chalinasterol atau ostreasterol juga dari sponge, sea anemones (coelenterate) dan oyster (bivalve mollusks); stellasterol dari star-fish (echinoderms); desmosterol dari crustaceae.
HO
HO
poriferasterol
HO
chalinasterol
HO
stellasterol
desmosterol
Kolesterol dan Fitosterol dapat mengalami berbagai transformasi struktural pada tumbuh-tumbuhan, khususnya melibatkan rantai samping.
Produk-produk yang dihasilkan dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok, yaitu :
glikosida kardiotonik
saponin steroid.
Nama senyawa ini mencerminkan kemampuannya menstimulasi jantung, sehingga sering juga disebut glikosida jantung.
Pada hidrolisis asam atau enzimatik senyawa ini memberikan a-glikon, yang disebut “genin”.
Genin-genin ini memiliki inti steroid biasa, namun rantai sampingnya khas, seperti :
bentuk cincin butenolida pada a-glikon cardanolida, contohnya : digoksigenin; O OH
OH HO H
O
bentuk cincin 2-piron pada a-glikon scilladienolida atau bufadienolida, contohnya : scillarenin; O O
OH HO
hanya dua atom karbon seperti dalam a-glikon digitanolida, contohnya : diginigenin O
O
H
O
Molekul k-strophantosida yang merupakan komponen dari Strophanthus kombe, merupakan salah satu glikosida kardiotonik jenis cardanolida;
Disamping cincin -lakton--tak jenuh; suatu gugus hidroksil tersier pada posisi 14; sambungan cis antara cincin A/B dan C/D; sambungan trans cincin B/C (8 -H dan 9-H);
Suatu saat struktur yang aneh/ganjil juga ditemukan, seperti sambungan trans antara cincin A/B (5 -H) atau cincin butenolida pada C17 berorientasi dan gugus hidroksil pada C3 juga berorientasi . O
CHO H
-D-glukosa -D-glukosa-cimarosaO
H OH
H
k-strophantosida
O
Oksidasi substituent metil pada posisi C 10 pada kerangka steroid menjadi gugus alcohol atau aldehid adalah ciri khas kelompok cardanolida pada Strophanthus, sedangkan family Digitalis sering mempunyai gugus alcohol pada posisi C 12 dan C16.
Residu glikosida terikat pada posisi 3, yang tersusun dari 2 – 5 unit gula, seperti D-glukosa, L-ramnosa dan monosakarida jarang lainnya seperti digitokosa, digitalosa dan cimarosa. CHO CH 2
H
H
OCH 3
H H
CHO
C
CH 2
OH
H 3CO
H
H
OCH3
OH
HO
H
H
OH
OH
H
OH
H
OH
CH 2
digitokosa
CHO
CH 3
digitalosa
CH 3
cimarosa
Glycosida cardanolida umum ditemukan dalam family tumbuhan Apocynaceae, Liliaceae, Ranunculaceae dan Scrophulariaceae.
Mereka mungkin berasal dari intermediate berkerangka pegnan (C-21), yaitu Pregnenolon, yang dia sendiri diturunkan dari kolesterol atau fitosterol dengan proses yang hampir sama dengan yang terjadi pada vertebrata. OH OH
HO HO
kolesterol O
+ COOH
HO
pregnenolon
asam isokaproat
Progesteron secara spesifik dimasukkan ke dalam cardanolida, dimana dua atom karbon diperlukan untuk melengkapi cincin butenolida yang berasal dari suatu unit asetat.
Skema biosintesis cardanolida yang mungkin ditunjukkan pada Gambar dibawah untuk digitoksigenin. R
O
HO
HO
kolesterol
O
O
pregnenolon
progesteron
(fitosterol) O
COOH
O
CH 3 O
OH HO H
digitoksigenin
O
OH HO
HO H
H
Scilladienolida tersebar terutama pada tumbuhan genus Scilla, juga disebut bufadienolida atau bufatenolida.
