《激素作用机理》PPT课件.ppt
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1、激素作用的分子 生物学机制,解放军总医院内分泌科 母义明,激素的分类,一、肽及蛋白质激素(1)多肽、蛋白质激素都是氨基酸组成的多肽链(2)氨基酸分子在肽和蛋白质链中的排列对其生物活性非 常重要二、类固醇激素(1)均有一个环戊烷多氢菲的核心(2)其侧链结构和其功能密切相关三、胺类及氨基酸衍生物激素 分子量小、结构简单四、固醇类激素 维生素D衍生物五、脂肪酸衍生物 前列素类,b,激素的分类,一、肽及蛋白质激素(1)多肽、蛋白质激素都是氨基酸组成的多肽链(2)氨基酸分子在肽和蛋白质链中的排列对其生物活性非 常重要二、类固醇激素(1)均有一个环戊烷多氢菲的核心(2)其侧链结构和其功能密切相关三、胺类及
2、氨基酸衍生物激素 分子量小、结构简单四、固醇类激素 维生素D衍生物五、脂肪酸衍生物 前列素类,b,激素的分类,一、肽及蛋白质激素(1)多肽、蛋白质激素都是氨基酸组成的多肽链(2)氨基酸分子在肽和蛋白质链中的排列对其生物活性非 常重要二、类固醇激素(1)均有一个环戊烷多氢菲的核心(2)其侧链结构和其功能密切相关三、胺类及氨基酸衍生物激素 分子量小、结构简单四、固醇类激素 维生素D衍生物五、脂肪酸衍生物 前列素类,b,激素的分类,一、肽及蛋白质激素(1)多肽、蛋白质激素都是氨基酸组成的多肽链(2)氨基酸分子在肽和蛋白质链中的排列对其生物活性非 常重要二、类固醇激素(1)均有一个环戊烷多氢菲的核心(
3、2)其侧链结构和其功能密切相关三、胺类及氨基酸衍生物激素 分子量小、结构简单四、固醇类激素 维生素D衍生物五、脂肪酸衍生物 前列素类,b,激素的分类,一、肽及蛋白质激素(1)多肽、蛋白质激素都是氨基酸组成的多肽链(2)氨基酸分子在肽和蛋白质链中的排列对其生物活性非 常重要二、类固醇激素(1)均有一个环戊烷多氢菲的核心(2)其侧链结构和其功能密切相关三、胺类及氨基酸衍生物激素 分子量小、结构简单四、固醇类激素 维生素D衍生物五、脂肪酸衍生物 前列素类,b,激素的分类,一、肽及蛋白质激素(1)多肽、蛋白质激素都是氨基酸组成的多肽链(2)氨基酸分子在肽和蛋白质链中的排列对其生物活性非 常重要二、类固
4、醇激素(1)均有一个环戊烷多氢菲的核心(2)其侧链结构和其功能密切相关三、胺类及氨基酸衍生物激素 分子量小、结构简单四、固醇类激素 维生素D衍生物五、脂肪酸衍生物 前列素类,激素的合成和释放,一、肽及蛋白质激素(1)细胞核内DNA被激活 转录合成mRNA 通过核 膜微孔进入胞浆 翻译出多肽、蛋白质激素(2)肽类激素几乎都是先合成前体激素原,然后脱去一部 分肽链成为激素 二、类固醇激素(1)以胆固醇为原料,在各种酶的作用下转变成不同的类 固醇激素(2)在滑面内质网合成,以脂滴的形式外排 三、激素的运输(1)与特殊的载体蛋白结合(2)利于运输、储存和缓冲机制,激素的作用特点,一、只影响靶细胞的功能
5、或物质代谢反应的 强度和速度二、激素的高效能作用三、分泌的节律性四、不断的生成、代谢和失活五、作用的特异性,1)Endocrine Signaling,2)Paracrine Signaling,3)Autocrine Signaling,4)Signaling by plasma membrane-attached proteins,Signaling cell,Adjacent target cell,General Schemes of Intercellular signaling,3):Cell-to-cell signaling by extracellular chemicals
6、4):Proteins attached to the plasma membrane of one cell can interact directly with receptors on an adjacent cell,Distant target cells,Hormone secretionInto blood by endocrine gland,Blood vessel,Classification of Hormone Receptor,Hormones can be classified based on their solubility and receptor locat
7、ion:,Lipophilic hormones with intracellular receptors:steroids,thyroxine,and retinoic acid Water-soluble hormones with cell-surface receptors(1)peptide hormones,such as insulin,growth factors,and glucagon(2)small charged molecules,such as epinephrine and histamine Lipophilic-hormone with cell-surfac
8、e receptors prostaglandins,arachidonic acids,Classification of Hormone Receptor,Hormones can be classified based on their solubility and receptor location:,Lipophilic hormones with intracellular receptors:steroids,thyroxine,and retinoic acid Water-soluble hormones with cell-surface receptors(1)pepti
