激素的定義和代謝調控

1、激 素 的定義和代 謝 調 控1.新陳代謝：包括消化、吸收、中間代謝、排泄四個階段。2.中間代謝：（吸收的物質和體內原有的）物質在體內化學變化的過程。3.物質代謝：物質在體內的化學轉變過程。4.能量代謝：伴隨物質代謝的能量轉移過程。5.同化作用：外界營養(yǎng)物轉變?yōu)樽陨砦镔|的過程。6.異化作用：自身物質轉化為廢物排出體外。7.合成代謝：簡單小分子合成為復雜大分子。8.分解代謝：復雜大分子分解為CO2, H2O和NH3等。 同化作用以合成代謝為主，但也包含分解代謝；異化作用以分解代謝為主，但也包含合成代謝。一、與物質代謝相關的概念二、物質代謝的特點1.整體性2.代謝調節(jié)3.各組織、器官物質代謝各具特

2、色4.各種代謝物均具有各自共同的代謝池是機體能量利用的共同形式是合成代謝所需的還原當量。三、物質代謝的相互聯系一）在能量代謝上的相互聯系1.三羧酸循環(huán)是三大營養(yǎng)物質分解代謝供能的共同通路。2.任意供能物質的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約其他供能物質的降解。3.飽食、短期饑餓、長期饑餓狀態(tài)下主要供能物質不同。二）糖、脂、和蛋白質、核酸代謝之間的相互聯系。（物質代謝關聯圖） 乙酰CoA丙酮酸3-磷酸甘油醛（e.g 葡萄糖）脂肪酸單糖甘油核苷酸氨基酸糖類脂肪蛋白質核酸三羧酸循環(huán)NADH+,FADH2電子傳遞鏈氧化磷酸化NAD+,FADCO2H2OO2ADPATP分解合成分解合成糖類，脂類糖類氨基酸四、代

3、謝調節(jié)的三個層次一）細胞或酶水平的調節(jié)二）激素水平的代謝調節(jié)三）整體調節(jié)一）細胞或酶水平的調節(jié)細胞內酶并非均一分布，細胞內酶的隔離分布為細胞或酶水平代謝調節(jié)創(chuàng)造了條件。細胞或酶水平的調節(jié)有兩種方式：1）酶活力的調節(jié) 快調節(jié)2）酶量的調節(jié) 慢調節(jié)酶活力的調節(jié)之變構調節(jié)酶活力調節(jié)的方式有兩種：1.變構（別構）調節(jié)某些物質結合于酶分子的變構（別構）中心，使酶分子構象發(fā)生改變，導致該酶活性中心構象改變，從而調節(jié)酶活性，這種調節(jié)方式稱為變構（別構）調節(jié)。此類酶稱為變構（別構）酶。按這種方式調節(jié)酶活性的物質稱為變構（別構）效應劑。酶的變構調節(jié)舉例6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖6-磷酸果糖激酶-11，6-二

4、磷酸果糖、2，6-二磷酸果糖、AMP、ADP+ATP、檸檬酸-乙酰CoA乙酰乙酰CoAHMGCoAMVAHMGCoA還原酶鯊烯膽固醇-酶活力調節(jié)之共價修飾調節(jié)2.共價修飾調節(jié)酶分子多肽鏈上的某些基團，在另一些酶的催化下可逆地共價結合某些修飾基團，使酶的活力發(fā)生變化（激活或抑制），從而達到調節(jié)酶活力的作用，這種作用稱為酶的共價修飾調節(jié)?？赏ㄟ^這種方式調節(jié)活性的酶稱為修飾酶。修飾酶活性調節(jié)舉例激素（胰高血糖素、腎上腺素等）腺苷酸環(huán)化酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（有活性）ATPcAMP蛋白激酶A (PKA) （無活性）蛋白激酶A (PKA) （有活性）糖原合成酶（有活性）糖原合成酶P（無活性）磷酸化酶b

