生物化学第七章激素.ppt

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1、第七章 激素及其作用机制,第一节概 述一、定 义 激素是由内分泌腺以及具有内分泌功能的组织所产生的微量化学信息分子，它们被释放到细胞外，通过扩散或体液转运到所作用的细胞或组织或器官(称靶细胞或组织或靶器官)调节其代谢过程，从而产生特定的生理效应，并通过反馈性的调节机制以适应机体内环境的变化，此外，也具有协调体内各部分间相互联系的作用。,二、激素的特性,激素在体内表现出独特性质，主要包括： 合成的可调控性激素是机体内一类非营养性化合物，也是一类非结构性化合物，它们在机体内的合成速度及合成量受机体生理状态、内外环境因素而调控。 作用的特异性 作用的微量性 分泌的可调控性 需要中间介质参与 作用的“

2、快”和“慢”反应 脱敏作用,三、激素的化学本质和分类,依据激素的化学本质，可将其分为氨基酸衍生物类、蛋白质多肽类、甾体类和脂肪酸衍生物类四大类。氨基酸衍生物类激素，包括甲状腺分泌的甲状腺素、肾上腺髓质分泌的肾上腺髓质激素等。蛋白质多肽类激素是一大类激素。甾体类激素主要是由性腺、肾上腺皮质分泌的。脂肪酸衍生物类激素主要是以前列腺素为代表，含有一个环戊烷及两个脂肪酸侧链的二十碳脂肪酸。 依据激素的溶解性质，将其分为水溶性激素和脂溶性激素两类。脂溶性激素因为很容易通过生物膜，所以难以储存，只有在需要的时候才被合成。水溶性激素合成后，包被在有膜的囊胞内，因此，在体内可以储存。由于水溶性激素不能通过细胞

3、膜，所以它们必须与细胞膜上的受体结合后才能发挥作用。 根据激素作用的距离将其分为内分泌激素（endocrine hormones）、旁分泌激素（paracrine hormones）和自分泌激素（autocrine hormones）。 内分泌激素的作用距离最远，大多数激素属于这一类；旁分泌激素只作用于邻近的靶细胞；自分泌激素则作用于分泌细胞自身，也就是自身的自我调节。,第二节 主要激素的化学与生理生化功能,一、氨基酸衍生物类: 这类激素由氨基酸衍变而来，包括甲状腺分泌的甲状腺素、肾上腺髓质分泌的肾上腺素、肠道色细胞分泌的5-羟色胺以及松果腺体分泌的松果腺素等。,（一）甲状腺素,甲状腺素为两种

4、具有生理活性的碘化酪氨酸衍生物：四碘甲腺原氨酸（T4）和 三碘甲腺原氨酸（T3）。甲状腺素有促进物质代谢、增加耗氧量及产热等作用，这些作用与细胞膜上的Na+-K+ATP酶活性增加有关。甲状腺素能促进骨骼钙化，因此对机体的生长和发育影响很大。如在幼年，甲状腺功能低下时，骨骼生长和脑发育会出现障碍，以致身材矮小，智力低下，称为呆小病,（二）肾上腺素,肾上腺素是肾上腺髓质的主要激素，主要影响糖代谢，且其影响与胰岛素有拮抗作用。它可促进肝糖原分解和肌糖原酵解，使血液中乳酸和血糖水平升高，并有增强糖异生的作用 肾上腺素的上述生理功能在临床上表现为使心脏收缩力加强、血压升高、改善心脏供血，因此是一种作用快

5、而强的强心药。我国麻黄素（ephedrine）的化学结构和生理作用与肾上腺素相似，在医疗上可代替肾上腺素。,（三）5-羟色胺,5-羟色胺广泛存在于哺乳动物组织中，特别在大脑皮层质及神经突触内含量很高，是一种抑制性神经递质，可能参与痛觉、睡眠和体温等生理功能的调节。中枢神经系统5-羟色胺含量及功能异常可能与精神病和偏头痛等多种疾病的发病有关。在外周组织，5-羟色胺是一种强血管收缩剂和平滑肌收缩刺激剂。,（四）松果腺素,松果腺素的明确作用尚待鉴定，但它对中枢神经系统和对各种内分泌器官（如垂体、性腺、肾上腺等）的分泌作用都有影响。例如，它有抑制垂体释放促性腺激素的作用。松果腺素的分泌与光刺激有关，所

