STEROIDI

STEROIDI

. Gli s. sono sostanze organiche idroaromatiche (alicicliche) di grandissima importanza biologica, che, per la loro caratteristica di non essere solubili in acqua e di esserlo nei solventi dei grassi, sono associabili ai lipidi, pur non essendo classificabili tra questi.

Dal punto di vista strutturale, la molecola degli s. è caratterizzata dalla presenza del sistema ciclopentanofenantrenico, cioè di tre anelli esagonali (benzolici) condensati in posizione angolare e di un quarto anello pentagonale pure condensato. poiché il sistema ciclopentanofenantrenico saturo si rinviene nell'idrocarburo sterano, questo costituisce la sostanza dalla quale strutturalmente derivano tutti gli steroidi.

Ecco la formula di costituzione del sistema ciclopentanofenantrenico e dello sterano con le lettere e la numerazione adottate internazionalmente per indicare rispettivamente i quattro anelli e i varî atomi di C:

Caratteristiche fondamentali del sistema ciclopentanofenantrenico negli s. sono: 1) La sostituzione degli H in posizione 10 e 13 con gruppi metilici (unica eccezione gli estrogeni, che possiedono solo il gruppo metilico in posizione 13); 2) La presenza - ad eccezione degli s. a 18 e a 19 atomi di C - in posizione 17 di una più o meno lunga catena laterale lineare o ramificata o lattonica; 3) La sostituzione di atomi di H con atomi di O, con idrossili, con gruppi aldeidici e con doppî legami.

Evidente conseguenza della riportata struttura del sistema ciclopentanofenantrenico è che gli atomi di C situati alla confluenza di due anelli, cioè gli atomi in posizione 5-8-9-10-13 e 14, hanno una sola valenza disponibile e perciò, in tali posizioni, l'atomo di H è necessariamente asimmetrico. Ne deriva, secondo il lato in cui detto atomo è situato spazialmente rispetto al piano di simmetria della catena ciclica, una cis-trans-isomeria. Più precisamente sono forme cis o β quelle nelle quali l'atomo di H è collocato dallo stesso lato dei metili in posizione 10 e 13 (questi metili si trovano spazialmente situati sempre nello stesso lato e funzionano da gruppi di repere) e si rappresentano graficamente con una linea continua; sono forme trans o α, graficamente rappresentate con una linea tratteggiata, quelle nelle quali l'atomo di H è situato dal lato opposto dei punti di repere:

È facilmente comprensibile come questo fatto comporti la possibilità di un elevato numero di stereoisomeri; tuttavia, dato che riveste importanza biologica solo la cis-trans-isomeria dell'H in posizione 5, in pratica, gli stereoisomeri si riducono a due per ogni nucleo fondamentale e, di conseguenza, i varî s. sono tutti riferibili ad uno dei seguenti cinque idrocarburi saturi (cinque e non sei perché di un idrocarburo è nota solo la forma cis).

I cinque idrocarburi saturi sono:

a) per gli s. a 18 atomi di C:

b) per gli s. a 19 atomi di C:

c) per gli s. a 21 atomi di C:

d) per gli s. a 27 atomi di C:

Come si è detto, negli s., questi nuclei si possono rinvenire più o meno saturi e gli atomi di H possono essere variamente sostituiti con atomi di O, con gruppi ossidrilici, con gruppi aldeidici. Ovviamente la presenza di gruppi ossidrilici porta alla possibilità di nuovi stereoisomeri, che differiscono tra loro per le proprietà biologiche.

Il fatto che strutturalmente tutti gli s. possono essere riportati a cinque nuclei fondamentali ha permesso di adottare per dette sostanze una nomenclatura molto semplice che, avvalendosi di determinate convenzioni, indica tutte le modificazioni intervenute nella molecola dell'idrocarburo base e perciò consente facilmente di ricavare la formula di costituzione dei singoli s. e di individuare il gruppo al quale appartengono.

Le regole della nomenclatura steroidea sono:

1) La presenza del sistema ciclopentanofenantrenico saturo viene segnalata conservando al nome dell'idrocarburo base l'originale desinenza ano; quella del sistema insaturo per doppî legami, sostituendo la desinenza ano con ene preceduta, nel caso che i doppî legami siano più di uno, dai prefissi di, tri, tetra, ecc.