5、激酶（無活性）磷酸化酶b激酶P（有活性）磷蛋白磷酸酶1磷蛋白磷酸酶1磷蛋白磷酸酶1磷酸化酶b（無活性）磷酸化酶aP（有活性）磷蛋白磷酸酶抑制劑（無活性）磷蛋白磷酸酶抑制劑P（有活性）+-酶量的調節(jié)對酶量的調節(jié)主要表現在對酶蛋白的合成和降解的調節(jié)。1.對酶蛋白合成的調節(jié)酶蛋白的合成是以基因水平為基礎的調節(jié)。酶蛋白合成的誘導或阻遏是在基因表達的轉錄或翻譯水平發(fā)揮作用，以轉錄水平較常見。底物、激素或藥物可誘導酶蛋白的合成。產物可阻遏酶蛋白的合成。2.酶量調節(jié)對酶蛋白降解的調節(jié)1）溶酶體蛋白水解酶對酶蛋白的降解作用。2）蛋白酶體對泛素化酶蛋白的降解作用。泛素化降解系統(tǒng)胞漿蛋白的降解方式有多種，其中認識

6、最為深刻的就是泛素化降解途徑。泛素是僅由76個氨基酸殘基組成的蛋白質，廣泛存在于真核生物細胞中。其氨基酸序列高度保守。UbiquitinHuman Ub: MQIFVKTLTGKTITLEVEPNDTIENVKAKIQDKEGIPPD RLIFAGKQLEDGRTLADYNIQKESTLHLVLRLRGGYeast Ub: MQIFVKTLTGKTITLEVESSDTIDNVKSKIQDKEGIPPD RLIFAGKQLEDGRTLSDYNIQKESTLHLVLRLRGGLys-48Gly-76蛋白質的泛素化修飾 泛素化（ubiquitination)是指在一系列酶作用下，一個或多個泛素分子與

7、蛋白質共價結合。 蛋白質的泛素化過程至少需要三種酶分子的參與。即E1, E2, E3.UbiquitinationThe glycine residue of the ubiquitin C terminalE1：泛素激活酶E2：泛素結合酶E3：泛素蛋白質連接酶Formation of isopeptide bond between Glycine and Lysine細胞內僅有單一的E1基因。E2基因有多種。E3不僅與E2結合，還要識別特異的底物蛋白質。細胞內有許多不同的E3.E3 Ubiquitin Ligase:Ub-S-E2substrateE3UbUbUbUb多聚泛素分子（多于4個）

8、修飾的蛋白質被蛋白酶體（proteasome)識別和降解。多聚泛素鏈通常是通過泛素分子的第48位賴氨酸（K-48）與下一個泛素分子羧基末端的甘氨酸形成酰胺鍵（異肽鍵，isopeptide bond)相連。Ubiquitin-mediated ProteolysisE1Ub-S-E3E2Ub-S-substratesUbUbUbUbUbLys-48 C terminusProteasome19S lid19S lid20S coreThe Nobel Prize in Chemistry, 2004“for the discovery of ubiquitin-mediated protein

9、degradation”Avram HershkoIrwin RoseAaron Ciechanover二）激素水平的調節(jié)激素與靶細胞受體結合后，能將激素的信號，轉化為一系列細胞內的化學反應，最終表現出激素的生物學效應。激素的定義激素是由內分泌腺以及具有內分泌功能的一些組織所產生的微量化學信息分子。它們被釋放到細胞外，通過擴散或被血液轉運到靶細胞或靶器官，從而調節(jié)細胞或器官的代謝，并有反饋性的調節(jié)機制以適應機體內環(huán)境的變化， 也有協(xié)調體內各部分間相互聯系的作用。激素的分類根據激素的作用距離分為：1）內分泌激素；2）旁分泌激素；3）自分泌激素根據激素的化學本質分為：1）氨基酸衍生物類激素；2）蛋

10、白質多肽類激素；3）甾體類激素；4）脂肪酸衍生物類激素。根據激素的脂/水溶性分為：1）脂溶性激素；2）水溶性激素。根據激素受體在細胞部位的不同，激素分為：1）膜受體激素；2）胞內受體激素。激素作用的特性1）激素自我合成可調控性2）激素分泌的可調控性3）作用特異性4）作用的微量性5）作用通過中間介質6）作用的“快反應”和“慢反應”7）脫敏激素與受體結合的特性：1）結合的飽和性2）結合的高親和性3）高度專一性4）結合的可逆性5）結合可產生強大的生物學效應6）體外重組受體的功能再現受體的類型根據受體在細胞中的位置，將其分為兩大類。1.細胞膜受體2.細胞內受體細胞內受體及作用機制1）配體為疏水性激素，