Beberapa senyawa ini telah ditemukan dalam bentuk bebasnya atau terkonyugasi/tersambung dengan suberylarginin, racun yang dieksresikan oleh kelenjar kulit dan parotid pada kodok/katak.
Suberylarginin terikat pada gugus 14 -hidroksil, seperti dalam bufotoksin yang diisolasi dari racun kodok eropa (Bufa vulgaris).
Selain cincin lakton, bufadienolida menunjukkan ciri struktur yang sama seperti cardanolida. Progesteron
+
"C-3" (?)
O
(?)
R=H
O
bufotalin COOH
R=
OOC
CH2)6
CONHCH
(CH2)3
OCOCH3
suberylarginin OR
bufotoksin
NH 2 NHC=NH
Mekanisme pembentukan cincin 2-piron masih belum ditetapkan secara biogenetik, walaupun kolesterol nampak menjadi intermediate wajib pada bufadienolida, baik dalam tumbuhan maupun dalam kodok.
Seperti dalam cardanolida, cincin lakton akan terbentuk dalam tumbuhan mengikutti degradasi dari rantai samping isooktil memberikan turunan pregnan.
Tiga atom karbon yang diperlukan untuk melengkapi cincin piron tidak muncul dari asam asetat, tetapi dari suatu unit C-3 yang belum diketahui.
Turunan tertentu dari asam kolanat (cholanic acid) telah ditemukan pada kodok yang bertindak sebagai precursor untuk bufadienolida dari pada turunan pregnan.
Dalam hewan, semua karbon penyusun cincin -lakton akan muncul dari rantai samping kolesterol. H
COOH
H H
H
asam-5-kolanat
Digitanolida tidak mempunyai aktivitas cardiotonik, baik aglikonnya atau dalam bentuk konyugasinya dengan gula, yang merupakan ciri khas dari glikosida cardanolida;
Namun, demikian mereka dibahas bersama-sama dengan cardanolida dan scilladienolida, karena kesamaan strukturnya.
Digitanolida tidak memiliki cincin lakton.
Seperti glikosida cardiotonik, saponin steroid terdiri dari aglikon steroid (sapogenin) terkonyugasi dengan suatu oligosakarida terikat melalui gugus hidroksil pada posisi 3 . O
-D-glukosa
OH
O
-D-glukosa
O
CH2 OO OH
-L-ramnosa
sarsaparillosida
O O
H
-D-glukosa
Oligosakarida yang umum terlibat adalah heksosa dan pentosa, seperti D-glukosa, D-xilosa dll., dengan jumlah 2 – 6.
Saponin berprilaku seperti sabun, dimana larutannya (dalam air) mudah membentuk busa/buih.
Karena sifat ini dan sifat homolitiknya, saponin cukup beracun bagi hewan, jika masuk langsung ke dalam darah hewan, sedangkan tidak beracun bila dihirup.
Ketertarikan secara ekonomik terhadap saponin steroid muncul dari pemakaian senyawa ini sebagai bahan baku untuk produksi (secara industry) hormon sex, corticosteroid dan turunan steroid umum lainnya.
Sumber utama saponin adalah tumbuhan tinggi, khususnya dalam family Liliaceae, Solanaceae dan Scrophulariaceae.
Kerangka karbon sapogenin adalah seperti sistem 5 atau 5-kolestan.
a-glikon yang diperoleh dari saponin yang sesuai melalui hidrolisis lembut (mild hydrolysis), umumnya juga memiliki sambungan spiro yang khas yang terbentuk dari dua cincin heterosiklik: suatu tetrahidrofuran, cincin E dan suatu tetrahidropiran, cincin F.