2) La posizione dei doppî legami è indicata facendo precedere al nome dell'idrocarburo fondamentale, terminante con ene, il segno Δ cui si aggiunge, come indice o apice, il numero indicante la posizione dei doppî legami oppure, piò semplicemente, facendo precedere il nome solo da detto numero. I doppî legami interessano necessariamente due atomi di C contigui, che però possono occupare o non posizioni numericamente successive. Nel primo caso, la situazione del doppio legame viene segnalata scrivendo solo il numero più piccolo di quelli contrassegnanti le due posizioni interessate da detto legame; nel secondo caso, sono indicati i numeri di entrambe le posizioni, separati tra loro da due punti. Ne consegue, ad esempio, che:

indica che il nucleo fondamentale è insaturo (desinenza ene) e, più precisamente, tale per l'esistenza di un doppio legame tra gli atomi di C in posizione 4 e 5, cioè per la presenza di un doppío legame unente due atomi di C contigui e occupanti posizioni numericamente successive. Invece:

significa che il doppio legame si trova tra due atomi di C in posizioni (5 e 10) contigue ma non numericamente successive.

3) La sostituzione di atomi di H è segnalata facendo seguire al nome del nucleo fondamentale, terminante secondo i casi in ano o in ene, i seguenti suffissi: a) ol o olo, quando il gruppo sostituente è un ossidrile; b) one, quando l'H è sostituito da un atomo di O; c) al, quando il gruppo sostituente è un gruppo aldeidico.

4) Come di solito, il numero di queste sostituzioni è specificato facendo precedere all'adatto suffisso di, tri ecc. e la loro posizione con il numero che la contraddistingue. Inoltre, nel caso degli ossidrili, dato che è necessario distinguere le forme α dalle β, al numero indicante la posizione si fa seguire la lettera (α o β) segnalante la posizione spaziale, rispetto ai gruppi di repere, dell'ossidrile. Perciò, ad esempio:

significa che il nucleo fondamentale non contiene doppî legami, cioè si è conservato saturo (desinenza ano), ma che in esso, in posizione 3 e 11, un atomo di H è stato sostituito da un ossidrile e, in posizione 17, due atomi di H da uno di O. Più precisamente, le sostituzioni con gli ossidrili sono avvenute, in posizione 3, dal lato opposto a quello dei punti di repere (α) e, in posizione 11, dallo stesso lato (β).

5) La rappresentazione grafica della formula si limita a riportare lo scheletro dell'anello fondamentale, indicando solo gli eventuali doppî legami e la sostituzione degli atomi di H. Perciò, ad esempio, la formula di costituzione del 4-pregnene-11β,17α,21-triol-3,20-dione (idrocortisone) si scrive:

Classificazioni. - Gli s. si possono suddividere in base alle loro caratteristiche biologiche oppure, cosa preferibile, in base al numero di atomi di C della loro molecola.

La classificazione biologica suddivide gli s. in:

1) Steroli (termine preferibile a quello primitivo di sterine perché la desinenza "olo" evidenzia la caratteristica chimica fondamentale di questi s., precisamente quella di comportarsi - grazie alla presenza in posizione 3 di un ossidrile - come alcole e perciò di esterificare con gli acidi grassi). Riportabili al colestano e al suo transisomero coprostano, si suddividono a loro volta in zoosteroli o steroli animali, in fitosteroli o steroli vegetali, in micosteroli o steroli dei funghi e dei lieviti, in steroli marini o steroli delle spugne. Zoosteroli sono il colesterolo, il coprosterolo, il deidrocolesterolo che, negli animali superiori, è il precursore della vera vitamina antirachitica (vitamina D₃); un micosterolo è, invece, la provitamina D₂ o ergosterolo.

2) Acidi biliari, fondamentalmente ac. colico e ac. desossicolico.

3) Ormoni steroidei: comprendono gli ormoni corticosurrenali, sia naturali sia sintetici, e gli ormoni sessuali (estrogeni, testosterone e suoi metaboliti, luteinici).

4) Genine o agliconi delle saponine, dei veleni cardiaci e dei veleni del rospo.

5) Alcaloidi steroidici, sostanze vegetali aventi nucleo steroideo (solosodina, tomatina, tomatidina, ecc.).

La classificazione chimica suddivide gli s. in:

1) S. a 18 atomi di C: comprendono gli s. riferibili all'idrocarburo saturo estrano, cioè gli ormoni estrogeni; sono caratterizzati dall'assenza di gruppo metilico in posizione 10 e di catena laterale in posizione 17 e dalla presenza di tre doppî legami alternati nell'anello A del sistema ciclopentanofenantrenico, anello che perciò è trasformato in benzenico. Gli s. a 18 atomi di C sono anche detti fenolsteroidi perché tutti presentano, in posizione 3, un ossidrile che, per la ricordata costituzione dell'anello A, è direttamente unito all'atomo di C (gruppo alcolico terziario) e di conseguenza possiede caratteristiche acide. Estrogeni sono l'ormone follicolare e i suoi metaboliti (estrone, estradiolo, estriolo e, non rinvenibili nell'uomo, equilina ed equilenina).

