第7章--激素化学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 激素化学,7.1 激素的概念和类别,概念：,1904年，Bayliss W 及Starling E提出,激素是生物体内特定细胞产生的对某些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。,在机体的代谢过程或生理过程起调控作用.,类别,动物激素,植物激素,脊椎动物激素,无脊椎动物激素,氨基酸衍生物激素,肽和蛋白质激素,类固醇激素,脂肪酸衍生物激素,甲壳类激素,昆虫激素,激素,产生部位：不是所有的细胞，,是某些,特定,的组织细胞,作用部位：不在产生部位，,经体液运输到,靶器官/细胞,效率：,量少,，作用大,功能：调节新陈代谢，,协调,机体各部位功能,调节：分泌量随内外环境变化而增减,激素调控往往是局部性的，,直/间接受到,神经系统,的控制。,激素的特点,激素的分泌,脑垂体,下丘脑,产生激素的内分泌腺很多，以哺乳动物为例，一些特殊的内分泌腺主要有右图的几类。,甲状腺,肾上腺,胰腺,卵巢,睾丸,垂体前页,下丘脑,垂体后页,松果体,垂体中页,7.2.1 激素的化学本质,1、,含氮激素,蛋白质激素前垂体、甲状旁腺、胰岛,多肽激素下丘脑（调节垂体前叶的功能）,氨基酸衍生物激素甲状腺、肾上腺髓质,2、,固醇类激素,性腺和肾上腺皮质分泌的激素。,3,脂肪酸衍生物激素,主要由生殖系统及其它组织分泌产生。,7.2 动物激素,1、甲状腺激素,甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的三碘甲腺原氨酸。三碘甲腺原氨酸的活性约为甲状腺素的510倍。二者的结构如下：,天然的甲状腺素是,酪氨酸,衍生物，均为,L-,构型。,甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织，能将体内,70-80%,的碘富集在其中。,7.2.1.1 氨基酸衍生物激素,生理功能,在甲状腺素的合成中，碘化过程并不是发生在游离的酪氨酸上，而是,甲状腺球蛋白分子,中的,酪氨酸残基,发生碘化反应。,主要是促进,糖、脂及蛋白质的代谢,；促进机体的,生长发育和组织分化,；对,中枢神经系统、循环系统、造血过程、肌肉活动及智力和体质的发育,等均有显著作用。,幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状腺时，将引起发育迟缓，身材矮小，行动呆笨而缓慢（,呆小症,）；,成年动物甲状腺机能减退时，出现厚皮病，心博减慢，基础代谢降低，性机能低下。,反之，,甲状腺机能亢进,，动物眼球突出，心跳加快，基础代谢增高，消瘦，神经系统兴奋性提高，表现为神经过敏等.,还有一种由于食物中长期缺碘引起,地方性甲状腺肿,2、肾上腺素,肾上腺分为髓质和皮质两部分。,髓质,分泌,肾上腺素,和少量,去甲肾上腺素,。,去甲肾上腺素,主要由,交感神经末梢,分泌。他们也是酪氨酸的衍生物，为R-构型。,肾上腺素主要促使肝糖原分解，使血糖增加。,肝糖原 血糖（葡萄糖）,分解,又能促使肌糖原分解，使乳酸增加。,肌糖原 乳酸,分解,去甲肾上腺素也有上述作用，但作用较弱。,功能,肾上腺素可使血管收缩；并能刺激心脏，使心肌收缩力增加，心跳加快，所以使血压升高。（对心脏作用大）（,临床上被用来作为升压药物，起抗休克作用）,去甲肾上腺素也能使血压升高，但机制不同，去甲肾上腺素主要使除冠状动脉以外的全身小动脉收缩，所以使血压升高（对血管作用大）,总的来讲肾上腺素和去甲肾上腺素使血糖，血压。,狗急跳墙：血流速度快，血氧、血糖高,麻黄素和伪麻黄素,麻黄素含有二个手性碳原子，其构型为1R2S,与R-构型肾上腺素相似，具有较高的生理活性。