Джей Берресон - Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир

Во многих случаях небольшие изменения структуры приводят к значительным изменениям свойств вещества. Эта закономерность особенно ярко проявляется в случае половых гормонов: мужских половых гормонов (андрогенов), женских половых гормонов (эстрогенов) и гормонов беременности (прогестинов или гестагенов).

Все соединения из группы стероидов имеют одну и ту же структурную основу — четыре кольца, соединенные определенным образом. Три кольца состоят из шести атомов углерода, а четвертое — из пяти. Шестичленные кольца называют кольцами A, B и C, пятичленное кольцо — D.

Кольца A, B, C и D в структуре стероидов.

В организме животных самым распространенным стероидом является холестерин. Особенно много его в яичном желтке и желчных камнях человека. Эта молекула незаслуженно имеет плохую репутацию. На самом деле холестерин жизненно необходим нам: он является предшественником всех стероидов, образующихся в организме, включая желчные кислоты (которые позволяют нам расщеплять жиры и масла) и половые гормоны. Избегать следует только избытка холестерина, поступающего с пищей, поскольку наш организм вырабатывает его самостоятельно. Молекула холестерина состоит из четырех слитых друг с другом колец с присоединенными к ним боковыми группами, включая несколько метильных групп (CH 3; в некоторых случаях для удобства расположения на рисунке они обозначены как H 3C).

Холестерин — самый распространенный стероид в организме животных

Главный мужской половой гормон, тестостерон, был выделен из измельченной ткани бычьих яичек в 1935 году. Однако это не был первый мужской половой гормон, который удалось выделить. Первым был андростерон — продукт метаболизма тестостерона, выделяющийся с мочой. На рисунке видно, что эти два вещества имеют очень похожую структуру: андростерон является окисленной формой тестостерона, в котором место OH-группы занимает кислород, присоединенный двойной связью.

Андростерон отличается от тестостерона лишь по одной позиции (показано стрелкой)

Пятнадцать миллиграммов этого гормона впервые были выделены в 1931 году из пятнадцати тысяч литров мочи бельгийских полицейских (по-видимому, мочу сдал весь мужской состав бельгийской полиции того времени).

Вообще же первым половым гормоном, который удалось выделить, был женский гормон эстрон. Его выделили из мочи беременных женщин в 1929 году. Как и в случае мужских гормонов, эстрон является продуктом метаболизма основного, более мощного женского гормона эстрадиола. В аналогичном окислительном процессе OH-группа в молекуле эстрадиола превращается в атом кислорода в молекуле эстрона.

Эстрон отличается от эстрадиола лишь по одной позиции (показано стрелкой)

Эти вещества содержатся в организме в очень малом количестве: при первом выделении из четырех тонн яичников свиней было получено лишь двенадцать миллиграммов эстрадиола.

Интересно, что тестостерон и эстрадиол имеют очень большое структурное сходство. Совсем незначительные изменения в структуре молекул приводят к таким серьезным различиям в их функциях.

Тестостерон

Эстрадиол

Если в вашем организме в молекуле полового гормона не хватает одной CH 3-группы, кислород заменен группой OH и есть несколько дополнительных двойных связей C=C, то в период полового созревания вместо появления вторичных мужских половых признаков (волосы на лице и на теле, низкий голос, развитые мышцы) у вас начнут увеличиваться молочные железы, округлятся бедра и начнется менструация.

Тестостерон является анаболическим стероидным гормоном, то есть способствует наращиванию мышечной массы. Искусственные аналоги тестостерона (синтетические вещества, которые также способствуют росту мышц) имеют сходную структуру. Они были созданы для лечения травм и заболеваний, затрагивающих мышцы. В предписываемых дозах эти вещества позволяют нормализовать состояние мышц, не вызывая маскулинизации, однако спортсмены, пытающиеся нарастить мышечную массу путем приема десятикратных доз таких препаратов, как дианабол или станозолол, рискуют получить серьезные проблемы со здоровьем.

Искусственные анаболические стероиды дианабол и станозолол по сравнению с природным тестостероном

Злоупотребление такими препаратами увеличивает риск развития рака печени и болезней сердца, повышает агрессивность, способствует образованию угревой сыпи, приводит к бесплодию, сморщиванию яичек и многим другим неприятным последствиям. Может показаться странным, что синтетический андрогенный стероид, который способствует проявлению вторичных мужских половых признаков, может вызвать атрофию яичек. Однако в том случае, когда в организм начинают поступать искусственные тестостероны извне, яички атрофируются, поскольку им больше нечего делать.

Сходство структур этих молекул со структурой тестостерона не обязательно означает, что их действие аналогично действию тестостерона. Прогестерон — основной гормон беременности — не только больше похож на тестостерон и андростерон, чем станозолол, но и вообще имеет больше структурного сходства с мужскими половыми гормонами, чем с эстрогенами. На том месте, где в молекуле тестостерона расположена OH-группа, в молекуле прогестерона располагается группа CH 3CO (обведена окружностью).

Прогестерон

Это единственное различие в структуре молекул тестостерона и прогестерона отвечает за столь значительную разницу свойств этих веществ. Прогестерон дает сигнал клеткам выстилки матки подготовиться к имплантации оплодотворенной яйцеклетки. В течение всей беременности женщина не может зачать следующего ребенка, поскольку постоянная выработка прогестерона подавляет овуляцию. На этом биологическом принципе основана система химической контрацепции: введение в организм женщины прогестерона или подобных ему препаратов подавляет овуляцию.