11、如類固醇激素，前列腺素，甲狀腺素，1，25-（OH）2-vitD3, 視黃酸。2）大多數胞內受體位于細胞核內，少數受體在胞液中與激素結合后再進入核內與其核內特異受體結合。3）激素與受體的結合改變了受體的構象，暴露出受體上的DNA結合區(qū)，與DNA上的激素反應元件（HRE）結合，轉錄活性區(qū)調節(jié)基因的表達。4）基因的表達調控有初級反應和延緩性次級反應。5）細胞內受體也可以發(fā)生磷酸化并參與轉錄啟動復合體的激活。有些胞質受體結合配體后，可形成酶聯激活反應傳遞信號產生特定生理效應。細胞膜受體分類蛋白偶聯受體2.離子通道受體3.具有內在酶活性的受體4.與酪氨酸蛋白激酶活性相關的受體G蛋白和G蛋白偶聯受體G蛋

12、白：一般是指任何可與鳥苷酸結合的蛋白質的總稱。它們的共同特征是：1）由，等3個不同的亞單位構成的異聚體。2）具有結合GTP或GDP的能力，并具有GTP酶活性，能將與之結合的GTP分解形成GDP。3）其本身的構象改變可進一步激活（或抑制）效應蛋白，使后者活化。對G蛋白激活后的精確反應，由特定的，亞型和下游靶分子的特殊亞型同時控制。sGDP非活化型G蛋白活化型G蛋白GTPsG蛋白和G蛋白偶聯受體G蛋白偶聯受體（G protein linked receptors/guanine nucleotide binding protein coupled receptors)的共同特征：1）由一條多肽鏈組

13、成，其中有7個跨膜疏水區(qū)域；2）其氨基末端（N端）朝向細胞外，而羧基末端則朝向細胞內基質。3）在氨基末端帶有一些糖基化的位點，而在細胞內基質的第三個袢和羧基末端各有一個在蛋白激酶催化下發(fā)生磷酸化的位點，這些位點與受體活性調控有關。NCG蛋白偶聯區(qū)G蛋白偶聯受體結構胞外胞漿離子通道受體共同特點：1）由多個亞基組成受體/離子通道復合體。2）除了有信號接受部位外，本身又是離子通道。3）其跨膜信號轉導無需中間步驟，反應快，一般只需幾毫秒。離子通道受體分為兩類：1）配體門控離子通道2）電壓門控離子通道具有內在酶活性的受體特點：本身是一種具有跨膜結構的酶蛋白。其胞外域與配體結合而被激活，通過胞內側酶活性反

14、應將胞外信號傳至細胞內。1）酪氨酸受體激酶（TPKs）2）絲氨酸/蘇氨酸受體激酶3）受體鳥苷酸環(huán)化酶系統(tǒng)4）受體一氧化氮系統(tǒng)富含Cys區(qū)段免疫球蛋白樣序列激酶插入序列TPKIGF-受體EGF受體PDGF受體FGF受體EGF：表皮生長因子IGF-：胰島素樣生長因子- PDGF：血小板衍生生長因子FGF：成纖維細胞生長因子與酪氨酸蛋白激酶活性相關的受體受體本身沒有酶活性，在配體結合后征集和激活細胞漿酪氨酸蛋白激酶。1）細胞因子受體2）抗原受體TPKPPPPPPPPPPPPTPKAdaptor protein細胞膜受體作用機制膜受體介導的信息傳遞至少存在 5 條途徑。這 5 條途徑既相對獨立又存在一