伪麻黄素的构型为1S2S,其生理作用则有明显的差异。,7.2.1.2 肽及蛋白质激素,由脑垂体、下丘脑、胰腺、甲状旁腺、胃肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多肽或蛋白质激素。这些激素具有各种各样的功能。,1、脑垂体激素,脑垂体在神经系统的控制下，起调节体内各种内分泌腺作用。垂体可分为前叶、中叶和后叶三个部分。脑垂体分泌的激素共有10多种。,生长激素（GH）促甲状腺素（TSH）,促肾上腺皮质激素（ACTH）催乳素（LTH）,促卵泡素（FSH）黄体生成素（LH）,促黑色细胞素（MSH）催产素、加压素,垂体前叶和中叶能够合成激素，后叶只能存储和分泌激素。后叶所分泌的激素由下丘脑合成。,生长激素（GH）,化学本质：蛋白质,不同来源的,GH,，,Mr,不同，,Mr2,万,5,万，结构差异较大。如人的,GH,Mr,21000,由,191,个氨基酸组成。牛的,GH,Mr,46000,，,由,396,个氨基酸组成。,不同种属来源的,GH,结构不同，但有一部分序列是相同的，这相同的序列与生物功能有关。,（1）促进蛋白质和RNA的生成,（2）调节蛋白质，糖和脂肪代谢,（3）刺激骨与软骨的生长（最主要）,（4）促进粘多糖及胶原的合成,对神经系统的发育和生长影响不大,过多：幼体,巨人症,成人,肢端肥大,缺乏：,侏儒,功能：,21岁高仅1.15米的应城学生陈巍走进了湖北经济学院,化学本质：,都是糖蛋白,都由两条多肽链组成，分别称为,链，,-,链（每条多肽链都含有糖）。比较短的一条是,链，较长的一条是,链。也称,亚基，,亚基。,这三种激素,链结构很相似，不同的在,链。不同激素特有的生理活性是由,链决定的。,促甲状腺素（TSH）,促卵泡激素（FSH）,促黄体生成素（LH）,促激素、促性腺激素,推测这三种激素有一个共同的祖先，即从同一个前体分子来的。,促甲状腺激素：,靶腺是甲状腺，促使甲状腺发育以及分泌甲状腺激素，从而影响全身代谢。,功能：,促黄体生成素：又称促间质细胞激素,雄性：刺激睾丸间质细胞发育，分泌雄性激素。,雌性：促进卵泡发育成黄体，促进胆固醇转变成孕酮并分泌孕酮，阻止排卵。,雄性：促进精巢发育，刺进精子生成和释放。,雌性：促卵泡生成和释放、排卵和分泌雌激素。,促卵泡激素：,催乳素（LTH）,催乳激素中有一段氨基酸序列与生长激素相似,一条肽链的蛋白质，人的,LTH,约由,200,个氨基酸组成。,功能,：刺激乳腺分泌乳汁，,刺激黄体分泌孕酮。,促肾上腺皮质激素（ACTH）,ACTH是39个氨基酸组成的多肽，有种属差异。,生理功能：,促使肾上腺皮质发育和促使肾上腺皮质分泌激素。,可用ACTH来诊断肾上腺皮质的生理状况，也可用它治疗痛风，气喘和皮肤痛等病。,促黑素（MSH）,-MSH：13肽，各种哺乳动物相同,-MSH：有种属差异，人的,-MSH,为22肽。,功能：,促进皮色素的形成和控制皮色素颗粒在细胞质内的分布，使皮肤颜色加深。,2、下丘脑激素,下丘脑所分泌的激素主要包括一些释放激素（或释放因子）和释放抑制激素,。,下丘脑激素经垂体门静脉到达脑垂体，并作用于垂体细胞，起调控作用。,下丘脑,释放因子/抑制因子,腺垂体,神经垂体,促激素,腺体,激素,靶细胞,催产素,升压素,促甲状腺素释放激素（TRH）,促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）,促卵泡素释放激素（FRH）,促黄体生成素释放激素（LRH）,生长素释放激素（GRH）,生长素释放抑制激素（GRIH）,促黑色细胞激素释放激素（MRH）,促黑色细胞激素抑制释放激素（MRIH）,催乳素释放激素（PRH）,催乳素释放抑制激素（PRIH）,3、脑肽,1975年有人从猪脑中分离出两种具有吗啡活性的脑啡肽:,Leu-脑啡肽:H,3,+,N-Tyr-Gly-Gly-phe-Leu-COO,-,Met-脑啡肽:H,3,+,N-Tyr-Gly-Gly-phe-Met-COO,-,内啡肽（endophin）,从垂体分离出的一族具有吗啡功能的内啡肽，有、-三种，-内啡肽为16肽，-内啡肽为32肽，-内啡肽为17肽。