激素作用机制.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,激素及其作用机制,Hormones and Their Mechanism of Action,南方医科大学基因工程研究所,生物化学与分子生物学教研室,朱利娜 julia,第七章,概述,主要激素的化学与生理生化功能,激素作用机制与受体,细胞膜受体作用机制,细胞内受体作用机制,内容提纲,细胞信息传递,(Signal Transduction),细胞外信息如何传入细胞内并,引起细胞反应,不同亚群细胞之间的协调配合,信息物质,（,signal molecules,）：,调节细胞生命活动的化学物质,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靶细胞内信使系统,靶细胞产生生物学效应,细胞信息转导的过程,特定的细胞释放信息物质,年度,重要发现,诺贝尔奖获得者,1923年,胰岛素,Frederick Grant Banting,John James Richard Macleod,1936年,神经冲动的化学传递,Henry Hallett Dale,Otto Loewi,1950年,肾上腺皮质激素,Edward Calvin Kendall,Philip Showalter Hench,Tadeus Reichstein,1970年,神经末梢的神经递质的合成、释放及灭活,Sir Bernard Katz,Ulf von Euler,Julius Axelrod,1971年,激素作用的第二信使机制,Earl Wilber Sutherland,1982年,前列腺素及相关的生物活性物质,Sune K.Bergstrm,Bengt I.Samuelsson,John R.Vane,1986年,生长因子,Stanley Cohen,Rita Levi-Montalcini,年度,重要发现,诺贝尔奖获得者,1992年,蛋白质可逆磷酸化调节机制,Edmond H.Fischer,Edwin G.Krebs,1994年,G蛋白及其在信号转导中的作用,Alfred Gilman，Martin Rodbell,1998年,一氧化氮是心血管系统的信号分子,Robert F.Furchgott，Louis J.Ignarro，Ferid Murad,2000年,神经系统有关信号转导,Arvid Carlsson，Paul Greengard，Eric R.Kandel,2001年,细胞周期的关键调节分子,Leland H.Hartwell,R.Timothy Hunt,Paul M.Nurse,2003年,细胞膜离子通道作用机制,Peter Agre,Roderick MacKinnon,2004年,嗅受体及其作用机制,Richard Axel，Linda B.Buck,细胞间信息物质影响细胞功能的途径,种类,信息物质,受体,引起细胞内的变化,神经,递质,乙酰胆碱、谷氨酸、,氨基丁酸,质膜受体,影响离子通道关闭,激素,蛋白质、多肽及氨基酸衍生物类激素,质膜受体,引起酶蛋白和功能蛋白的磷酸化和去磷酸化，改变细胞的代谢和基因表达,类固醇激素、甲状腺素,胞内受体,调节转录,生长,因子,类胰岛素样生长因-1、表皮生长因子、血小板衍生生长因子,质膜受体,引起酶蛋白和功能蛋白的磷酸化和去磷酸化，改变细胞的代谢和基因表达,维生素,维生素A、维生素D,胞内受体,调节转录,无机离子：如Ca,2+,脂类衍生物：,如DAG，花生四烯酸及其代谢产物，,Cer（神经酰胺）等,糖类衍生物：如IP,3,核苷酸：如cAMP，cGMP,信号蛋白分子：如Ras和底物酶,细胞内信息分子,化学本质,第二信使,(secondary messenger),Ca,2+,、,DAG,、,IP,3,、,Cer,、,cAMP,、,cGMP,、,花生四烯酸及其代谢产物等这类在细胞内传递信息的小分子化合物。,第三信使,(third messenger),负责细胞核内外信息传递的物质，,又称为,DNA,结合蛋白，是一类可,与靶基因特异序列结合的核蛋白,，能调节基因的转录。