Cincin-cincin ini masuk pada atom karbon 16 dan 17 dari inti dan karbonkarbon dari rantai samping isooktil. H [O]
H
O
O
isosapogenin
[O]
O
H
H
O
neosapogenin
Kombinasi dari sistem cincin spiro dan inti colestan disebut struktur spirostan, yang menyatakan kerangka dasar dari semua sapogenin. H O
O
H
O
O
diosgenin
HO
sarsapogenin
HO H
O
O
O
O
HO
25(27)-gitogenin
HO H
H
spirostan
H
Substituent metil pada C25 dapat mengambil konfigurasi ekuatorial (25-sapogenin atau isosapogenin), seperti dalam diosgenin; atau posisi aksial (25-sapogenin atau neosapogenin), seperti dalam sarsasapogenin. Suatu gugus metilen suatu saat ada pada C 25, 25(27)-sapogenin seperti dalam 25(27)-gitogenin.
Secara biogenetik, ciri yang menarik dari senyawa ini adalah pembentukan sistem spirostan, atau bentuk terbukanya, seperti dalam sarsaparillosida. O
-D-glukosa
OH
O
-D-glukosa
O
CH2 OO OH
-L-ramnosa
H
O O
sarsaparillosida
-D-glukosa
Asal usul sapogenin dari kolesterol, dengan tak berubahnya (retention) semua atom karbon, secara eksperimental telah dikonfirmasi oleh eksperimen-eksperimen gabungan.
Biosintesis iso- dan neosapogenin ditunjukkan dalam Gambar di bawah. Sedikit variasi dalam tumbuhan yang berbeda sangat mungkin, seperti diamati dalam pembentukan phytosterol. H [O]
H
O
O
isosapogenin
[O]
O
H
H
O
neosapogenin
Pembentukan Pembentukan neosapogenin melalui hidroksilasi metil yang diturunkan dari C2 MV MVA A dan isosapogenin melalui hidroksilasi dari C6.
OH
OH
OH OH
O
sapogenin
Dalam semua hewan yang dipelajari, asam-asam empedu dan alcohol terbentuk dari kolesterol dalam hati, dimana mereka juga disambungkan dengan taurin dan glysin. R2 CO
HO H
X
R1, R2, X = OH
Asam kolat
R1= H, R2, X = OH
Asam deoksikolat
R1, R2 = H, X = OH
Asam litokolat
R2= H, R1, X = OH
Asam chenodesoksikolat
R1
Garam empedu
X = NHCH2COONa
(Glysin)
X = NHCH2CH2SO3Na
(Taurin)
Garam-garam empedu dialirkan ke dalam intestine (usus) dimana flora microbial melakukan transformasi kimia lebih lanjut pada inti steroid, seperti reduksi, hidroksilasi dll.
Dalam mempelajari biosintesis asam-asam empedu, ada dua bagian yang dapat dibedakan, yaitu :
Bagian pertama, metabolit kolesterol sebelum kontak dengan intestinal flora;
Bagian kedua, transformasi yang dilangsungkan oleh microbial flora seperti terjadi dalam usus (intestine).
Dari titik pandang struktural, asam-asam empedu harus dapat dipertimbangkan sebagai turunan 5 -kolestan (atau koprostan, C-27).
Namun prakteknya, memakai asam 5-kolanat sebagai struktur dasar penamaan asam-asam empedu. H
COOH H H
H
H
Asam 5-kolanat
Sering gugus hidroksil pada posisi 7 ditemukan, C3-hidroksil juga sering berorientasi , bandingkan dengan asam kolat dan 5 -ciprinol. OH
OH
OH
COOH OH
HO
OH
HO
OH H
Asam kolat
5-ciprinol
Ciri struktural ini dapat diterangkan dari rangkaian metabolik yang menghasilkan asam kolat dan kebanyakan asam-asam empedu primer.
Tahap pertama, selalu hidroksilasi kolesterol menjadi 7-hidroksi koleterol (23), proses ini dalam mikrosom hati tikus menggunakan enzim 7-hidroksilase, yang juga memerlukan NADPH dan oksigen.
