A szteroidok A szteroidok általános előállítása: A szteroidok kémiai vegyületcsalád, de gyártásukban sok biokémiai folyamat van. Előállításuk általában soklépéses folyamat, amelyben a biokémiai és szintetikus lépések váltják egymást (ping-pong szintézis). Szintézisük során leggyakrabban nyugvósejtes fermentációt (olyan elszaporított sejttömeg, melynek nincs szénforrása) alkalmaznak: enzimindukció konverzió nyugvó sejttömeg →enzimtermelés → sok szteroid hormon szteroid v. analóg molekulával A szteroidok rosszul oldódnak vízben, ezért azokat különböző módszerekkel viszik be a fermentlébe: 1. A szubsztrátot felveszik oldószerben (pl.: metanol, aceton), s a fermentorba teszik. Itt a szteroid a vizes fázisban kihígul és kikristályosodik. Az enzimek az oldott szubsztrátot átalakítják végtermékké, ami szintén kikristályosodik. Kristályfermentációt alkalmaznak. A kristályok rátapadnak a fermentor falára és a keverőlapátra. Végtermékgátlás itt nem lép fel, hátránya viszont, hogy tömegátadási problémák lépnek fel. 2. Stabil emulziót készítenek tenzidekkel és detergensekkel, s ezeket a vizes fázisban is megtartják. 3. A ciklodextrinek gyűrűjében apoláris jellegű üreg van, melybe a szteroidok komplex képződése közben “beleülnek”. Ez egy reverzibilis folyamat, így az átalakult szubsztrát helyébe rögtön egy újabb kerülhet. 4. A Mycobacteriumoknak viaszos tokjuk van. A szteroidok ide adszorbeálódnak, így a sejthez közel kerülnek. A szteroidot a sejttömegtől és a fermentlétől el kell választani. Ha a szteroid egy része oldódott, a másik része szilárd fázisban van jelen, ilyenkor teljes extrakciót végeznek, pl. diklór-metán oldószerrel, mely a minden apoláris anyagot old. Ha a szubsztrát és a termék együtt van jelen és ezt szét kell választani, akkor olyan oldószert alkalmaznak, mely szelektíven oldja őket (pl.: di-izopropil-éter, etil-acetát, metanol vagy ezek keveréke) = differenciál-extrakció. A különböző törzsek számára a szterán egy alternatív szubsztrát, melynek széleit tudja átalakítani a mikroba. A szterán alapváz: R2 R1
Ahol R1 és R2 metilcsoport, R3 variábilis szubsztituens.
R3
A különböző szteroidok előállításához növényi, állati és szintetikus szteroidokat használnak fel alapanyagként. Növényi eredetű szteroid a szitoszterin, mely a szójaolajban található, illetve a sztigmaszterin, amely a babfélékben van. A koleszterint állatok epeváladékából nyerik, míg szintetikus úton a szteránvázat pl. β-naftol és borostyánkősav-anhidrid reakciójával állíthatjuk elő. Ezen szteroidmolekulákat enzimek segítségével alakítják át és szteroid hormonokat, hormonananalógokat és egyéb gyógyszereket állítanak elő. Az emberi szervezetben a szteránvázas hormonoknak a víz- és sóháztartás szabályozásában (mineralokortikoidok), a cukorháztartásban és a gyulladásos folyamatok szabályozásában (glükokortikoidok) és a nemi működésekben (ösztrogének, gesztagének, tesztoszteron) van szerepük.
Szitoszterolból előállított vegyületek: Androsztén-dion (AD) A fermentációt Mycobacterium phlei-vel végzik, mely baktériumnak viaszos a felülete, O Et
OH
H Mycobact. phlei
O szitoszterol
Andosztrén-dion( AD)
OH C
CH
K + acetilén O Etiszterol
így a szubsztrát könnyen adszorbeálódik. A konverzió hatásfoka kb. 70%-os: 24 g/l szitoszterinből 10g/l AD + 3g/l szitoszterin + 1g/l egyéb anyag keletkezik A teljes fermentlevet extrahálják diklór-metánnal, majd szűrik. A szelektív extrakciót 85%-os metanollal végzik, amely az androsztén-diont oldja, a szitoszterint viszont nem. A reakció második lépése kémiai szintézis, vízmentes THF-ben hajtják végre fém kálium és acetilén gáz jelenlétében. A keletkezett etiszterolból leggyakrabban spiranolaktont (vízhajtó) és oxiprogeszteront (nemi hormon) állítanak elő.
