第七章 激素及其作用机制

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※cAMP - PKA pathway
组成:
胞外信息分子、受体、G蛋白、cAMP、 腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC) 蛋白激酶 A (protein kinase A,PKA)
1)cAMP 的合成与分解
NH2 N
O OH
O OH
O N O N
N
HO P O P O P O CH2
常见的甲状腺素疾病
1、地方性甲状腺肿——由缺碘引起 2、甲状腺机能亢进——甲状腺素分泌增多
3、甲状腺机能低下
幼年:呆小病 成人:黏液性水肿
HO HO
OH CH2-CH-NH-CH3 HO
HO HO
OH CH2-CH-NH2
肾上腺素
去甲肾上腺素
CH2-CH-NH2
多巴胺
化学本质—酪 氨酸衍生物
HO
功 能 :配体与受体结合后,调控靶细胞
特定的DNA(基因)转录。
甾体激素受体结构:400-900个氨基酸
DNA结合区 热休克蛋白
核定位序列
激素结合区 C-端 受体调节区
N-端
激素
甾体激素受体结构示意图:
400-900个氨基酸 N-端 C-端
受体调节区
DNA结合区
激素结合区
热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 激素 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白 热休克蛋白
PKC 对基因的早期活化和晚期活化
IP3、Ca2+—钙调蛋白激酶途径
α1肾上腺素受体 内皮素受体 血管紧张素Ⅱ受体 与Gpα结合 PLCβ
质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)
IP3
肌浆网上的IP3操纵的钙通道开放 释放钙离子
DAG
作为第二信使调 节细胞多种功能
与钙调蛋白结合 发挥生物学效应
DAG-蛋白激酶C途径
主要内容 第一节 第二节 概述 主要激素的化学与
生理生化功能
第三节 激素作用机制和受体
细胞间信息传递的步骤
特定的细胞释放信息物质
信息物质经扩散或血循环到达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合 受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 靶细胞产生生物学效应
一、受体的分类

概念:靶细胞中(细胞膜上或细胞内)能识别配 体并与其特异结合,将信号传递到细胞内部,进 而引起各种生物学效应的一类物质。
水溶性激素:一般不需与血清蛋白结
合而运输,易代谢清除。与细胞膜受体 结合产生效应。
三、激素的化学本质和分类 3.作用距离
内分泌激素:通过血液循环作用于远距离 靶细胞、靶器官。 旁分泌激素:作用于邻近的靶细胞。 自分泌激素:作用于分泌细胞自身。
主要内容 第一节 第二节 概述 主要激素的化学与
类固醇激素受体家族
糖皮质激素 盐皮质激素
性激素
(位于胞浆,未与配体结合 受体 前与HSP结合存在,无活性) 激活
DAG+Ca2+
PKC活化 细胞膜Na+/H+ 交换蛋白磷酸化 H+外流增加、 Na+内流增加
磷酸化转录因子 (AP-1、NF-Κ B) 顺式作用元件
促进靶基 因转录
三、细胞内受体作用机制
胞内受体(intracellular receptor)
包括:胞质和核内受体,为DNA结合蛋白。
相关配体:类固醇激素、甲状腺素等。
PIP2
PLC
DAG + IP3
3)DAG、IP3的 作用
① IP3的作用:水溶性小分子 内质网Ca2+ 作用于Ca2+通道 细胞浆Ca2+
② DAG的作用:
DAG Ca2+ (+) PKC 磷脂酰Ser
4) PKC 的生理功能
① 调节代谢
活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝 、 苏氨酸残基磷酸化。
细胞膜 Gs ATP R AC cAMP 蛋白磷酸化 R 2cAMP 2cAMP
C C
R
Pi Pi Pi
C C
R
N 转录活化域 DNA结合域
CREB
核膜