,脑内注射内啡肽能引起全身在几小时内深度消失痛觉，体温降低，行为变得木僵并呈现向外牵张姿势。,内啡肽的生物学研究，拓宽了对神经生物学和神经精神病学的理解，对人类情感的生理学基础也有了更深入的认识。,功能,：镇痛,胰岛是胰脏的内分泌组织。人的胰岛主要由,、,和,三种细胞组成。,-细胞分泌胰高血糖素，,-细胞分泌胰岛素。,4、胰岛素,胰岛素是由胰腺中胰岛的-细胞分泌的一种含有51个氨基酸残基的蛋白质激素。,胰岛素由两条多肽链组成胰岛素的生理功能主要是,促进细胞摄取葡萄糖,；,促进肝糖原和肌糖原的合成；抑制肝糖原的分解,。,胰岛素具有抑制细胞内腺苷酸环化酶活性作用，使cAMP产生显著减少，导致糖原分解速度减慢。胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反。,结构：,功能：,促进糖原的生物合成以及葡萄糖的氧化，降低血糖。,促进蛋白质及脂类的合成代谢。,糖原,葡萄糖,CO,2,+H,2,O,Insulin,当胰岛受到严重破坏时，胰岛素分泌显著减少，血糖升高，尿中糖排出，发生,糖尿病,。,5、胰高血糖素,胰高血糖素为胰岛的-细胞分泌的多肽激素，由29个氨基酸组成，人和猪的胰高血糖素的氨基酸序列完全一样，其结构如下：,His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asp-Thr,胰高血糖素主要是,促进肝糖原分解，使血糖升高,，与肾上腺素作用相似。其作用原理是激活肝细胞中的腺苷酸环化酶，使cAMP浓度升高，从而提高磷酸化酶活性，促进肝糖原分解,。,6、甲状旁腺激素,甲状旁腺,主要分泌,甲状旁腺素,（PTH）和,降钙素,（CT），它们都是多肽激素。,二者的生理作用相反，PTH可以升高血钙，而CT则可以降低血钙，因此都是调节钙磷代谢的激素。,甲状旁腺激素：血钙，血磷。,降血钙素：血钙，血磷。,1,25-,二羟胆钙化醇（,Vit,D,3,),：血钙，血磷。,7.2.1.3 类固醇激素,类固醇激素是一类脂溶性激素，它们在结构上都是环戊烷多氢菲衍生物。,脊椎动物的类固醇激素可分为肾上腺皮质激素和性激素两类。,1、肾上腺皮质激素,肾上腺皮质激素由肾上腺皮质分泌产生。目前从肾上腺皮质提取液中分离的类固醇化合物有30余种,皮质激素一般结构式,功能,（1）,调节糖代谢,：抑制糖的氧化，使血糖升高；促进蛋白质转化为糖。具有这种功能的包括皮质酮、11-脱氢皮质酮、17-羟皮质酮（氢化可的松）和17-羟-11-脱氢皮质酮（可的松）。这类激素还,具有良好的抗炎，抗过敏作用,，是常用的激素药物。,糖皮质激素,（2）,调节水盐代谢,：促使体内保留钠离子及排出过多的钾离子，调节水盐代谢。这类激素包括11-脱氧皮质酮、17-羟-11-脱氧皮质酮和醛皮质酮。其中醛皮质酮对水盐代谢的调节作用比脱氧皮质酮大30-120倍。,肾上腺皮质激素分泌失常，将引起糖代谢及无机盐代谢紊乱而出现病症。,盐皮质激素,2、性激素,性激素属于类固醇类激素，可分为雄性激素和雌性激素两类。它们与动物的性别及第二性征的发育有关。,性激素的分泌受垂体的促性腺激素（LHF 和 SH）调节。,除睾丸分泌雄性激素，卵巢分泌雌性激素外，,肾上腺皮质也可产生性激素,，脊椎动物性别反常都与肾上腺皮质功能异常有关。,7.2.1.4 脂肪酸衍生物激素,前列腺素（简称PG）是,一类,具有生理活性物质的总称，现在已发现有几十种。