6、以有昼夜波动。,二、甾体类,脊椎动物的甾体类激素包括肾上腺皮质激素和性激素两类。 （一）肾上腺皮质激素，分为两类： 糖皮质激素：如皮质醇、皮质酮等，由皮质束状带分泌。 盐皮质激素：如醛固酮、脱氢皮质酮等，由皮质环状带分泌。,肾上腺糖皮质激素的主要作用是使血糖升高，与胰岛素有拮抗作用，其中以皮质醇的作用最强。 肾上腺盐皮质激素可促进Na、Cl的重吸收和K、H的排出，在维持血浆Na、K浓度中具有重要作用。,（二）性激素,性激素包括男性睾丸所分泌的雄性激素与女性卵巢所分泌的雌性激素两大类，受脑垂体分泌的促性腺激素所控制。此外，有些性激素由肾上腺皮质所分泌。性激素的化学本质均属甾体类化合物，由胆固醇经

7、孕烯醇酮转化而来。,1雄性激素,雄性激素有睾丸酮、脱氢异雄酮、雄烯二酮、雄酮等。其中睾丸酮的生理活性最强。雄性激素的生理功能主要包括： 促进核酸和蛋白质合成。 可以刺激红细胞生成。 睾丸酮可促进肾远曲小管重吸收Na、Cl，从而引起水肿，同时尿中K+和无机磷酸盐减少。 由于睾丸酮的作用是多方面的，所以雄性激素制剂除用于雄激素分泌不足的替代疗法外，还可用于贫血、营养不良、消耗性疾病、促进骨折伤口愈合等疾病的治疗。目前已有人工合成的类似物，如甲基睾丸酮、丙酸睾丸酮等。,2雌性激素,雌性激素（estrogen）主要有雌激素和孕激素两类。卵巢的卵泡和黄体分泌雌激素，常见的有雌二醇(estradiol)、

8、雌酮和雌三醇三种，他们的生理活性相差很大，其中以雌二醇的活性最强， 雌性激素能增强核酸及蛋白质合成相关酶系的活性，从而导致性器官及副性器官的生长发育。孕酮在雌激素作用的基础上，使子宫膜进一步发育，以保证受精卵着床，维持妊娠，这与孕酮能促进靶组织中蛋白质的合成有关。此外，孕酮还有产热作用，排卵后孕酮分泌增加，可使基础体温升高。,三、脂肪酸衍生物类,脂肪酸衍生物类激素有三类，前列腺素、凝血噁烷与前列环素、白三烯。他们主要是由20碳四烯酸-花生四烯酸（arachidonic acid，AA）在体内经两种代谢途径产生：一是经环加氧酶的作用生成各种前列腺素，如前列腺素E2、前列腺素F2a、凝血噁烷A2和

9、前列环素I2；二是经脂质加氧酶的作用生成白三烯、脂质过氧化物等。,（一） 前列腺素,前列腺素（prostaglandins，PGs）是一类具有五元环20碳的不饱和羟基脂肪酸。根据环上取代基和双键位置不同可分为A、B、C、D、E、F、G、H和I等类，每类又根据侧链上双键数的多少分为三种（双键数在右下角标出）如PGE1、 PGE2 、PGE3。 PGE1、PGE2和PGF2具有收缩平滑肌的作用，能使卵巢黄体分泌孕酮减少，在临床上已用于引产。PGE1、PGE2能松弛支气管平滑肌，临床使用PGE的气雾剂，既是通过松弛支气管平滑肌使呼吸道的通气度增加，哮喘症状缓解。PGE和PGA是有效的血管扩张剂，另外

10、还具有利钠、利尿作用，使血流量减少，其结果表现为降低血压。 PGs参与血小板的聚集，不同类型PGs的作用不同。阿司匹林和消炎痛抑制血小板相聚集，可能是由于它们能抑制PGG2和PGH2的合成所致。 PGs使血管壁和溶酶体膜的通透性增加，进而引起疼痛。非甾体类抗炎药（如吲哚美辛、氟灭酸、保泰松、阿司匹林等）与甾体抗炎药的作用，在于减少PGs的生成，故有消炎止痛作用。 PGs对免疫系统也有调节作用，其作用的主要靶细胞为淋巴细胞。,四、蛋白质多肽类,机体的下丘脑、垂体（前叶、中叶及后叶）、甲状腺、甲状旁腺、胰腺、肠、胃粘膜、性腺等合成分泌一大类蛋白质多肽类激素，这类激素可以是单纯蛋白质、多肽，也可是糖