2) S. a 19 atomi di C.: riferibili agli stereoisomeri androstano ed etiocolano, posseggono i due tipici gruppi metilici in posizione 10 e 13, ma sono privi di catena laterale in posizione 17. A questo gruppo appartengono l'ormone sessuale maschile o testosterone e i suoi metaboliti o sostanze androgene; questi ultimi, avendo sostituito l'ossidrile in posizione 17 del testosterone con un gruppo chetonico, sono i principali costituenti di quell'importante gruppo di s. urinarî noti come 17-chetosteroidi.

3) S. a 21 atomi di C.: riferibili al pregnano e all'allopregnano, sono caratterizzati dai soliti due gruppi metilici e da una catena laterale bicarbonica in posizione 17. In questo gruppo rientrano gli ormoni luteinici (progesterone e suoi metaboliti) e gli ormoni corticosurrenali. Questi ultimi possono essere suddivisi, in base alla loro azione biologica preminente, in ormoni glicoattivi e in ormoni mineraloattivi oppure, in base alla presenza o all'assenza di ossigeno in posizione 11, in 11-ossicorticoidi e in 11-desossicorticoidi.

4) S. a 23 atomi di C.: possiedono, in posizione 17, una catena laterale costituita da un anello lattonico a 5 termini e comprendono le genine della maggioranza dei veleni cardiaci (digitaligenina, digitossigenina, ecc.).

5) S. a 24 atomi di C.: comprendono le genine dei veleni dei rospi (bufotalina, bufotossina, gamabufogenina, ecc.), strutturalmente molto simili ai veleni cardiaci, e gli acidi biliari nei quali, essendo data dall'ac. isovalerianico, la catena laterale è una catena ramificata a 5 atomi di C.

6) S. a 27 atomi di C.: posseggono, in posizione 17, una catena laterale ramificata a 8 atomi di C e sono riferibili agli idrocarburi saturi colestano e coprostano. A questo gruppo appartengono gli steroli (colesterolo e suoi derivati, vitamine del gruppo D) e le genine delle saponine neutre vegetali (digitogenina, gitogenina, tigogenina, ecc.), nella catena laterale delle quali è presente un anello lattonico a 6 termini. Sono classificati tra gli s. a 27 atomi di C anche quelli con un numero superiore di tali atomi (come l'ergosterolo a 28 atomi, l'ostreasterolo e i sitosteroli a 29 atomi) perché questo maggior numero di atomi di C è dovuto alla sostituzione, nella solita catena laterale, di un H con un gruppo metilico o con un gruppo etilico.

Biosintesi degli steroidi. - L'uso di isotopi marcati del C (C¹³ e C¹⁴) ha permesso finalmente di chiarire il meccanismo di formazione degli s., meccanismo che per molti anni era stato oggetto di numerose ipotesi. Si è visto che gli organismi animali e vegetali, con l'aiuto di numerosi sistemi enzimatici specifici, formano gli s. partendo dall'acetato (CH₃COO⁻) cioè da un radicale molto diffuso perché costituisce un prodotto comune del ricambio intermedio globale. Il primo passo della sintesi è rappresentato dalla condensazione di 3 molecole di acetato nell'ac. β-idrossi-β-metilglutarico, cioè in un acido bicarbossilico a 6 atomi di C che, successivamente, mediante decarbossilazione viene trasformato in unità isoprenoide:

Queste unità polimerizzandosi e ciclizzandosi portano alla formazione, attraverso prodotti intermedî tra i quali figura lo squalene (C₃₀H₅₀), di uno sterolo e di un prodotto non ancora identificato a 19 atomi di C (composto X) dai quali derivano tutti gli altri steroidi.

Nell'uomo la descritta biosintesi può essere così schematizzata:

Steroidi urinarî. - Con questo nome sono indicati i metaboliti degli ormoni steroidei (ormoni sessuali e corticosurrenali) rinvenibili nelle urine, nelle quali sono per lo più presenti allo stato inattivo e coniugati con ac. solforico e ac. glicuronico.

Gli s. urinarî si suddividono in estrogeni, androgeni, corticoidi e luteinici e la loro determinazione ha grande importanza in endocrinologia. Molto schematicamente si può dire che:1) la determinazione degli estrogeni o fenolsteroidi serve allo studio delle alterazioni del ciclo mestruale; 2) la determinazione dei 17-chetosteroidi, fondamentalmente androgeni, è utilizzata per la diagnosi delle endocrinopatie accompagnantisi ad alterazioni dei caratteri sessuali secondarî; 3) la determinazione dei corticoidi trova la sua massima indicazione nello studio delle endocrinopatie coinvolgenti primitivamente o secondariamente la corticale surrenale; 4) la determinazione dei luteinici è utilizzata nello studio del ciclo mestruale e, soprattutto, dell'aborto abituale.