Steroid (Steroids)

     C
    / \
   C---C
  /     \
 C-------C
 /       \
C---C---C---C 
        / \
  C-----C
      / \
    C-C

Mặc dù tất cả steroid đều chia sẻ khung xương cacbon cơ bản này, chúng thể hiện sự đa dạng đáng kể về chức năng sinh học do sự khác biệt về các nhóm chức được gắn vào khung xương và các sửa đổi trong cấu trúc vòng. Sự đa dạng này dẫn đến nhiều loại steroid với các vai trò sinh học khác nhau, từ điều hòa hormone đến cấu trúc màng tế bào.

Các loại steroid chính

Sterol: Đây là nhóm steroid quan trọng nhất trong sinh học. Cholesterol là một ví dụ điển hình và là tiền chất cho nhiều steroid khác. Sterol có nhóm hydroxyl (-OH) ở vị trí C-3 và chuỗi bên alkyl ở vị trí C-17. Công thức chung của cholesterol (chỉ hiển thị khung cơ bản, bỏ qua hydro cho đơn giản):

     C---OH
    / \
   C---C
  /     \
 C-------C
 /       \
C---C---C---C--(CH2)3-CH(CH3)2
        / \
  C-----C
      / \
    C-C

Hormon steroid: Nhóm này bao gồm các hormone được sản xuất bởi tuyến thượng thận và tuyến sinh dục. Chúng được phân loại thành:

• Glucocorticoid (ví dụ: cortisol): Điều chỉnh chuyển hóa carbohydrate, protein và chất béo. Chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong phản ứng viêm và miễn dịch.
• Mineralocorticoid (ví dụ: aldosterone): Điều chỉnh cân bằng điện giải và nước. Chúng chủ yếu tác động lên thận để kiểm soát sự tái hấp thu natri và bài tiết kali.
• Androgen (ví dụ: testosterone): Phát triển và duy trì các đặc điểm giới tính nam. Chúng cũng ảnh hưởng đến sự phát triển cơ bắp và xương.
• Estrogen (ví dụ: estradiol): Phát triển và duy trì các đặc điểm giới tính nữ. Chúng cũng điều hòa chu kỳ kinh nguyệt.
• Progestogen (ví dụ: progesterone): Chuẩn bị niêm mạc tử cung cho việc mang thai. Chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì thai kỳ.

Acid mật: Được sản xuất ở gan và hỗ trợ tiêu hóa chất béo. Chúng hoạt động như chất nhũ hóa, giúp phân hủy các globule chất béo lớn thành các hạt nhỏ hơn để dễ dàng hấp thụ.

Steroid đồng hóa: Đây là các chất tổng hợp tương tự như androgen. Chúng thúc đẩy sự phát triển cơ bắp và có thể được lạm dụng trong thể thao. Việc lạm dụng steroid đồng hóa có thể gây ra nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng.

Chức năng sinh học của Steroid

Steroid đóng nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể, bao gồm:

• Cấu trúc màng tế bào: Cholesterol là một thành phần quan trọng của màng tế bào, ảnh hưởng đến tính lưu động và tính ổn định của màng. Nó giúp duy trì tính toàn vẹn cấu trúc của màng và điều chỉnh tính thấm của màng đối với các phân tử khác nhau.
• Điều hòa chuyển hóa: Hormone steroid điều chỉnh nhiều quá trình chuyển hóa, bao gồm chuyển hóa carbohydrate, protein và chất béo. Ví dụ, glucocorticoid như cortisol ảnh hưởng đến quá trình gluconeogenesis và phân hủy protein, trong khi mineralocorticoid như aldosterone điều chỉnh sự cân bằng muối và nước.
• Phát triển và sinh sản: Hormone steroid rất cần thiết cho sự phát triển và chức năng của hệ sinh dục. Androgen như testosterone ở nam giới và estrogen như estradiol ở nữ giới đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển các đặc điểm giới tính thứ cấp và chức năng sinh sản.
• Phản ứng căng thẳng: Glucocorticoid được giải phóng để đáp ứng với căng thẳng và giúp cơ thể đối phó với các tình huống khó khăn. Chúng làm tăng lượng đường trong máu, cung cấp năng lượng cho cơ thể đối phó với stress.
• Tiêu hóa: Acid mật hỗ trợ tiêu hóa và hấp thụ chất béo. Chúng được sản xuất ở gan và được tiết vào ruột non, nơi chúng nhũ tương hóa chất béo, giúp các enzyme tiêu hóa phân hủy và hấp thụ chúng.