11、蛋白。 （一）下丘脑激素 下丘脑激素是下丘脑分泌的一组多肽类激素的总称，已知有十种,下丘脑分泌激素的概况,（二）垂体激素,垂体在神经系统以及下丘脑分泌激素的控制下，分泌多种激素，这些激素又调控机体各种内分泌腺对其相应激素的合成、分泌的活度。 垂体分前叶、后叶及中叶三部分，由垂体柄与下丘脑相连。垂体前叶及中叶能自行合成激素，后叶仅贮存并分泌激素，后叶所分泌的激素是由下丘脑合成的，经血液输送到后叶贮存待分泌。,垂体分泌激素概况,（三）降钙素,降钙素（calcitonin）是由甲状腺滤泡旁细胞（又称C细胞）分泌的一种小分子多肽，分子量约为3500。降钙素是一种降低血钙和血磷的激素，它的分泌直接受血钙

12、浓度的控制，两者呈正相关，即高血钙促进其分泌，低血钙抑制其分泌。 降钙素一方面可抑制破骨细胞的生成，阻止骨盐熔解，促进破骨细胞转变为成骨细胞，使钙离子沉淀于骨中，并对PTH(甲状旁腺素)有拮抗作用，因而使血钙降低,（四）甲状旁腺素,甲状旁腺素（parathormone，PTH）是由甲状旁腺主细胞合成分泌的一种单纯单链多肽。甲状旁腺素是维持机体钙平衡的重要激素之一，主要功用是调节钙、磷代谢，使血钙升高、血磷降低。甲状旁腺素可促使破骨细胞生长，促进肾远曲小管对钙的重吸收以及小肠中钙的吸收。此外，甲状旁腺素促进肾中25-羟维生素D3转变成1，25-二羟维生素D3，后者可影响机体钙磷代谢。,（五）胰岛

13、素,胰岛素（insulin）是由胰脏胰岛-细胞所分泌的一种蛋白质类激素。它由A、B两条肽链连接组成，A链含21个氨基酸残基，B链含30 个氨基酸残基 胰岛素对机体内各种物质的代谢具有显著影响： （1）对糖代谢的影响包括 促进葡萄糖通过心肌、骨骼肌和脂肪细胞等细胞膜；促进葡萄糖的氧化作用；促进糖原合成；抑制糖异生作用； （2）对脂肪代谢的影响包括 抑制脂肪动员；促进脂肪酸和脂肪的合成； （3）可促进蛋白质的合成。,（六）胰高血糖素,胰高血糖素(glucagon)是胰脏中胰岛-细胞所分泌的一种多肽类激素，是由29个氨基酸残基组成的单链多肽，分子量为3485。 胰高血糖素的作用与胰岛素的作用相反。对

14、糖代谢的影响主要通过促进糖原分解与糖异生，抑制糖酵解，从而使血糖浓度升高，也可以促进生糖氨基酸转变成葡萄糖,（七）胸腺激素,胸腺对免疫系统的调节作用，主要通过胸腺所产生的体液因子激素来实现。从小牛胸腺中提得具有生物活性的物质，大部分属于蛋白质和多肽，约有20种，总称为胸腺激素（thymosin）。其中，了解最为清晰的2个活性组分为胸腺肽a1（thymosin a1）和胸腺生成素（thymopoietin）。胸腺肽a1为胸腺激素中活性最强的单一组分，在胸腺激素中所占比例极微，只有不到0.6%。 胸腺激素在免疫系统中的个体发生、功能表现和衰老过程中起主导作用。主要促使骨髓前体细胞分化成具有免疫能力