9、de hormones,such as insulin,growth factors,and glucagon(2)small charged molecules,such as epinephrine and histamine3)Lipophilic-hormone with cell-surface receptors prostaglandins,arachidonic acids,Classification of Hormone Receptor,Hormones can be classified based on their solubility and receptor lo
10、cation:,Lipophilic hormones with intracellular receptors:steroids,thyroxine,and retinoic acid Water-soluble hormones with cell-surface receptors(1)peptide hormones,such as insulin,growth factors,and glucagon(2)small charged molecules,such as epinephrine and histamine Lipophilic-hormone with cell-sur
11、face receptors prostaglandins,arachidonic acids,激素-受体的作用原理,一、第二信使学说(1)膜受体-cAMP-蛋白激酶体系(2)酪氨酸激酶受体-ras-MAPK(3)膜受体-磷脂酰肌醇代谢体系及其他 二、基因表达学说 核受体-基因调控模式,激素-受体的作用原理,一、第二信使学说(1)膜受体-cAMP-蛋白激酶体系(2)酪氨酸激酶受体-ras-MAPK(3)膜受体-磷脂酰肌醇代谢体系及其他 二、基因表达学说 核受体-基因调控模式,一、激素为第一信使与靶细胞膜上的特异性受体结合二、激活膜上的腺苷酸环化酶系统三、在Mg2+的存在下使ATP转化为cAMP
12、,cAMP作为 第二信使四、cAMP激活蛋白激酶系统,从而发挥各种功能,Suthernland的经典第二信使学说,第二信使学说的新认识,一、经典第二信使学说只适用于膜受体激素,不适用于类固醇和 含氮激素二、激素和受体结合后也可以进入细胞内三、激素和受体结合后首先激活G蛋白,然后通过腺苷酸环化酶发 挥作用四、第二信使,如cAMP既可升高也可降低五、受体分为兴奋型和抑制型两种六、第二信使不止cAMP一种,至少还包括cGMP、Ca+、前列腺 素、磷脂酰肌醇和神经酰胺等七、第二信使作用下,Ca+浓度的增高以及钙调蛋白的出现对部 分细胞有重要作用八、有多种蛋白激酶,Characteristics Pro
13、perties of Principal Types,Property Steroids Thyroxine Peptides and proteins Catecholamines,Feedback regulation Yes Yes Yes Yes of synthesisStorage of preformed Very little Several weeks One day Several days,inHormone adrenal medulla Mechanism of Diffusion through Proteolysis of Exocytosis of Exocyt
14、osis ofSecretion plasma membrane thyroglobulin storage vesicles storage vesiclesBinding to plasma Yes Yes Rarely NoProteinLifetime in blood Hours Days Minutes SecondsPlasmaTime course of action Hours to days Days Minutes to hours Second or less Receptors Cytosolic or nuclear Nuclear Plasma membrane
15、Plasma membraneMechanism of action Receptor-hormone complex controls change in membrane potential,of Mammalian Hormones,transcription and stability of mRNA triggers synthesis of second messengers,R,G,E,R,G,E,G,E,Plasma membrane,Receptor,protein,Inactive G,signal-,transducing,protein,Inactive effecto
16、r,enzyme(adenylyl,cyclase,phospho-,Lipase c,or others),Activated,form of,G protein,Active effector,generates“second,messengers”(cAMP;,IP3;DAG),(1)G protein-coupled receptor(epinephrine,glucagon,serotonin),(2)Ion-channel receptor(acetycholine),Exterior,Cytosol,Receptor protein,Ligand binding-site,Lig
17、and,Ion,一、Cell-Surface Receptors,P,P,P,P,ATP,ADP,ATP,P,ADP,(3)Tyrosine kinase-linked receptors(cytokines,human growth factors,interferones),Ligand,Protein-tyrosine,kinase(inactive),Substrate protein,Phosphorylated,Substrate protein,一、Cell-Surface Receptors,Exterior,Cytosol,GTP,3,5-cyclic GMP,PPi,ATP
