各種激素化學(xué)本質(zhì)

1、激素,各種激素的化學(xué)本質(zhì)，主要生理功能以及激素的作用機(jī)理。,一、激素的概念和類別,（一）概念,激素（hormone）是生物體內(nèi)特殊的腺體或組織產(chǎn)生的，直接分泌到體液中，通過體液運送到特定的部位，從而引起特殊激動作用的一群微量的有機(jī)化合物。,（二）類別,動物激素,植物激素,脊椎動物激素,無脊椎動物激素,氨基酸衍生物激素,肽和蛋白質(zhì)激素,類固醇激素,脂肪酸衍生物激素,甲殼類激素,昆蟲激素,,,,二、動物激素,（一）氨基酸衍生物激素,甲狀腺素

2、,腎上腺素,5-羥色胺,1、甲狀腺素,甲狀腺分泌,甲狀腺素（T4）,三碘甲腺原氨酸（T3）,（1）結(jié)構(gòu),甲狀腺素（3,5,3´,5´-四碘甲腺原氨酸，簡稱T4）。,三碘甲腺原氨酸（3,5,3´-三碘甲腺原氨酸，簡稱T3）,（2）生物合成,二分子二碘Tyr作用形成甲狀腺素（T4）,一碘Tyr,關(guān)于生物合成的二個問題,① 活性碘：,食物碘,胃腸道,I-,H2O2,甲狀腺過氧化物酶,活性碘（I2）,,② 碘化反應(yīng)

3、并不發(fā)生在游離Tyr，而是在甲狀腺 球蛋白分子中的Tyr殘基。,甲狀腺素沒有特異的靶細(xì)胞，它的生理作用很廣泛，幾乎遍及全身各組織，它的主要生理功能有兩方面：,（3）生理功能,① 促進(jìn)體內(nèi)各物質(zhì)的代謝，增加代謝率；另外增加耗 氧量和產(chǎn)熱量。,② 維持機(jī)體的正常生長發(fā)育。,甲狀腺素的分泌量維持在一定水平，甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)，甲狀腺素分泌過多得甲亢。,甲狀腺機(jī)能減退,① 發(fā)生在幼年得呆小病,② 發(fā)生在成年得粘液性

4、水腫,甲狀腺激素的分泌受腺垂體分泌的促甲狀腺激素的調(diào)節(jié)。,還有一種由于食物中長期缺碘引起地方性甲狀腺腫,2．腎上腺素：由腎上腺髓質(zhì)分泌,（1）結(jié)構(gòu),腎上腺素與去甲腎上腺素的結(jié)構(gòu),（2）生物合成,Tyr,羥化,CO2,羥化,正腎上腺素（去甲腎上腺素）,+ CH3（由Met供給）,腎上腺素,,,,Tyr羥化酶,,,（3）生理功能：大同小異,① 腎上腺素主要促使肝糖原分解，使血糖增加 。,又能促使肌糖原分解，使乳酸增加 。,去甲腎上腺素也有上

5、述作用，但作用較弱。,② 腎上腺素可使血管收縮；并能刺激心臟，使心肌收 縮力增加，心跳加快，所以使血壓升高。（對心臟 作用大）,去甲腎上腺素也能使血壓升高，但機(jī)制不同，去甲腎上腺素主要使除冠狀動脈以外的全身小動脈收縮，所以使血壓升高（對血管作用大）,總的來講腎上腺素和去甲腎上腺素使血糖↑，血壓↑。,3、5-羥色胺：是一種組織激素,功能：,（二）肽和蛋白質(zhì)激素,這類激素包括由垂體（腺垂體、神經(jīng)垂體），下丘腦、

6、胰腺、甲狀腺、甲狀旁腺、胃腸和胸腺等分泌的激素。,1．垂體激素：,（1）腺垂體激素：已肯定的有9種,生長激素（GH）、催乳激素（LTH）,促甲狀腺素（TSH）、促卵泡激素（FSH）、黃體生成素（LH）,促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）,脂肪酸釋放激素（LPH）,促黑激素（MSH）,內(nèi)啡肽（endophin）,① 生長激素（GH）和催乳激素（LTH）,化學(xué)本質(zhì)：蛋白質(zhì)。,不同來源的GH，Mr不同，Mr 2萬～5萬，結(jié)構(gòu)差異較 大。如

7、人的GH Mr 21000由191個氨基酸組成，是一條 肽鏈的蛋白質(zhì)。牛的GH Mr 46000，由396個氨基酸組成。,不同種屬來源的GH結(jié)構(gòu)不同，但有一部分序列是相同 的，這相同的序列與生物功能有關(guān)。,生長激素：,催乳激素（LTH）：,催乳激素中有一段氨基酸序列與生長激素相似,一條肽鏈的蛋白質(zhì)，人的LTH約由200個氨基酸組成。,GH的生理功能： 功能很廣泛，可直接作用于全身的組織細(xì)胞，