Ứng dụng y tế của Steroid

Steroid được sử dụng trong y học để điều trị nhiều bệnh lý, bao gồm:

• Viêm: Glucocorticoid được sử dụng để giảm viêm trong các bệnh như hen suyễn, viêm khớp dạng thấp, và bệnh Crohn. Chúng có tác dụng chống viêm mạnh mẽ bằng cách ức chế các cytokine gây viêm.
• Suy thượng thận: Hormone steroid được sử dụng để thay thế hormone bị thiếu trong suy thượng thận. Ví dụ, hydrocortisone hoặc prednisone có thể được sử dụng để thay thế cortisol.
• Ung thư: Một số loại steroid được sử dụng trong điều trị ung thư, chẳng hạn như leukemia và lymphoma. Chúng có thể được sử dụng để tiêu diệt tế bào ung thư hoặc làm giảm các triệu chứng.
• Bệnh tự miễn: Glucocorticoid được sử dụng để ức chế hệ thống miễn dịch trong các bệnh tự miễn như lupus ban đỏ hệ thống và bệnh đa xơ cứng. Chúng giúp giảm viêm và ức chế hoạt động quá mức của hệ miễn dịch.

Tác dụng phụ của Steroid

Việc sử dụng steroid, đặc biệt là steroid đồng hóa, có thể gây ra nhiều tác dụng phụ, bao gồm:

• Tăng huyết áp.
• Rối loạn lipid máu (tăng cholesterol và triglyceride).
• Đái tháo đường.
• Loãng xương.
• Các vấn đề về gan (như tổn thương gan và u gan).
• Thay đổi tâm trạng (như cáu gắt, lo lắng, và trầm cảm).
• Rối loạn nội tiết tố (như giảm sản xuất testosterone tự nhiên, rối loạn kinh nguyệt, và vú to ở nam giới). Tác dụng phụ cũng có thể bao gồm rụng tóc, mụn trứng cá, và tăng nguy cơ nhiễm trùng.

Sinh tổng hợp Steroid

Hầu hết các steroid được sinh tổng hợp từ cholesterol. Quá trình này diễn ra trong nhiều bước, liên quan đến nhiều enzyme khác nhau và diễn ra chủ yếu ở gan, tuyến thượng thận, tuyến sinh dục và nhau thai. Các bước chính bao gồm:

• Chuyển đổi cholesterol thành pregnenolone: Đây là bước giới hạn tốc độ trong sinh tổng hợp steroid và được xúc tác bởi enzyme cholesterol desmolase nằm trong ty thể.
• Chuyển đổi pregnenolone thành progesterone: Progesterone là một tiền chất quan trọng cho nhiều hormone steroid khác.
• Chuyển đổi progesterone thành các hormone steroid khác như cortisol, aldosterone, testosterone và estradiol: Quá trình này bao gồm một loạt các phản ứng enzyme phức tạp, với các con đường cụ thể cho mỗi hormone.

Steroid trong thực vật

Thực vật cũng sản xuất steroid, được gọi là phytosterol. Chúng có cấu trúc tương tự cholesterol và đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc màng tế bào thực vật, ảnh hưởng đến tính lưu động và tính thấm của màng. Một số phytosterol, như sitosterol và campesterol, đã được chứng minh là có tác dụng làm giảm cholesterol trong máu ở người bằng cách cạnh tranh với cholesterol trong quá trình hấp thụ ở ruột.

Phân tích Steroid

Các kỹ thuật khác nhau được sử dụng để phân tích steroid trong các mẫu sinh học, bao gồm:

• Sắc ký khí kết hợp với khối phổ (GC-MS): Kỹ thuật này cho phép phân tách và định lượng các steroid khác nhau trong một mẫu phức tạp.
• Sắc ký lỏng hiệu năng cao kết hợp với khối phổ (HPLC-MS): Phương pháp này thường được ưa chuộng hơn GC-MS cho các steroid phân cực hơn hoặc kém bền nhiệt.
• Phương pháp miễn dịch: Các xét nghiệm miễn dịch, như ELISA, có thể được sử dụng để phát hiện và định lượng các steroid cụ thể với độ nhạy cao.

Steroid và doping trong thể thao

Việc sử dụng steroid đồng hóa trong thể thao bị cấm bởi hầu hết các tổ chức thể thao. Các chất này có thể mang lại lợi thế không công bằng cho các vận động viên bằng cách tăng khối lượng cơ và sức mạnh. Tuy nhiên, việc sử dụng chúng có thể gây ra nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng cho sức khỏe.