15、定聯系。一）cAMP-蛋白激酶途徑二）Ca2+依賴性蛋白激酶途徑三）cGMP蛋白激酶途徑四）酪氨酸蛋白激酶途徑五）核因子B途徑cAMP-蛋白激酶途徑該途徑以靶細胞內cAMP濃度改變和激活蛋白激酶A(PKA）為主要特征。是激素調節(jié)物質代謝的主要途徑。的合成與分解胰高血糖素、腎上腺素等激素與其受體（G蛋白偶聯受體）結合而激活受體?；罨氖荏w可促使Gs的GDP與GTP交換，導致Gs的亞基與解離，G蛋白釋放出s-GTP。 s-GTP激活腺苷酸環(huán)化酶（AC），催化ATP轉化為cAMP。 復合體也可以獨立地作用于相應的效應物，與亞基拮抗。cAMP 可被磷酸二酯酶（PDE）降解為5-AMP而失活。少數激素如

16、生長激素抑制素、胰島素和抗血管緊張素等，它們活化受體后可催化抑制性G蛋白解離，導致細胞內AC活性下降，從而降低細胞內cAMP水平。receptorhormonesGDPGTPsGTP(AC)iAC+ATPcAMP(AC)iAC無活性AC有活性AC的作用機制cAMP通過激活蛋白激酶A（PKA）系統(tǒng)發(fā)揮生理作用。PKA是一種由四聚體（C2R2）組成的別構酶。每個調節(jié)亞基（R）有2個cAMP結合位點，催化亞基具有催化底物蛋白質某些特定絲/蘇氨酸殘基磷酸化的功能。調節(jié)亞基與催化亞基相結合時，PKA呈無活性狀態(tài)。當4分子cAMP與2個調節(jié)亞基結合后，調節(jié)亞基脫落，游離的催化亞基具有蛋白激酶活性。PKA的

17、激活過程需要Mg2+.CC+4cAMPCCRR+RRcAMPcAMPcAMPcAMP無活性PKA有活性PKA絲氨酸Serine酪氨酸Tyrosine蘇氨酸ThreonineTPK使底物蛋白上酪氨酸殘基的 OH 基磷酸化PKA,PKC,PKG,Ca2+ -CaM激酶使底物蛋白上絲氨酸或蘇氨酸殘基的 OH 基磷酸化的作用1）對代謝的調節(jié)作用2）對基因表達的調節(jié)作用PKA的催化亞基進入細胞核后，可催化反式作用因子CREB（cAMP response element binding protein）磷酸化，磷酸化的CREB形成同源二聚體，與DNA上的CRE(cAMP response element

18、）結合，從而激活受CRE調控的基因轉錄。3）PKA還可以使細胞核內的組蛋白、酸性蛋白以及胞漿內的核蛋白體蛋白、膜蛋白、微管蛋白及受體蛋白等磷酸化，從而影響這些蛋白質的功能。PKA的激活及作用舉例激素（胰高血糖素、腎上腺素等）腺苷酸環(huán)化酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（有活性）ATPcAMP蛋白激酶A (PKA) （無活性）蛋白激酶A (PKA) （有活性）糖原合成酶（有活性）糖原合成酶P（無活性）磷酸化酶b激酶（無活性）磷酸化酶b激酶P（有活性）磷蛋白磷酸酶1磷蛋白磷酸酶1磷蛋白磷酸酶1磷酸化酶b（無活性）磷酸化酶aP（有活性）磷蛋白磷酸酶抑制劑（無活性）磷蛋白磷酸酶抑制劑P（有活性）+-Ca2+ -

19、依賴性蛋白激酶途徑在收縮、運動、分泌和分裂等復雜的生命活動中，需要Ca2+參與調節(jié)。根據Ca2+的作用特點，分成兩大類：1. Ca2+ -磷脂依賴性蛋白激酶途徑2. Ca2+ -鈣調蛋白依賴性蛋白激酶途徑（ Ca2+ -CaM激酶途徑）Ca2+ -磷脂依賴性蛋白激酶途徑1）IP3和DAG的生物合成促甲狀腺釋放激素、去甲腎上腺素和抗利尿激素等作用于靶細胞膜上特異性受體（G蛋白偶聯受體）后，通過特定的G蛋白（Gp）激活磷脂酰肌醇特異性磷脂酶C( PI-PLC)，PI-PLC則分解膜成分-磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）而生成DAG和IP3 。receptorhormonePGDPGTPPGTP