8、 主要功能是促進(jìn)骨和軟骨的生長，此外促進(jìn) RNA的合成，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。,功能：,LTH的生理功能：刺激乳腺分泌乳汁，還能刺激黃體分泌孕酮。,化學(xué)本質(zhì)：,都是糖蛋白。,都由兩條多肽鏈組成，分別稱為α－鏈，β－鏈 （每條多肽鏈都含有糖）。比較短的一條是α－鏈， 較長的一條是β鏈。也稱α－亞基，β－亞基。,這三

9、種激素α－鏈結(jié)構(gòu)很相似，不同的在β－鏈。 推測不同激素特有的生理活性是由β－鏈決定的。,促甲狀腺素（TSH）,促卵泡激素（FSH）,黃體生成素（LH）,促激素、促性腺激素,②,,: 促激素,結(jié)構(gòu)總結(jié)：,糖蛋白，α-，β-鏈兩條多肽鏈組成。α-鏈結(jié)構(gòu) 相似，β-鏈結(jié)構(gòu)不同，不同的生理活性是由β- 鏈決定。,推測這三種激素有一個共同的祖先，即從同一個 前體分子來的。,促甲狀腺激素：靶腺是甲狀

10、腺，促使甲狀腺發(fā)育以及 分泌甲狀腺激素，從而影響全身代謝。,功能：,促卵泡激素和黃體生成素作用的靶是卵巢、睪丸。,雄性：刺激睪丸發(fā)育，產(chǎn)生精子。,雌性：促卵泡成熟、排卵和分泌雌激素。,促卵泡激素：,黃體生成素：又稱促間質(zhì)細(xì)胞激素,雄性：刺激睪丸間質(zhì)細(xì)胞發(fā)育，分泌雄性激素。,雌性：刺激卵巢間質(zhì)細(xì)胞排卵，生成黃體和分 泌黃體激素。,③ 促腎上腺皮質(zhì)激素（AC

11、TH）,ACTH是39個氨基酸組成的多肽，有種屬差異。,生理功能： 促使腎上腺皮質(zhì)發(fā)育和促使腎上腺皮質(zhì)分泌激素。,④ 脂肪酸釋放激素（lipotropic hormones，LPH）,β-脂肪酸釋放激素（β-LPH）：由91個氨基酸組成的蛋白質(zhì),γ-脂肪酸釋放激素（γ-LPH）：由58個氨基酸組成的蛋白質(zhì),功能：促使脂肪水解，釋放出脂肪酸。,ACTH族激素和β-LPH族激素很可能來源于同一個前體（ACTH-β-LPH前體）。,⑤ 促黑

12、激素（MSH）,結(jié)構(gòu)：,MSH有α-MSH和β-MSH，均為肽類化合物。,α-MSH是13肽，沒有種屬差異。,β-MSH有種屬差異，人的β-MSH是22肽，牛、羊 的β-MSH是18肽。,功能：促使皮膚黑色細(xì)胞分泌黑色素，使皮膚顏色加深。,,將ACTH、 α-MSH和β-MSH這三者的結(jié)構(gòu)比較,,⑥ 內(nèi)啡肽（endophin）,從垂體分離出的一族具有嗎啡功能的小肽，有α、β、γ-三種，α-內(nèi)啡肽為16肽，β-內(nèi)啡肽為32肽，

13、γ-內(nèi)啡肽為17肽。,功能：鎮(zhèn)痛,（2）神經(jīng)垂體激素：催產(chǎn)素、升壓素（加壓素）,過去認(rèn)為催產(chǎn)素和升壓素是神經(jīng)垂體產(chǎn)生的，實際上并不是神經(jīng)垂體產(chǎn)生的，而是下丘腦神經(jīng)細(xì)胞分泌的，然后順著神經(jīng)纖維運送到神經(jīng)垂體，并貯存在那里，在受到適當(dāng)刺激時再分泌入血液。所以神經(jīng)垂體實際上是貯存和釋放這二種激素的器官。,結(jié)構(gòu)：,催產(chǎn)素（oxytocin）和升壓素（也稱加壓素vasopressin）是含S-S鍵的9肽。,催產(chǎn)素?zé)o種屬差異，升壓素有種屬差異。,這

14、兩種激素肽鏈骨架相似，都為含二硫鍵的二十元環(huán)，差別在第3位和第8位氨基酸不相同。,催產(chǎn)素：使子宮平滑肌收縮，用于催產(chǎn)，還可使 乳腺平滑肌收縮，排出乳汁。,功能：,升壓素：使毛細(xì)血管收縮，增加血壓；并有減少 排尿的作用，即抗利尿作用，所以升壓 素也稱抗利尿激素。,催產(chǎn)素和升壓素由于它們結(jié)構(gòu)十分相似，很可能有一個共同的祖先。它們的祖先很可能