Các vấn đề liên quan đến lạm dụng Steroid

Lạm dụng steroid đồng hóa có thể dẫn đến nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm:

• Vấn đề về tim mạch: tăng huyết áp, xơ vữa động mạch, tăng nguy cơ đau tim và đột quỵ.
• Vấn đề về gan: tổn thương gan, u gan, và suy gan.
• Rối loạn tâm thần: thay đổi tâm trạng, hung hăng, trầm cảm, rối loạn lo âu, và thậm chí rối loạn tâm thần.
• Rối loạn nội tiết tố: giảm sản xuất testosterone tự nhiên, vô sinh, nữ hóa tuyến vú ở nam giới, nam hóa ở nữ giới, và rối loạn chức năng tình dục.
• Vấn đề về da: mụn trứng cá, rụng tóc, và da dầu.

• Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2017). Lehninger principles of biochemistry. W. H. Freeman.
• Voet, D., & Voet, J. G. (2011). Biochemistry. John Wiley & Sons.
• Goodman & Gilman’s: The Pharmacological Basis of Therapeutics, 13th Edition.

Câu hỏi và Giải đáp

Sự khác biệt chính giữa glucocorticoid và mineralocorticoid là gì?

Trả lời: Cả glucocorticoid và mineralocorticoid đều là hormone steroid được sản xuất bởi tuyến thượng thận, nhưng chúng có chức năng khác nhau. Glucocorticoid như cortisol chủ yếu ảnh hưởng đến chuyển hóa glucose, protein và lipid, đồng thời có tác dụng chống viêm và ức chế miễn dịch. Mineralocorticoid như aldosterone chủ yếu điều hòa cân bằng nước và điện giải bằng cách tác động lên thận, thúc đẩy tái hấp thu natri và bài tiết kali.

Tại sao việc lạm dụng steroid đồng hóa có thể dẫn đến vô sinh?

Trả lời: Steroid đồng hóa can thiệp vào trục hạ đồi-tuyến yên-tuyến sinh dục. Khi sử dụng steroid đồng hóa ngoại sinh, cơ thể giảm sản xuất gonadotropin-releasing hormone (GnRH) ở vùng dưới đồi, dẫn đến giảm sản xuất hormone kích thích nang trứng (FSH) và hormone luteinizing (LH) ở tuyến yên. FSH và LH cần thiết cho sản xuất tinh trùng ở nam giới và trứng ở nữ giới. Sự ức chế này có thể dẫn đến teo tinh hoàn, giảm sản xuất tinh trùng và vô sinh ở nam giới, và rối loạn kinh nguyệt và vô sinh ở nữ giới.

Phytosterol có cấu trúc tương tự cholesterol như thế nào?

Trả lời: Cả cholesterol và phytosterol đều có cấu trúc steroid bốn vòng cơ bản. Sự khác biệt chính nằm ở chuỗi bên ở vị trí C-17. Cholesterol thường có chuỗi alkyl bão hòa, trong khi phytosterol có thể có các chuỗi bên khác nhau, bao gồm các liên kết đôi, nhóm alkyl hoặc nhóm hydroxyl bổ sung. Ví dụ, β-sitosterol, một phytosterol phổ biến, có một nhóm ethyl bổ sung ở vị trí C-24 so với cholesterol.

Vai trò của cholesterol trong màng tế bào là gì?

Trả lời: Cholesterol là một thành phần thiết yếu của màng tế bào ở động vật. Nó nằm xen kẽ giữa các phospholipid, ảnh hưởng đến tính lưu động và tính thấm của màng. Ở nhiệt độ thấp, cholesterol ngăn màng trở nên quá cứng bằng cách phá vỡ sự sắp xếp chặt chẽ của phospholipid. Ở nhiệt độ cao, nó giúp duy trì tính ổn định của màng bằng cách hạn chế chuyển động quá mức của phospholipid.

Ngoài cortisol, còn có những glucocorticoid tự nhiên nào khác được sản xuất trong cơ thể người?

Trả lời: Ngoài cortisol (hydrocortisone), cơ thể người còn sản xuất corticosterone, một glucocorticoid ít mạnh hơn. Cả cortisol và corticosterone đều được sản xuất ở vỏ thượng thận và đóng vai trò trong chuyển hóa, phản ứng miễn dịch và phản ứng với stress.