15、的淋巴细胞，加强细胞免疫反应系统（如同种异体移植的排斥加速，抗病毒侵染能力提高），恢复胸腺切除动物的免疫能力，增加淋巴细胞的数量，诱导T细胞抗原的表现，使幼淋巴细胞成熟化，转变为有免疫功能的淋巴细胞。,（八）胃泌素,胃泌素（gastrin）又称促胃液素、促胃酸激素等。由胃窦和十二指肠前端G-细胞所分泌。至今已分离到三种类型的胃泌素：即G-34胃泌素、G-17胃泌素、G-14胃泌素。在组织中以17肽的G-17胃泌素占优势，但在进食后，血液中34肽的G-34胃泌素占优势。 胃泌素几乎对整个胃肠道均有作用，它可促进胃肠道的分泌功能；促进胃排空；促进胰岛素和降钙素的释放。胃泌素还能刺激胃泌酸腺区黏膜和

16、十二指肠黏膜的DNA、RNA和蛋白质合成，从而促进其生长。,（九）胰泌素,胰泌素（secretin）又称促胰液素、肠促胰液肽。它由十二指肠和空肠前端的粘膜内分泌细胞产生，是由27个氨基酸残基组成的强碱性单链多肽。胰泌素分子在体液的中性条件下，牢固地结合于细胞的其他蛋白质上，只有在强酸性条件下，才能使他们释放到血液中。 胰泌素能够刺激胰腺和胆道分泌碳酸氢盐与水分，使胰液总量增加，并可中和十二指肠内的胃酸，后者是保证肠道消化酶活力所必需。因此，如果胰泌素分泌不足，不能刺激胰腺分泌大量的碳酸氢盐，也就不足以中和进入十二指肠的胃酸，形成溃疡。故部分十二指肠溃疡病人，胰液素分泌量少于正常。此外，胰泌素可

17、抑制胃、肠平滑肌收缩，因而它可能作为肠蠕动的抑制剂。,第三节 激素作用机制与受体,一、受体的分类 （一）细胞膜受体 蛋白多肽类激素，水溶性激素，前列腺素等亲水性激素，由于不能透过靶细胞膜进入胞内，因此，此类激素的受体定位于靶细胞膜上，通过第二信使发挥作用。目前，已发现的第二信使有：cAMP，cGMP，IP3，Ca2+，DAG（二酰甘油），神经酰胺（ceramide），花生四烯酸和NO等。,根据其作用模式的不同，细胞膜受体可以进一步分为两类：第一类为与G蛋白偶联的受体（G protein-linked receptors），这类受体作用模式是与G蛋白紧密偶联；第二类为酶偶联受体，是指那些受体自身

18、具有酶活性，或者自身没有酶活性，但与酶分子结合并将其激活的一类受体，主要包括胰岛素和大多数生长因子的受体,（二）细胞内受体,甾体类激素调节许多与发育有关的生理过程，分子量一般在30左右，又是疏水性分子，可以靠简单扩散进入靶细胞内与胞内受体结合后引起其构象变化，增加与DNA的亲和力，最终调节特定基因转录的活性，这是甾体类激素作用最基本的特点。这类受体最后都进入细胞核，而且作用位点都是在细胞核染色体上的DNA分子，所以这类受体又称为核受体。,二、 细胞膜受体作用机制,（一）膜受体-G蛋白偶联的信号转导途径 1G蛋白偶联受体 这类受体将激素的作用信号传到靶细胞内时，需要一种称作G蛋白的参与，才能激活

19、靶细胞中效应器。G蛋白偶联受体（guanine nucleotide-binding protein coupled receptors, GPCRs）是中心疏水区域具有7次跨膜结构域的单链多肽，在靶细胞膜外域，GPCR的N-端是其与激素结合的区域；在靶细胞膜内侧，C-端则是与G蛋白的三聚体相结合的区域。,2G蛋白 G蛋白也称为鸟苷酸结合蛋白，它在靶细胞信号转导系统中的功能是作为一个中间介质，在受体和效应器之间传递信息，激活效应器。 G蛋白是一种由、和亚基所组成的异源三聚体复合物。在非活性形式时，G蛋白的亚基与GDP结合而形成了异源三聚体；在活性形式时，G蛋白的亚基与GTP结合（或者说亚基结合

20、的GDP被GTP所替代）而解离成、二聚体和亚基-GTP 。亚基-GTP从G蛋白三聚体中解离出来，自由的亚基-GTP继而激活了效应器，再由效应器产生第二信使或其他效应。,3效应器及下游效应分子 （1）腺苷酸环化酶系统 1）G蛋白激活腺苷酸环化酶与cAMP的产生 2）依赖cAMP的蛋白激酶：cAMP的生物学作用主要通过依赖于cAMP蛋白激酶（也称蛋白激酶A，Protein Kinase A，PKA）来实现。,（2）肌醇-磷脂系统 有相当多的激素，如血管紧张素、肾上腺素、促胃泌素释放肽、促性腺激素释放激素、后叶加压素、抗利尿激素等，通过并应用磷脂酰肌醇代谢所产生的甘油二酯（diacylglyocer