18、,ADP,ADP,ATP,P,P,蛋白,(4)Receptors with intrinsic enzymatic activity,Ligand,Ligand,Exterior,Cytosol,Tyrosine kinaseActivity(NGF,PDGF),These receptors autophosphorylate residues in their own cytosolic domain and also,(Insulin and growth factor receptors),can phosphorylate various substrate proteins,一、C
19、ell-Surface Receptors,(一)、G蛋白(GTP-dependent regulatory protein or GTP-binding signal-transducing proteins,G-proteins)与腺苷酸环化酶的激活,NH3+,COO-,Exterior,Cytosol,Transmembrane,Schematic Diagram of the General Structure of G,a helix,H1,C1,C2,C3,C4,E1,E2,E3,E4,E:extracellular loopC:cytosolic loop,Important f
20、or interactions with the coulped G proteins,H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7,Protein-coupled Receptors,根据核苷酸和氨基酸序列的类似性G蛋白受体可分为三类:,视紫红质b-肾上腺素受体家族:具有参于信号传导和受体磷酸化功能的特定的糖基化位点和氨基酸序列。此 类受体可被多种物质激活,包括光子、气味、激素和神经介质等。配基包括生物胺,如儿茶酚胺和组织胺、多肽类激素,如P物质和GnRH等,以及糖蛋白激素,如LH和FSH等。受体的-末端和-末端结构差异较大;2.代谢型谷氨酸受体:包括至少六组密切关联的受体,均与中枢神经系中主要
21、的兴奋性递质谷氨酸 结合。本类受体的-末端较长,-末端长短不一;3.胰泌素血管肠肽受体:包括许多神经肽和肽类激素受体,前者包括血管肠多肽和垂体腺苷酸环化酶 激活肽,后者包括降钙素、甲状旁腺素、胰高糖素、类胰高糖素肽、生长激 素释放激素(GHRH)以及促肾上腺皮质激素释放激素(ACTH)受体等。此类受体除第个跨膜区或-末端的第一个胞外环与第二个胞外环形成的 二硫键外,没有第一类受体的指纹残基结构的特点。在-末端有至少个 参于配基结合的半胱氨酸残基。,G蛋白受体的分类,Signaling Pathway Leading to Activation of Transcription,Factors
22、and Modulation of Gene Expression,Gg,Gas,Gb,GDP,Gai,Gb,腺苷酸环化酶(AC),Gg,刺激激素受体,抑制激素受体,抑制性激素,刺激性激素,细胞外,细胞内,抑制性G蛋白复合物,肾上腺素,胰高糖素,ACTH,PGE1,腺苷,激活AC,抑制AC,Hormone-Induced Activation and Inhibition of Adenylyl Cyclase(AC)Mediated by Gas and Gai,GDP,刺激性G蛋白复合物,GDP,GTP,腺苷酸环化酶(AC),Gg,Gas,GDP,Gb,3.与受体结合后引起,Gas构象改变
23、,GTP替代GDP,Gas与Gbg分离,5.GTP水解成GDP,Gas与AC分离并 与Gbg结合,Gg,Gas,Gb,GDP,腺苷酸环化酶(AC),Pi,2.受体与Gas结合,Gg,Gas,Gb,GDP,腺苷酸环化酶(AC),Gg,Gb,腺苷酸环化酶(AC),GTP,Gas,ATP,cAMP+PPi,1.激素与受体结合引起 受体构象改变,Gg,Gb,腺苷酸环化酶(AC),GTP,Gas,4.Gas与AC结合,激活 cAMP合成;激素与 受体分离,Gg,Gas,Gb,GDP,腺苷酸环化酶(AC),细胞外,细胞内,G蛋白,激素,Mechanism of G Proteins Activation,
24、Tertiary structure of the Gs protein and location of important amino residues,Guanine nucleotide,GTPase“turn-off”reaction,Inactivation of Gs,垂体生长激素(GH)瘤:约有40%的GH瘤伴有GNAS1外显子8和9的Arg201或Gln227突变,造成内源性GTP酶活性增强和催化GTP水解能力降低,结果腺苷酸环化酶被持续激活。McCune-Albright综合症(MAS):此病以性早熟、位于身体中线一侧单发或多发性皮肤牛奶咖啡样色素沉着斑、多发性囊性骨纤维发育
25、不良为特点。其他内分泌腺体疾病:包括甲状腺、肾上腺和垂体等伴功能亢进的增生或肿瘤与GNAS1突变有关。,Ga蛋白基因(GNAS1)突变导致的AC被持续激活相关的内分泌性疾病:,McCune-Albright Syndrome,Albright遗传性骨营养不良(Albright hereditary osteodystrophy,AHO):由于GNAS1突变所致。AHO患者以骨骼发育缺陷(身材矮小和缺指、趾)、皮下骨化、向心性肥胖、扁鼻梁、过距症和智力发育不良为特征,其中伴有多发性激素抵抗的母性遗传性AHO也称之为假性甲旁减IA型(pseudohypoparathyroidism type IA
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