这类激素广泛存在于生殖系统和其它组织中。,前列腺素的基本结构为含有一个环戊烷及两个脂肪侧链的,二十碳脂肪酸,。其中主要有E、F、A、B等四类,。,前列腺素,E型：,C-9为酮基、C-11含有羟基。,F型：,C-9和C-11均含有羟基。,A型：,C-9为酮基、C-10和C-11之间有双键。,B型：,C-9为酮基，C-8和C-12之间有双键。,所有的前列腺素在侧链的,C-13和C-14之间有双键,，,C-15含有一个羟基,。,前列腺烷酸,功能,不同结构的前列腺素，其功能也不相同，说明前列腺素具有复杂的生理功能。,已经证明，前列腺素对生殖、心血管、呼吸、消化和神经系统等都有显著影响作用。,例如，能使子宫及输卵管收缩，使血管扩张或收缩，可抑制胃酸分泌等。,人体前列腺素的产生和分泌异常是导致许多疾病的重要原因。,7.2.2 昆虫激素,昆虫激素的类别,1、发育激素：,（1）保幼激素抑制成虫特征的出现,（2）蜕皮激素、鞣化激素、羽化激素,（3）脑激素：调节发育激素,2、性激素：某些称为外激素（信息素）,3、变色激素：保护色、警戒色的形成,1、生长素：天然的是吲哚乙酸,2、赤霉素：一类物质，促进茎叶生长、,打破休眠、促进萌发、防止果实脱落等,3、细胞激动素（细胞分裂素）,4、脱落酸（离层酸）：促进脱叶、脱果、存在于衰老和休眠的器官中,5、乙烯,7.3 植物激素,7.4 激素的作用机制,靶细胞膜上或靶细胞内有激素的受体,激素为什么只对“靶”起作用？,受体,（receptor）：能识别并与特定信号物质结合的特异蛋白,配体,（ligand）：与受体结合的细胞外生物活性物质，如激素、某些药物、毒素等,受体的类型,根据在,细胞内分布,的不同,膜受体,胞内受体,按其结构和接受信号的种类及转换方式分为,（1）离子通道型受体,主要是神经递质受体,1、膜受体,存在于细胞质膜表面,本质,：跨膜糖蛋白，一条肽链,N端位于膜的外表面胞外信号结合部位,C端位于膜内侧与G蛋白相互作用,跨膜疏水部位7个螺旋,作用,：接受胞外信号后,不直接影响,细胞内变化,需要G蛋白介导,如：肾上腺素,2,及受体、毒覃碱型乙酰胆碱受体,（2）G蛋白偶联型受体,本 质,：跨膜糖蛋白，含一个螺旋,类型1：膜外部分为配体结合区域,膜内侧具有酪氨酸蛋白激酶活性,类型2：本身不具有酶的活性,结合配体后与Tyr蛋白激酶偶联而有活性,作 用,：与配体结合后可使受体本身磷酸化，,可催化底物蛋白特定的Tyr残基磷酸化,如：胰岛素受体,（3）具有酶活性的受体,膜受体接受信号水溶性,胞内受体接受信号脂溶性小分子,存在,：主要于细胞核内；,在胞浆中结合配体后也转入核内,作用,：,调节基因的转录,无配体时受体与抑制蛋白结合,结合配体后暴露出DNA结合位点,如：类固醇激素受体、甲状腺素受体,2、胞内受体,1、,专一性,由其结构决定,同一信号分子可能有两种以上的受体,同一信号分子与不同受体结合产生不同的效应,2、,高亲和性,极低浓度下即可被受体捕获,10,9,10,-10,mol/l，即使杂Pr高10万倍,3、,可饱和性,靶细胞上受体数目有限,不同细胞上、同一受体的数目可能不同；,同一细胞上不同受体的数目可能不同,4、,可逆性,非共价键结合,受体的性质,4种途径,1、通过cAMP途径,2、钙及肌醇三磷酸作用途径,3、受体的酪氨酸激酶途径,4、固醇类激素受体调节基因转录速度,反应快，,通过生成,cAMP,而立即起作用,大部分含氮激素以这种方式起作用,激素（,第一信使）,与细胞膜上特异受体结合；,腺苷酸环化酶被活化，,催化,ATP,生成,cAMP,（,第二信使,）；,cAMP再经一系列的相关反应级联放大：,a、先激活细胞内的蛋白激酶A,b、再诱发各种功能单位产生相应的反应,亦被称为,第二信使学说,7.4.1 通过cAMP起作用,第二信使学说,由Sutherland提出，因此他荣获1971年国际生理学诺贝尔奖金,G蛋白：GTP结合蛋白，依赖于GTP的调节蛋白。