21、ol，DAG）和肌醇三磷酸(inositol triphosphate，IP3)作为第二信使进行信号传导,1） G蛋白激活磷脂酶C-与甘油二酯和肌醇三磷酸 当激素与膜受体结合导致膜受体变构后，受体的膜内侧结构域征集并激活了G蛋白（G蛋白家族的GP），通过G蛋白解离下来的GTP-亚基，与膜结合的磷脂酶C-（phospholipase C-, PLC-）结合而使其活化，PLC-进而将细胞膜上的磷脂酰肌醇-4，5二磷酸（phosphatidylinositol diphosphate，PIP2）分解成肌醇三磷酸和甘油二酯。这两种第二信使能够产生不同的生物学效应。,2） 甘油二酯与肌醇三磷酸的作用 I

22、P3可促使内质网腔内的Ca2+释放到胞质 Ca2+与钙调蛋白（calmodulin, CaM）结合，形成活化态的Ca2+-CaM复合物，然后可通过两种方式发挥作用： 一方面，直接与靶酶结合，使其活化而调节其活性，如磷酸二酯酶、Ca2+ -ATP酶等； 另一方面，通过活化依赖于Ca2+ -CaM复合物的蛋白激酶，使靶蛋白或靶酶磷酸化，间接影响其活性。 DAG和磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine, PS）一起，参与Ca2+对蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）的调控,（二）通过相关蛋白激酶的信号转导途径,1受体酪氨酸蛋白激酶系统 受体与激素的结合，可激活受体胞内侧

23、的酪氨酸蛋白激酶（protein tyrosine kinase，PTK），PTK可使底物蛋白质分子中酪氨酸残基发生磷酸化，进而调控靶细胞生物学效应。PTK底物蛋白分子可以具有酶活性，也可以不具有酶活性,2受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶系统 受体与激素的结合，激活细胞内的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（serine/threonine protein kinase，S/T-PK）。S/T-PK通过使底物蛋白质分子中丝氨酸残基或苏氨酸残基磷酸化而调节其活性，调控靶细胞生物学效应。,三、 细胞内受体作用机制,这类受体包括肾上腺素皮质激素、性腺激素和甲状腺素等激素的受体。这些脂溶性激素非常容易通过细胞膜，与细胞

24、内的受体结合，激素与胞内受体结合的二元复合物直接或间接作用于染色体上DNA分子，调控靶细胞特定DNA（基因）转录，至此转录产物翻译的结果就同真核细胞基因表达调控系统联系在一起。细胞内受体依据其存在的位置可分两类：胞质受体和核内受体。前者是激素进入靶细胞后，与胞质的特异性受体结合形成配体-受体二元复合物，其结构发生改变，而容易通过核膜。不论是胞质受体，还是核内受体，当激素与之结合并变构后，最终结果是激素-受体二元复合物引起染色体DNA特定区域转录活性的改变。,被激素活化的受体结合的DNA序列，即激素调节元件（hormon regulatory elements，HRE）介导激素-受体二元复合物在

25、靶细胞内对基因表达的调控作用，这些识别-调节序列就在激素调节靶基因序列的两侧，HRE具有增强子的作用。 几种甾体类激素受体的共同特点是有四个主要功能区域： 1DNA结合区 它是与靶基因中激素反应元件结合的序列，富含Cys，每两个Cys配合一个Zn2+形成锌指结构。 2核定位序列（nuclear localization sequence，NLS） 它由8个氨基酸残基（RKTKKKIK）组成，可决定甾体类激素受体进入细胞核，此功能区存在于DNA结合区中。 3激素结合区 位于C端，由250个氨基酸残基组成。它是与甾体激素结合并将受体活化、能进一步与DNA结合的关键结构，也就是激素依赖性、可诱导的转录激活区。 4受体调节区 受体分子N端具有一个非激素依赖的组成性转录激活结构，它决定启动子专一性和细胞专一性。,