,第三节 受 体,Receptor,受体与配体的概念,受体-配体结合的特性,受体的,分类,、一般结构及功能,（一）受体的分类,（二）膜受体类型,（三）胞内受体,一、受体与配体的概念,受体(receptor)是细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，然后将识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。,（一）受体的概念,（二）配体的概念,对受体具有选择性结合能力，结合后使该细胞产生特定生物效应的生物活性化学信号分子，称为配体（ligand）,激动剂,(agonist),拮抗剂,(antagonist),-,虽然能与受体结合，但并不使靶细胞产生生物效应的配体，它可拮抗激动剂的作用,部分激动剂,(partial agonist),-,既具有激动作用，又具有拮抗作用的配体,反向激动剂,(,inverseagonist,),-,又称为负性拮抗剂,(negative antagonist),或抑制激动剂,(inhibitory agonist),，,使靶细胞产生的生物效应与激动剂引起的效应正好相反,可饱和性,高度亲和力,高度专一性,可逆性,结合的生物学效应,体外重组受体的功能再现性,二、受体-配体结合的特性,配体浓度,受体饱和度（）,配体受体结合曲线,1.膜受体绝大部分是镶嵌糖蛋白,（一）受体的分类,三、受体的分类、结构及功能,其配体信号分子为亲水性物质，如细胞因子，蛋白多肽类激素，水溶性激素，前列腺素，亲水性神经递质等，不能通透靶细胞膜进入胞内,2.胞内受体全部为DNA结合蛋白,某些配体信号分子可以直接穿过靶细胞膜，与细胞浆或细胞核受体相互作用，,通过调控特定基因的转录，利用基因表达产物的表达上调或下调,，由此启动一系列的生化反应，最终导致靶细胞产生生物效应。,1.G蛋白耦联受体,2.离子通道受体,3.具有内在酶活性的受体,4.与酪氨酸蛋白激酶活性相关的受体,（二）膜受体类型,1.G,蛋白偶联受体,(G-protein coupled receptors，GPCRs),G蛋白偶联区,G蛋白(guanylate binding protein)鸟苷酸结合蛋白,是一类与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。,有两种构象：,非,活性型：,亚基与GDP结合，并与、,亚基,形成异源三聚体,活性型：,亚基与GTP结合，并与、,亚基,二聚体分离,G蛋白的主要类型,GRCPs的信息转导途径,两种G蛋白的活性型和非活性型的互变,2.,离子通道受体,(Ion-channel receptors),受神经递质等信息 物质调节。当神经递质与他们结合后，可使细胞膜上的离子通道打开或关闭，从而改变膜的通透性,。,（1）受体酪氨酸蛋白激酶,(tyrosine-protein kinase,TPK),系统,（2）受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶系统,（3）受体鸟氨酸环化酶系统,（4）受体NO合酶系统,3.具有内在酶活性的,受体,(receotors with intrinsic enzymatic activity),含TPK结构域的受体,EGF:表皮生长因子 IGF-1:胰岛素样生长因子,PDGF:血小板衍生生长因子 FGF:成纤维细胞生长因子,细胞膜,TGF的型和型受体,丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性,配体,非催化型受体,活化,JAKs,激活,STAT,调节基因转录,*非催化性受体,*JAKs(janus kinases),*信号转导子和转录激动子(signal transductors and activators of transcription，STAT),4.与酪氨酸蛋白激酶活性相关的受体,干扰素激活JAK、STAT，并诱导STAT复合体核内转移及调节基因转录机制,位于胞浆和细胞核内，多为DNA结合蛋白，当与相应配体结合后，能与DNA分子结合，调节基因转录。,能与此型受体结合的信息物质有类固醇激素、甲状腺素和维甲酸等。