Tahap selanjutnya, adalah oksidasi gugus hidroksil pada C 3
Kemudian reduksi ikatan rangkap 5(6) dan gugus karbonil oleh serangan ion hidrida.
Oksidasi molekul berlanjut pada C12, dan C26.
Pemutusan oksidatif rantai samping
Konyugasi dengan taurin atau glisin.
HO
HO
OH
O
OH
(23)
kolesterol
CH 2OH
OH
COOH
OH
Reduksi 5(6) dan karbonil Hidroksilasi C12 dan 26 HO
OH
HO
H
OH H
O OH
COSCoA
OH COSCoA
CH3CH2COSCoA
+CoASH
+ HO
OH H
HO
OH H
Degradasi rantai samping kolesterol berlangsung melalui suatu proses yang analog dengan -oksidasi dari asam lemak jenuh.
Tahap pertama, oksidasi menjadi gugus karboksilat dari salah satu metil geminal pada C 25.
Jika okidasi ini berhenti pada alkohol primer, karena tidak adanya suatu hidrogenase, alkohol-alkohol empedu diperoleh.
Asam empedu tanpa gugus hidroksil pada C 7 dihasilkan dari degradasi awal dari rantai samping kolesterol.
Sebagai contoh, adalah asam litokolat , yang sebagian diturunkan dari rangkaian 26-hidroksikolesterol menjadi asam 3 -hidroksikolest-5-en26-oat, kemudian menjadi asam litokolat.
Mereka juga berasal dari mikrobial dehidroksilasi dari asam-asam 7 hidroksi, seperti terjadi dalam pembentukan asam deoksikolat, yang merupakan asam empedu dan mungkin untuk beberapa asam litokolat diturunkan dari asam chenodesoksikolat .
Garam-garam natrium dari asam empedu adalah larut dalam air dan mempunyai sifat emulsi; mereka dapat menyerap lemaklemak dan zat-zat yang tak larut dalam air, seperti senyawa karoten dan vitamin K dalam usus
Hormon-hormon steroid biasanya dibagi menjadi empat (4) kelompok yang berbeda dan masing-masing kelompok mempunyai struktur dan fisiologis yang mirip.
Kelompok corticosteroid
Kelompok gestogen
Kelompok Androgen
Kelompok Estrogen.
Deoxycorticosteron, corticosteron, aldosteron, dan cortisol merupakan senyawa dari kelompok corticosteroid, yang memiliki gugus 3-keto dan 20-keto, ciri khas dari progesteron dan juga mempunyai gugus fungsi alcohol primer pada C 21 dan kadangkadang suatu gugus hidroksil pada posisi 17 dan/atau 11.
Hormon-hormon ini diuraikan oleh adrenal cortex, yang dapat dipisahkan menjadi : a. Glycocorticoid, seperti cotisol dan corticosteron , yang berfungsi pada metabolism karbohidrat dan menjaga glycemia normal. b. Mineralocorticoid, seperti deoksicorticosteron dan aldosteron yang membantu mengontrol metabolism kation.
Ciri biogenetik dari berbagai corticosteroid menunjukkan bahwa transformasi masing-masing senyawa tidak berlangsung secara sama di seluruh suprarenal cortex;
aldosteron secara eksklusif disintesis dalam bagian luar cortex (external part of cortex),
cortisol dihasilkan pada bagian dalam (interior zone) dan,
corticosterone disintesis pada kedua zone ini.
Fakta ini menunjukkan bahwa aktivitas reduksi 17-hidroxylase terjadi pada bagian luar cortex.
Sintesis aldosterone berbeda dari sintesis glycocorticoid karena dia tidak distimulasi oleh ACTH.