9-hidroxi-androsztén-dion (9OH-AD) Mikroorganizmus: Mycobacterium smegmatis A biokonverzióban 30 g/l-es koncentrációban bevitt szitoszterinből a szitoszterin hatóanyagtartalmát, a mólsúly csökkenést és a melléktermék képződést figyelembe véve 14,5 g/l elméleti konverzió érhető el. Az üzemi fermentációnál 10-11 g/l-es átlagszint érhető el. (Konverziós fok ~ 70%).
Feldolgozás: szelektív oldószerként di-izopropil-étert alkalmaznak, amely a szitoszterolt oldja, a 9- OH-AD-t nem. A második lépés itt is kémiai, a vízelvonáshoz 85%-os H3PO4-ban főzik, melynek hatására a 9. és a 11. szénatom között kettős kötés alakul ki, erre később könnyen addícionálhatunk pl. vizet, vagy HF-ot. Mindkét esetben az elektronszívó csoport a 11 C atomra orientálódik, a kialakuló szerkezet minden gyulladásgátló szteroid alapja
Víz addíciónál az OH csoport a 11-es szénatomra kötődik. A 11-OH-AD-hez fém káliumot és acetilént adva 11-OH etiszterol keletkezik, melynek C2 oldalláncát több lépésben átalakítva hidrokortizon állítható elő.
HF-ot addícionáltatva fluorid származékokat, szuperkortikoidokat (nagyhatású gyulladásgátlókat ) kapunk. Gyulladásgátló és további gyulladásgátlók alapanyaga a hidrokortizon, amelyet a klasszikus úton REICHSTEIN-S acetátból állítottak elő: OH O O Ac
OH O OH
HO Curvularia lunata
O
O REICHSTEIN-S acetát
hidrokortizon
OH O OH
HO Arthrobacter simplex O prednizolon
A hidrokortizon is gyulladásgátló, azonban a só– és vízháztartásra kedvezőtlen hatása van, így kis módosítással prednizolont állítottak elő belőle, amely szintén jó gyulladásgátló, azonban kevesebb a mellékhatása. A prednizolon vízoldhatósága növelhető, különböző szubsztituensek hozzákapcsolásával: N
N
O
CH3
OH
HO
O Depersolon A prednizolonból állítják elő a FTOROCORT kenőcs hatóanyagát, a triamcinolonacetonidot: OH O HO
O
O Triamcinolon-acetonid
O
Nemi hormonok: 1. A tesztoszteron A tesztoszteron férfi nemi hormon, a szervezetre anabolikus és androgén hatással van. Az anabolikus hatása az izomtömeg növekedését eredményezi, az androgén hatása a másodlagos férfi nemi jellegek kifejlődését fokozza. A gyakorlatban csak az anabolikus hatás a cél. Anabolikus jellegű tesztoszteron származék pl. a nerobol, melyet sportolók és testépítők doppingszerként is alkalmaznak. A tesztoszteron egy lépésben ketoredukcióval állítható elő az androszténdionból, azaz közvetve szitoszterolból. OH CH3
OH
O
O Tesztoszteron
Metil-tesztoszteron (METESZ) OH CH3
O Nerobol 2. A “NOR” szteroidok előállítása: A nor kitétel a szerves kémiában arra utal, hogy a molekulában egy szénatom hiányzik. Ebben az esetben egy metilcsoport hiányzik. A nor–szteroidok a fogamzásgátlók hatóanyagai. O HO
CH3O
B-naftol
tetralin O
O CH3
O
O CH3O metil-szekodion
O metil-ciklopentán-dion
O borostyánkõsav-anhidrid OH
O CH3O Molon
A szeko- előtag pedig felnyitott gyűrűre utal, a C gyűrű nem záródik. A molon mellett az etil származék (etolon) is gyártott intermedier.