C R Pi E B
Pi
CC RR EE BB
Pi
C R E Pi B
细 胞 核
DNA
CRE
结构基因
蛋白质
cAMP信号传递过程的放大作用 信息分子-受体
1)组成: 胞外信息分子、G蛋白 磷脂酶C(phospholipase C, PLC) 甘油二酯(diacylglycerol, DAG)
三磷酸肌醇( inositol 1, 4, 5 triphosphate,IP3 ) 蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)
2)DAG、IP3的生物合成
性激素 1、雄性激素:睾丸酮、脱氢异雄酮、雄 分类: 烯二酮、雄酮 2、雌性激素:a.雌激素:雌二醇、雌酮、 雌三醇 b.孕激素:孕酮
肾上腺皮质激素
(1)糖皮质激素的作用——血糖升高
①减少组织对葡萄糖的摄取,抑制血糖消耗 ②加强蛋白质分解生糖 ③促进脂肪动员 ④增强肝脏糖异生各种酶的活性
(2)盐皮质激素的作用——促进Na+、Cl-的 重吸收和K+、H+的排出,维持Na+,K+浓度。
OH
NH2 N
ATP
OH OH
O CH2 N O N
N
O
P OH
O
OH
NH2 N O N N
cAMP 磷酸二酯酶
HO
P OH
O
CH2
N O
AMP
OH OH
(phosphodiesterase, PDE)
H
腺苷酸环化酶 A A C C
GDP
cAMP
R R
β β
α
γ
γ
GTP
ATP
2)cAMP的作用机理
三、激素的化学本质和分类 1.化学本质
氨基酸衍生物类:甲状腺素、肾上腺髓质 激素等 蛋白质多肽类:胰岛素等
甾体类激素:性激素、肾上腺皮质激素等
脂肪酸衍生物类激素:前列腺素等
三、激素的化学本质和分类 2.溶解性质
脂溶性激素:易通过生物膜,需要与
血清蛋白结合而运输,不易被代谢清除。
与细胞内受体结合产生效应。
靶蛋白包括: 质膜受体、膜蛋白和多 种酶。
② 调节基因表达 PKC 对基因的活化分为:早期反应 、晚期反应
PKC能使立早基因的反式作用因子磷酸化, 加快该基因表达; 立早基因多为细胞原癌基因,表达的蛋白质 为第三信使,有跨越核膜传递信息的功能; 第三信使磷酸化后,活化晚期反应基因,导 致细胞增殖。
L-3, 5, 3’-三碘甲腺原氨酸 ,T3
含量: T4 >T3 活性: T3 >T4 约大3~5倍
甲状腺素的生化功能
甲状腺素促进物质代谢、增加耗氧量及产热!
1、适量激素促进蛋白合成,大量激素促进蛋白分解。 2、适量激素促进糖原合成,大量激素促进糖原分解, 加强胰岛素和儿茶酚胺的作用。 3、加强脂肪动员,使血胆固醇降低。 4、促进骨骼钙化,促进机体生长发育。
二、激素的特性
1、合成的可调控性
激素在体内的合成速度及合成量受机体生 理状态、内外环境的改变和其它激素的调控。 2、分泌的可调控性
激素在体内的分泌也受机体生理状态、内 外环境的改变和其它激素的调控。
二、激素的特性
3、作用特异性
激素通过与靶细胞上存在的受体的特异结 合而发挥生理效应。 4、作用的微量性
*o表示另一种(other)
亚基 s i p o T


激活腺苷酸环化酶 抑制腺苷酸环化酶 激活磷脂酰肌醇的特异磷脂酶C 大脑中主要的G蛋白,可调节离子通道 激活视觉
**T:传导素 (transductin)
3. 效应器及下游效应分子
(1)腺苷酸环化酶系统 (2)肌醇-磷脂系统
(1)腺苷酸环化酶系统
HO
多巴 HO
CH2-CH-NH2 COOH
HO
CH2-CH-NH2
COOH
苯丙氨酸
羟化
酪氨酸
肾上腺素的生化功能
糖代谢:促进糖原分解、增强糖异生,抗胰 岛素
脂代谢:促进脂肪动员、抑制脂肪合成
蛋白质:促进蛋白质分解
HO HO OH CH2-CH-NH-CH3
麻黄素
肾上腺素
二、甾体类
肾上腺皮质激素 分类: 1、糖皮质激素:皮质醇、皮质酮 2、盐皮质激素:醛固酮、脱氢皮质酮
激活PKA
R C
调节亚基 催化亚基
3)PKA的作用
① 对代谢的调节作用 通过对效应蛋白的磷酸化作用,实现其调 节功能。
肾上腺素 +受体 肾上腺素 ·受体复合物
磷酸化酶激酶b ATP PPi PKA 磷蛋白磷酸酶