CH 3
CH 3
O
H
C=O
C
OH
HO
pregnenolon
O CH 2OH
HO H
progesteron
C=O
pregnandiol
CH 3
CH 3
C=O
C=O
HO
OH
O
deoksicorticosteron
O
O
CH 2OH C=O HO
CH 3
CH 2OH
C=O
C=O
HO
O
corticosteron
OH
O
O
CH 2OH HO HO
C=O CH 2
OH
HO O
CH
CH 2OH
CH 2OH
C=O
C=O HO
OH
Gestogen yang paling khas adalah progesteron, yang terbentuk dari pregnenolon oleh oksidasi dari gugus fungsi alkoholik sekunder C3 dan migrasi ikatan rangkap dari posisi 5(6) ke 4(5). Corpus luteum, yang berkembang dari burst follicle (kantung meledak) adalah suatu jaringan endokrin yang menghasilkan progesteron. Dua hormon gonadotropik dikenal dan dihasilkan anterior hypophysis.
Follicle Stimulating Hormone (FSH), yang mendorong pendewasaan (maturasi ) follicle dalam “ovary” dan spermatogenesis dalam “testicle”
Interstitial Cell Stimulating Hormone (ICSH), juga disebut luteinising hormone (LH) pada wanita, menentukan sekresi estrogen dalam follicle dan mengubah burst follicle menjadi corpus luteum. ICSH mendorong sekresi testosteron dari testicles.
Kelompok androgen : testosteron, dehidroepiandrosteron (DHA) dan androstendion dihasilkan oleh jaringan interstitial dari testicle dan oleh adrenal cortex.
Ikatan C17 dan C20 terputus dari precursor progesterone dengan memasukkan gugus 17 -hidroksil.
Pemutusan dapat dibayangkan sebagai oksidasi jenis BayerVilliger atau sebagai suatu proses yang melibatkan TPP.
Hormon steroid jantan yang paling kuat adalah testosteron, dia dibentuk dalam testicle dan metabolit urinary yang paling umum adalah androsteron.
Sintesis testosterone distimulasi oleh gonadotropin ICSH. Pada orang dewasa kira-kira 20 mg testosteron disekresikan setiap hari.
Testosteron mempunyai beberapa fungsi fisiologis terutama menyebabkan perkembangan ciri seksual jantan, menambah anabolisme protein dan menstimulasi spermatogenesis.
Androgen atau hormon sex jantan mempunyai kerangka androstan (C-19) dan membawa gugus fungsi oksigen pada C 17 menggantikan rantai samping. CH 3
CH 3
O
C=O
C=O OH
O
HO
progesteron
HO
pregnenolon
CH 3 C=O
O
OH
OH
O
HO
HO
dehidroepiandrosteron O
OH
O
urin O
O
androstendion
HO H
androsteron
Kelompok estrogen : estron, estradiol , estriol dibiosintesis oleh follicle, dalam jumlah kecil oleh adrenal cortex, dibawah aksi synergistic dari gonadotropin FSH dan LH.
Biosintesis ketiga senyawa di atas digambarkan oleh Gambar di bawah. Komplek multienzim yang mengkatalisis konversi androstendion menjadi estron biasanya disebut aromatase : nama yang menekankan transformasi cincin A dari inti steroid menjadi cincin aromatic.
Pelepasan gugus metil pada C 19 berlangsung pada keadaan aldehid, asam formiat akan dibebaskan.
Reduksi lebih lanjut pada beberapa atom karbon ditemukan pada kerangka estran (C-18) yang merupakan ciri khas dari Estrogen atau hormon sex betina.
Ciri khas dari struktur molekul-molekul ini adalah aromatisasi dari cincin A; hilangnya gugus metil pada C 19 dan gugus fungsi hidroksil fenolik pada C3. O
O
O O
HOH 2 C
O
CH
O
O
androstendion
OH
O
H D P NA , H O 2 O O - H C
OH OH
HO
HO
estradiol
HO
estron
estriol
Semua hormon-hormon steroid yang diturunkan dari kolesterol pada hewan, melalui jalur biosintesis yang tahap awalnya sama.