20、PI-PLCPIPLC+PIP2DAG+ IP3PI-PLCPIPLC無活性PI-PLC有活性PI-PLCPI-PLCPIP2IP3DAG2）DAG和IP3的功能DAG生成后仍留在質膜上，在磷脂酰絲氨酸和Ca2+的配合下激活蛋白激酶C。IP3生成后，從膜上擴散到胞漿中與內質網和肌漿網上的受體結合，促進這些鈣儲庫內的Ca2+迅速釋放，使胞漿內的Ca2+濃度升高。3）PKC的功能對代謝的調節(jié)作用PKC被激活后可引起一系列靶蛋白的絲氨酸和（或）蘇氨酸殘基發(fā)生磷酸化反應。靶蛋白包括質膜受體、膜蛋白和多種酶。從而啟動一系列生理、生化反應。如：PKC能催化質膜的Ca2+通道磷酸化，促進Ca2+流入胞內；P

21、KC也能催化肌漿網的Ca2+ -ATP酶磷酸化， 促進鈣進入肌漿網。這樣，在胞漿內的Ca2+濃度處于動態(tài)平衡。絲氨酸Serine酪氨酸Tyrosine蘇氨酸ThreoninePKA,PKC,PKG,Ca2+ -CaM激酶使底物蛋白上絲氨酸或蘇氨酸殘基的 OH 基磷酸化TPK使底物蛋白上酪氨酸殘基的 OH 基磷酸化對基因表達的調節(jié)作用PKC對基因的活化過程分為早期反應和晚期反應兩個階段。PKC能使立早基因（immediate-early gene)的反式作用因子磷酸化，加速立早基因的表達。如c-fos，AP1/jun等原癌基因。立早基因的表達產物壽命短暫，受磷酸化修飾后跨越核膜，活化晚期反應基因

22、，并導致細胞增生或核型變化。3）PKC的功能信號signalPKCC-fos基因AP1/c-jun基因mRNAmRNAC-fos蛋白AP1/c-jun蛋白PKCPKCAP1/c-jun蛋白C-fos蛋白PPC-fos蛋白PAP1/c-jun蛋白PP早期反應晚期反應轉錄激活PKC對基因的早期活化和晚期活化Ca2+ -鈣調蛋白依賴性蛋白激酶途徑鈣調蛋白（CaM）為鈣結合蛋白，當胞漿的Ca2+濃度10-2 mmol/L時， Ca2+與CaM結合，其構象改變而激活Ca2+ -CaM激酶（或其他酶，如NO合酶）。Ca2+ -CaM激酶的底物譜非常廣，可以磷酸化許多蛋白質的絲氨酸和（或）蘇氨酸殘基，使之激

23、活或失活。如： Ca2+ -CaM激酶既能激活腺苷酸環(huán)化酶，又能激活磷酸二酯酶，從而調節(jié)細胞內cAMP的濃度。Ca2+ -CaM激酶也可以激活胰島素受體的酪氨酸蛋白激酶活性。還可以調節(jié)PKA活性。Ca2+Ca2+CaMCa2+ -CaMCa2+ -CaM激酶無活性Ca2+ -CaM激酶有活性NO合酶無活性NO合酶有活性P精氨酸NO瓜氨酸+Ca2+-CaM的作用PKA,PKC,PKG,Ca2+ -CaM激酶使底物蛋白上絲氨酸或蘇氨酸殘基的 OH 基磷酸化cGMP蛋白激酶途徑cGMP由鳥苷酸環(huán)化酶（guanylate cyclase,GC)催化GTP環(huán)化而生成，經磷酸二酯酶催化而降解。大部分GC為

24、可溶性酶，部分受體本身就具有GC的活性?？扇苄訥C的激活過程和AC不同，GC的激活間接地依賴Ca2+ 。 Ca2+通過激活磷脂酶 C和磷脂酶A2使膜磷脂水解生成花生四烯酸，花生四烯酸經氧化生成前列腺素而激活GC。 Ca2+也可以通過Ca2+ -鈣調蛋白激活NO合酶，生成NO后激活GC。cGMP能激活cGMP依賴性蛋白激酶（cGMP蛋白激酶，蛋白激酶G)，PKG催化有關蛋白質或有關酶類的絲/蘇氨酸殘基磷酸化，產生生物學效應。PKG的結構與蛋白激酶A完全不同，它為一單體酶，分子中有一個cGMP結合位點。 受體本身就具有GC酶活性Ca2+磷脂酶C磷脂酶A2活化花生四烯酸氧化前列腺素激活可溶性GCCa