,（三）胞内受体（intracellular receptor）,(1)DNA结合区：含锌指结构，与DNA结合,(2)核定位序列：引导受体向核内移动,(3)激素结合区：使受体二聚化；激活转录,(4)受体调节区：具转录激活作用,受体调节区,DNA结合区,激素结合区,NH,2,COOH,核定位序列,不同类型受体介导的信号转导模式,第四节 细胞膜受体作用机制,Mechanism of Signal Transduction,by Membrane Receptors,通过第二信使介导的信号转导,cAMP-蛋白激酶途径,Ca,2+,-依赖性蛋白激酶途径,cGMP-蛋白激酶途径,通过相关蛋白激酶的信号转导,有丝分裂原激活蛋白激酶的信号转导,靶细胞对配体信号的响应,（一）cAMP-蛋白激酶途径,胰高血糖素、肾上腺素促肾上腺皮质激素,ATP,cAMP,5-AMP,磷酸二酯酶,胰岛素等,G蛋白(Gi),一、通过第二信使介导的信号转导,靶细胞质膜上的特异性受体,G蛋白(Gs),腺苷酸环化酶(AC),+,+,cAMP,ATP,AC,PPi,AMP,PDE,H,2,O,磷酸二酯酶,(phosphodiesterase,PDE),腺苷酸环化酶,(adenylate cyclase,AC),cAMP的作用机制,cAMP 对细胞的调节作用是通过激活cAMP 依赖性蛋白激酶(蛋白激酶A,PKA)系统来实现的。,C,C,R,R,+4,cAMP,C,C,+,R,R,cAMP,cAMP,cAMP,cAMP,PKA的作用,（1）对代谢的调节作用,PKA催化代谢酶磷酸化，通过,共价修饰作用,调节酶的活性，从而调节物质代谢,（2）对基因表达的调节作用,PKA催化CREB中特定的丝/苏氨酸残基磷酸化，使CREB形成同源二聚体，与DNA上的CRE结合，从而激活受CRE调控的基因转录。,Gs,AC,ATP,cAMP,C,C,R,R,C,C,酶或功能蛋白磷酸化,R,R,2 cAMP,2 cAMP,转录活化域,DNA结合域,CREB,N,Pi Pi Pi,细胞膜,核 膜,cAMP-蛋白激酶途径,(cAMP response elemnet binding protein,cAMP,反应元件结合蛋白,）,PKA,结构基因,细胞核,Pi,Pi,DNA,蛋白质,Pi,Pi,核膜,PKA对基因表达的调节作用,PKA对底物蛋白的磷酸化作用,底物蛋白,磷酸化后果,生理意义,糖原合酶,磷酸化酶b激酶,激素敏感脂肪酶,CREB,组蛋白,核蛋白体蛋白,微管蛋白,心肌肌原蛋白,心肌肌浆网膜蛋白,失活,激活,激活,活化转录因子作用,失去对转录的阻遏作用,加速翻译,膜蛋白构象及功能改变,易与Ca,2+,结合,加速Ca,2+,释入肌浆网,抑制糖原合成,促进糖原分解,促进脂肪动员,加速基因转录,加速转录，促进蛋白质的合成,促进蛋白质的合成,改变膜对水及离子的通透性,影响细胞分泌,加速肌纤维舒张,Gs,AC,ATP,cAMP,C,C,R,R,C,C,R,R,2 cAMP,2 cAMP,细胞膜,胰高血糖素是如何升高血糖的？,血糖降低,分泌胰高血糖素,E,E,Pi,血,糖,食 物 糖,肝糖原,非糖物质,CO,2,+H,2,O,肝(肌)糖原,其它糖,脂肪、氨基酸,尿糖,肾糖阈,血糖的来源和去路,糖原合酶,糖原 磷酸化酶,丙酮酸激酶等,乙酰CoA羧化酶,-P,-P,甘油三酯脂肪酶,-P,-P,-P,（二）Ca,2+,-依赖性蛋白激酶途径,Ca,2+,-磷脂依赖性蛋白激酶途径,Ca,2+,-钙调蛋白(Ca,2+,-CAM)依赖性途径,Ca,2+,-磷脂依赖性蛋白激酶途径,促甲状腺素释放激素、去甲肾上腺素、抗利尿激素,靶细胞质膜上的特异性受体,G蛋白(Gp),磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C(PI-PLC),磷脂酰肌醇,4,5-二磷酸(PIP,2,),IP,3,+DAG,DAG，IP,3,的生物合成,DAG生成后仍留在质膜上，在磷脂酰丝氨酸和Ca,2+,的配合下，激活蛋白激酶C（PKC）。,IP,3,生成后，从膜上扩散至胞浆中与内质网和肌浆网上的受体结合，从而促进这些钙储库内的Ca,2+,迅速释放，使胞浆内Ca,2+,浓度升高。在DAG和膜磷脂共同诱导下，PKC被激活。