Ini adalah pemutusan oksidatif dari rantai isooktil pada ikatan C20/C22 dan pemisahan rantai samping berlangsung dalam berbagai bagian anatomi: seperti adrenal cortex; corpus luteum; gonad dll. OH OH
HO
HO
kolesterol O
+ HO
COOH
pregnenolon
asam isokaproat
Dalam setiap kasus pregnenolon dan asam isokaproat terbentuk.
Pregnenolon telah sukses digunakan untuk mensintesis berbagai hormonhormon steroid.
Proses pembentukan pregnenolon distimulasi secara kuat oleh hormone adrenocorticotropic (ACTH), yang dihasilkan oleh anterior hypophysis.
Nama ecdyson diberikan pada hormon mulut serangga (insect moulting hormone) yang diisolasi dalam bentuk kristal.
Sekarang nama ini digunakan untuk satu kelompok senyawa terdiri dari 30 senyawa;
Ciri umumnya adalah efek stimulasinya pada moulting arthropoda dan kemiripan strukturnya.
Kesamaan ini meliputi inti steroid dengan sambungan cis antara cincin A/B, sistem keton -takjenuh pada cincin B (6-keto) dan beberapa gugus hidroksil, khususnya pada posisi 2 , 14, 20, 22, 25 dan 26.
Ecdyson pertama diisolasi dari pupae of the silk worm, Bombyx mori (25 mg/500 kg).
Struktur ecdyson diperoleh melalui analisis sinar-X. Hanya 6 senyawa dari jenis ecdysone telah diisolasi dari arthropod, sedangkan semua lainnya diperoleh dari tumbuh-tumbuhan. Fungsi ekologi dari ecdyson dalam tumbuhan masih membingungkan.
Ecdyson yang diisolasi dari Arthropoda OH
OH
H
OH
OH HO
OH HO
OH
OH
HO
HO H
H O
O
ecdyson
ecdysteron
Ecdyson yang diisolasi dari Tumbuhan OH
OH
OH
OH
OH HO
HO OH
HO
OH HO
H O
ponasteron A
OH O
ajugasteron
OH
OH
OH
OH
OH
OH
HO
HO
OH
OH HO
HO
H
H O
makisteron B
O
amarasteron A
Untuk memahami peranan fisiologis ecdyson, beberapa postembryonic development dari serangga harus dipahami.
Dua periode dapat dibedakan dalam kehidupan invertebrata : periode larva dan periode imago atau adult, yang dipisahkan oleh suatu keadaan metamorphosis.
Dalam beberapa serangga (seperti Lepidoptera) fase ketiga terjadi antara kedua fase larva dan serangga sempurna. Ini adalah fase pupal (pupa adalah suatu chrysalis dalam Lepidoptera).
Selama periode larva serangga tumbuh, dan beberapa moults mengikuti satu dengan lainnya; mereka dikontrol oleh mekanisme hormonal yang kompleks. Sekali terbentuk adult tidak mengalami perubahan lebih lanjut, tugasnya hanya memproduksi speciesnya.
Vitamin D adalah kelompok senyawa yang diturunkan dari beberapa inti steroid melalui transformasi kimia dan fotokimia.
Sinar ultraviolet meningkatkan fragmentasi cincin sikloheksadiena.
Vitamin D3 (cholecalciferol) dibentuk dari 7-dehidrokolesterol, yang ada pada jaringan kulit, bila kena sinar matahari.
Senyawa yang paling aktif pada manusia adalah vitamin D2 (ergocalciferol), yang diturunkan dari ergosterol dan dihasilkan dalam jumlah besar dengan menyinari sel yeasts.
Vitamin-vitamin kelompok D memainkan suatu peranan penting dalam metabolisme kalsium dan posfor dalam tulang; kekurangan vitamin ini pada anak-anak menyebabkan deformasi tulang (bone deformations) yang disebut rickets.