25、2+-CaM活化NO合酶精氨酸NO激活鳥苷酸環(huán)化酶（GC）的激活過程GTPGCcGMP蛋白激酶G蛋白激酶GcGMP無活性有活性底物蛋白底物蛋白PPKA,PKC,PKG,Ca2+ -CaM激酶使底物蛋白上絲氨酸或蘇氨酸殘基的 OH 基磷酸化PKG的激活及作用酪氨酸蛋白激酶途徑1）酪氨酸蛋白激酶的兩種類型酪氨酸蛋白激酶（tyrosine-protein kinase，TPK)包括兩大類，第一類位于細胞質膜上稱為受體型TPK；第二類位于胞漿中，稱為非受體型TPK，它們常與非催化型受體偶聯而發(fā)揮作用。2）受體胞漿側酪氨酸殘基的磷酸化當配體與受體型TPK（單鏈跨膜蛋白）結合后，受體大多發(fā)生二聚化，二聚體

26、的TPK被激活，彼此可使對方的某些酪氨酸殘基磷酸化，這一過程稱為自身磷酸化。非催化型受體的某些酪氨酸殘基則被非受體型TPK磷酸化。PPPPPP3）效應蛋白與受體的偶聯細胞內存在一些連接物蛋白（adaptor protein)， 它們具有SH2結構域。（src homology 2 domain)，這些結構域與原癌基因src編碼的酪氨酸蛋白激酶區(qū)同源。SH2結構域能識別磷酸化的酪氨酸殘基并與之結合。磷酸化的受體通過連接物蛋白可偶聯其他效應蛋白。 這些效應蛋白本身具有酶活性，故可逐級傳遞信息并將效應級聯放大。PPPPPP酶Adaptor protein受體型TPK的信息傳遞途徑-受體型TPK-Ra

27、s-MAPK途徑催化型受體與配體結合后，發(fā)生自身磷酸化并磷酸化中介分子-Grb2和SOS， 使其活化，進而激活Ras蛋白。由于ras蛋白為多種生長因子信息傳遞過程所共有，因此又稱為Ras通路。活化的ras蛋白可進一步活化Raf蛋白。Raf蛋白具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，它可激活有絲分裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK)系統(tǒng)，發(fā)揮生理活性。受體型 TPK活化后還可通過激活腺苷酸環(huán)化酶、多種磷脂酶（如PI-PLC、磷脂酶A和鞘磷脂酶）等發(fā)揮調控基因表達的作用。PPPPPP細胞外信號EGF,PDGF等Grb2SOSGrb2SOSPPRa

28、sGDPRasGTPraf Praf MAPKKKMAPKKKPMAPKKMAPKKPMAPKMAPKP反式作用因子反式作用因子P激活轉錄.受體型TPK激活基因表達的途徑受體型TPK-Ras-MAPK途徑PPPPPP腺苷酸環(huán)化酶AC激活磷脂酶C激活PIP2IP3+ DAGcAMPPKA活化Ca2+-CaM依賴性蛋白激酶活化PKC活化修飾轉錄因子和調節(jié)因子快速反應原癌基因激活細胞核受體型TPK激活基因表達的途徑受體型TPK-各種酶激活途徑Ras蛋白Ras蛋白是由一條多肽鏈組成的單體蛋白，由原癌基因ras編碼而得名。 它的活性與其結合GTP 或GDP有關。Ras結合GDP時沒有活性，但磷酸化的SOS可促進GDP從Ras脫落，使ras 變成GTP結合狀態(tài)而活化。Ras蛋白的分子量為21kD，故又名p21蛋白。因其分子量小于與七個跨膜螺旋受體偶聯的G蛋白，也被稱作為小G蛋白。MAPK系統(tǒng)的作用MAPK系統(tǒng)