,PKC的结构与生理功能,（1）PKC的结构与分型,其氨基酸序列有四个保守区（C,1、,C,2、,C,3、,C,4,)和可变区（），分为,调节结构域,和,催化结构域,。,C,1,：富含 Cys，DAG、ATP结合部位,C,2,：Ca,2+,结合部位,调节 结构域,C,3,：ATP 结合部位,C,4,：结合底物并进行磷酸化转移的场所,催化 结构域,（2）PKC的生理功能,对代谢的调节作用,催化一系列靶蛋白的丝,/,苏氨酸残基磷酸化而改变功能蛋白的活性和性质,。,靶蛋白包括质膜受体、膜蛋白和多种酶，从而影响细胞内信息的传递，启动一系列生理、生化反应。,对基因表达的调节作用,Ca,2+,-钙调蛋白(CAM)依赖性蛋白激酶途径,Ca,2+,浓度10,-2,mmol/L,Ca,2+,与CaM结合,Ca,2+,-CaM激酶,磷酸化蛋白质的丝/苏氨酸残基,激活功能蛋白或使之失活,（三）cGMP-蛋白激酶途径,信息分子,靶细胞膜受体/胞内可溶性受体,鸟苷酸环化酶(GC),GTP,cGMP,cGMP依赖性蛋白激酶（蛋白激酶G）,有关蛋白或有关酶类的丝/苏氨酸残基磷酸化,使有关蛋白或酶类的,丝、苏氨酸残基,磷酸化,PKG的功能,NO,GC,PKG,蛋白质磷酸化,GC,GTP,cGMP,激素,R,胞 膜,*生理效应：如心钠素、NO舒张血管平滑肌。,可溶性受体,酪氨酸蛋白激酶,(tyrosine-protein,kinase,TPK),1.受体型TPK：,催化型受体，位于细胞质膜上。当与配体结合后，大多数发生二聚化而被激活，自身磷酸化,2.非受体型TPK：,位于胞浆中，常与非催化型受体偶联而发挥作用。,二、通过相关蛋白激酶的信号转导,组成：催化性受体，,GRB,2,SOS,Ras,蛋白,Raf,蛋白，,MAPK,系统,GRB,2,(growth factor receptor bound protein 2,),：,接头蛋白，含有,SH,2,和,SH,3,结构域,SOS(son of,sevenless,),：,富含脯氨酸，可与,SH,3,结合；并具有核苷酸转移酶活性，促使,Ras,的,GDP,换成,GTP,Ras,蛋白：原癌基因产物，类似于,G,蛋白的,G,亚基,Raf,蛋白,：,具有丝,/,苏氨酸蛋白激酶活性,MAPK(,mitogen,-activated protein,kinase,),系统,三、有丝分裂原激活蛋白激酶的信号转导,细胞外信号,受体型,TPK,自身磷酸化，并磷酸化中介分子GRB,2,和SOS,激活Ras蛋白(Ras-GTP),活化Raf蛋白(丝氨酸/苏氨酸激酶活性),激活有丝分裂原蛋白激酶系统（mitogen-activated protein kinase,MAPK）,细胞外信号,EGF、PDGF,等,具,TPK,活性的受体,GRB,2,P,SOS,P,Ras-GTP,P,Raf,调节其他蛋白活性,MAPKK,P,MAPKKK,P,细胞核,P,反式作用因子,调控基因表达,细胞膜,二聚化,MAPK,P,第五节 细胞内受体作用机制,Mechanism of Signal Transduction,by Intracellular Receptors,细胞内受体,（1）核内受体,（2）胞浆内受体,通过细胞内受体调节的激素,（1）类固醇激素：,（2）甲状腺素（T,3,及T,4,）,类固醇激素、甲状腺素等,核内受体,胞浆内受体,受体构象改变，暴露出DNA结合区,激素-受体复合物二聚体,激素-受体复合物作为反式作用因子与DNA特异基因的激素反应元件(hormone response element,HRE)结合,特异基因易于(或难于)转录,家族性高胆固醇血症-LDL受体缺陷,非胰岛素依赖型糖尿病-胰岛素受体数量减少,或功能障碍,重症肌无力-乙酰胆碱受体缺陷,Laron型侏儒症-促生长素受体障碍,帕金森氏病-多巴胺受体障碍,霍乱和百日咳的发病与G蛋白的异常有关,细胞信号传递与疾病,1受体的概念、分类；,2通过第二信使介导的信号转导；,3.G蛋白的活性与非活性形式；,1膜受体的类型；,2受体-配体结合的特性；,3酪氨酸蛋白激酶介导的信号转导；,4胞内受体介导的信息传递；,1.有丝分裂原激活蛋白激酶的信号转导；,2.胞内受体的结构。,要 求,【掌握】,【熟悉】,【了解】,