,亚基：,45KD,亚基：,35KD,亚基：,7KD,GDP,GGDP,（无活性状态）,GTP,G GTP,（活性状态）,G,GTP,GDP,P,i,H,2,O,G蛋白与信号转导,取代,G,蛋,白,ATP,cAMP,无活性的,蛋白激酶,有活性的,蛋白激酶,蛋,白,质,磷,酸,化,酶,酶或蛋白质,酶,或蛋白质,P,P,Pi,磷酸酶,生理效应,腺苷酸环化酶,（1）cAMP的产生与灭活,腺苷酸环化酶,cAMP,cAMP,环核苷酸磷酸二酯酶,5 AMP,Mg,2+,是两酶的激活剂,咖啡碱、茶碱对环核苷酸磷酸二酯酶有抑制作用,ATP,信号转导,信号的转导抑制,通过激活依赖cAMP的蛋白激酶A（PKA）起作用,PKA四个亚基：2个相同的催化亚基C、2个相同的调节亚基R,每个R上有两个cAMP结合位点，结合4个cAMP后，C与R脱离呈解聚态有活性,可催化特定酶Ser-OH、Thr-OH磷酸化,(激活/抑制)产生生理效应,(2)cAMP的作用机制,第一信使与靶细胞膜上的特异受体结合,腺苷酸环化酶（AC）被活化,ATP,分解为,cAMP,和ppi，,cAMP,升高,活化蛋白激酶A（PKA）,活化糖原磷酸化酶激酶,糖原分解，磷酸葡萄糖,的含量集聚增加,肾上腺素,的,作用,机理,磷酸肌醇级联放大：激素与受体结合，激活G蛋白，G蛋白开启,磷酸肌醇酶,催化活性,激素与受体结合,活化磷酸肌醇酶（磷脂酶C）,催化,PIP,2,，,IP3,和,DAG,PIP,2,：,磷脂酰肌醇4，5-二磷酸,IP3：,肌醇1，4，5三磷酸,DAG：,二酰基甘油,G蛋白,7.4.2 磷酸肌醇作用途径,R,G,蛋,白,磷,脂,酶,C,DAG,PKC,IP,4,IP,3,H,Ca,内质网,PIP,2,：磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸,DAG：二脂酰甘油,IP,3,：肌醇-1，4，5-三磷酸,IP,4,：肌醇-1，3，4，5-四磷酸,PIP,2,使酶的活性发生改变,酶 或蛋白质,酶或蛋白质,P,P,改变钙调蛋白及其他钙传感器的构象 产生生理效应,两个细胞内信使,IP3,打开,Ca,2+,通道（从,内质网/肌质网,中释放），,胞质内Ca,2+,升高，钙调蛋白和其他钙传感器,构象改变，更容易和靶蛋白结合,寿命短，维持几秒钟，,磷酸酶,顺次作用,形成肌醇，失去5-磷酸基即丧失信使作用,DAG,活化,蛋白激酶C、,激活/失活,靶,酶活性,如糖原合成酶被磷酸化后，停止合成糖原,有重复出现的螺旋区,-,泡区,-,螺旋区（,EF,手图象）,在含,Ca,2+,循环溶液中离体蛙心才能继续搏动,细胞收缩、胞吐、胞饮、糖原代谢、神经递质的释放、细胞死亡等都与,Ca,2+,有关,Ca,2+,是许多信号传导途径中的细胞内信号,钙调蛋白和其他的钙传感器,Ca,Ca,激素结合到实质为,酪氨酸激酶,的受体上，激发此激酶的催化活性，,使受体本身酪氨酸残基,磷酸化,；受体中酪氨酸的磷酸化又进一步促进酪氨酸激酶的活性。,7.4.3 受体的酪氨酸激酶途径,胰岛素受体,细胞膜上的糖蛋白，有两个链（细胞外侧）和两个链（穿过细胞膜）,酪氨酸激酶结构域在链细胞质侧；,胰岛素结合位点在链上,胰岛素的结合打开受体酪氨酸激酶活性，自动对链上酪氨酸残基进行磷酸化,自身磷酸化作用,反应慢、形成激素-核受体复合物,激素首先进入细胞,与胞浆中受体形成激素-胞浆受体复合物,进入细胞核,激素的受体是结合着,DNA,的蛋白质,受体转变成转录的增强子,特定的基因扩增地表达,固醇类激素以此种方式作用于机体,去除抑制蛋白的作用,7.4.4 激素诱导酶的合成,H,H,类固醇激素,R,H,R,H,R,核膜,H,R,mRNA,mRNA,酶蛋白,