激活G蛋白 激活AC ATP cAMP ATP
磷酸化酶激酶a
磷酸化酶a H2O
磷酸化酶b
又称Байду номын сангаас个跨膜螺旋受体
G蛋白偶联受体的结构
矩型代表-螺旋, N端被糖基化,C端的半胱氨酸被棕榈酰化
二、细胞膜受体作用机制 (一)膜受体-G蛋白耦联的信号转导途径 1. G 蛋白耦联受体(G-protein coupled receptors, GPCRs)
(1) 配体
多种激素 神经递质
(2) 受体结构的特点
细胞膜受体 分类
•G蛋白耦联的受体
•酶耦联受体
细胞内受体 :甾体类激素、甲状腺素
一、受体的分类
配体(ligand) :能与受体呈特异性结合,结合
后使该细胞产生特定生物效应的生物活性分子 则称配体。 如:激素、神经递质、细胞因子等。
二、细胞膜受体作用机制 (一)膜受体-G蛋白耦联的信号转导途径 1. G 蛋白耦联受体(G-protein coupled receptors, GPCRs)
三、脂肪酸衍生物类
种类:前列腺素、凝血噁烷和前列环 素、白三烯 来源:花生四烯酸经(1)环加氧酶生 成前列腺素、凝血噁烷和前列环素;(2) 脂质加氧酶生成白三烯。 作用:参与细胞代谢的调节,与炎症、 免疫、过敏及心血管疾病有关,对细胞 代谢的调节具有重要的作用。
四、蛋白多肽类
下丘脑激素 垂体激素 降钙素 甲状旁腺素 胰腺激素 胸腺激素 胃肠道激素 其他激素
PPi 磷蛋白磷酸酶 抑制物Ib PKA

肾上腺素 对糖原代 谢的影响

磷蛋白磷酸酶
ATP
抑制物Ia
PPi
②对基因表达的调节作用
受cAMP调控的基因中,在其转录调控区 有一共同的DNA序列(TGACGTCA),称为cAMP应 答元件(cAMP response element, CRE )
cAMP应答元件结合蛋白(cAMP response element bound protein ,CREB)二者相互作用 调节基因的转录。
G 蛋白耦联受体(400-600个氨基酸残基组成的多肽)
与配体结合
Extracellular -NH2
e2
e3
e1
-S-S-
TM1
TM2
TM3
TM4
TM5
TM6
TM7
D R Y
i2
i1
Cytoplasmic
i3
G蛋白作用部位
COOH-
2. G蛋白 ①组成
是一类和 GTP 或 GDP 相结合、 位于细胞膜胞浆面的外周蛋白。 由、、 三个亚基组成。



②两种构象:
活化型: 非活化型: α -GTP α β γ -GDP

GPCRs
L
G-proteins
G

Effector
Signal
H
腺苷酸环化酶(AC)
R R
β β
α
γ
A A C C
GDP
cAMP
γ
GTP
ATP
③ G蛋白种类及功能
G蛋白的类型 Gs Gi Gp Go* GT * *
第七章
激素及其作用机制
Hormone
王伟章 博士/副教授 生物化学与分子生物学系 wei-zhangwang@hotmail.com QQ:105969855
主要内容 第一节 第二节 概述 主要激素的化学与
生理生化功能
第三节 激素作用机制和受体
一、定义
激素:由内分泌腺或具有内分泌功能的 组织所产生的,通过扩散或血液转运到作用 细胞或器官(靶细胞或靶器官),调节细胞 和器官代谢的化学信息分子。
特异性、亲和力高、级联放大。
5、作用通过中间介质
激素→中间介质→级联放大
二、激素的特性
6、作用的“快反应”和“慢反应”
(1)快反应—激素作用于靶细胞,短时间内 就产生生理效应。 (2)慢反应—激素作用于靶细胞,需要较长 时间才会产生生理效应。 7、脱敏 激素长时间作用于靶细胞时,靶细胞会 产生一种降低其应答强度的倾向。
GS
AC酶
cAMP 蛋白激酶A(PKA) 酶磷酸化
G蛋白耦联受体介导的产生cAMP的 信号转导系统
腺 苷 酸 环 化 酶 Pro 蛋 白 激 酶 A 生 理 功 能 调 节
信 号 分 子
受 体
G 蛋 白
Pro-p
(2)肌醇-磷脂系统
磷脂酰肌醇信号途径
(Ca2+-依赖性蛋白激酶途径)
(2)肌醇-磷脂系统
生理生化功能
第三节 激素作用机制和受体
一、氨基酸衍生类
甲状腺素(Thyroxine):甲状腺分泌 肾上腺素(Epinephrine):肾上腺髓质 分泌 5-羟色胺(5-hydroxy tryptamine):肠 道嗜铬细胞分泌
松果腺素(Melatonin) :松果腺分泌
甲状腺素
L-甲状腺素(L-3, 5, 3’, 5’-四碘甲腺原氨酸 ,T4)
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