15、是vasotocin升壓催產(chǎn)素。,總結(jié)：垂體很小，但分泌的激素很多，這些激素的分泌受下丘腦的控制。,2、下丘腦激素,下丘腦,下丘腦至少分泌10種激素，這10種激素的化學(xué)本質(zhì)都屬肽類，而且是Mr較小的多肽。,,促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子,,黃體生成素釋放因子,,促卵泡激素釋放因子,,促甲狀腺激素釋放因子,釋放抑制因子 (RIF),釋放因子 (RF),,,,,,,,,,,,,多肽激素的特征：,① 許多激素的第一個氨基酸往往是焦谷氨酸，C端

16、 為酰胺。即沒有游離的氨基端和羧基端，這樣可 防止氨肽酶、羧肽酶的降解。,② 多肽激素的原始祖先數(shù)目是有限的，即許多激素 來源于同一前體，從同一祖先來。,3．腦肽,1975年有人從豬腦中分離出兩種具有嗎啡活性的肽:,Leu-腦啡肽: H3+N-Tyr-Gly-Gly-phe-Leu-COO-,功能：鎮(zhèn)痛,Met-腦啡肽: H3+N-Tyr-Gly-Gly-phe-Met-COO-,褪黑激素（mela

17、tonin）: 松果體分泌,結(jié)構(gòu)：N-乙酰-5-甲氧色胺,功能：,4．胰島素和胰高血糖素,（1）胰島素（insulin）,結(jié)構(gòu)：,功能：,① 促進(jìn)糖原的生物合成以及葡萄糖的氧化，降 低血糖。,② 促進(jìn)蛋白質(zhì)及脂類的合成代謝。,（2）胰高血糖素（glucagon）,結(jié)構(gòu)：29肽,功能：在許多方面與胰島素相反。,① 主要促使肝糖原分解，使血糖↑,② 促使脂肪分解。,,哪些激素與維持血糖的水平有關(guān)？,5．甲狀旁腺激素和降鈣素,

18、（1）甲狀旁腺激素（PTH）,結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)激素，有種屬差異。,（2）降鈣素（CT）,結(jié)構(gòu)：由32個氨基酸組成的多肽,甲狀旁腺激素：血鈣↑，血磷↓。,降血鈣素：血鈣↓，血磷↓。,1,25-二羥膽鈣化醇：血鈣↑，血磷↑。,其它的肽和蛋白質(zhì)激素：,腸胃道激素,絨毛膜促性腺激素： HCG用于檢測受孕,胸腺素：控制幼兒T淋巴細(xì)胞的發(fā)育,（三）類固醇激素,1．腎上腺皮質(zhì)激素,由腎上腺皮質(zhì)分泌，主要有7種，它們是環(huán)戊烷多氫菲的衍生物。,皮質(zhì)激素一般

19、結(jié)構(gòu)式,（1）糖皮質(zhì)激素,包括皮質(zhì)酮、皮質(zhì)醇和可的松,這類激素對糖代謝影響很大，而對水鹽代謝影響很小，所以稱糖皮質(zhì)激素。,主要功能：調(diào)節(jié)糖代謝，抑制糖的氧化，促使蛋白 質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖，升高血糖。另外可減輕過 敏反應(yīng)，減輕炎癥。,（2）鹽皮質(zhì)激素,包括醛固酮、脫氧皮質(zhì)醇、脫氧皮質(zhì)酮、脫氫皮質(zhì)酮，其中以醛固酮的生理效應(yīng)最強(qiáng)。,這類激素對水、鹽代謝影響較大，對糖和

20、蛋白質(zhì)代謝影響較小。,主要生理功能：促使體內(nèi)保留鈉，排出鉀（保鈉排 鉀），調(diào)節(jié)水鹽代謝。,2．性激素類：,卵泡激素,黃體激素,主要由卵巢產(chǎn)生，但人類的胎盤、腎上腺皮質(zhì)甚至睪丸也產(chǎn)生少量雌激素。,（1）雌（性）激素,① 卵泡（激）素：雌二醇，雌三醇、雌酮，可看 作雌烴的衍生物。,雌二醇,雌三醇,雌酮,生理功能：促進(jìn)女性器官發(fā)育、排卵。,雌二醇活性最高,② 黃體激素：

21、主要為孕酮,生理功能：促進(jìn)子宮和乳腺發(fā)育，抑制排卵，抑 制動情，對全身代謝也有顯著影響。,孕酮,（2）雄（性）激素,主要由睪丸的間質(zhì)細(xì)胞分泌，但腎上腺皮質(zhì)及卵巢也分泌少量的雄性激素。,雄性激素：睪酮、雄酮、雄烯二酮，可看作雄烴的衍生物,三種激素中只有睪酮是睪丸分泌的，它的生理功效最大，雄酮和雄烯二酮是睪酮的降解產(chǎn)物。,生理功能：刺激男性性器官發(fā)育，促精子生成

22、 及促進(jìn)男性的第二性征。另外對全 身代謝也有影響。,（四）脂肪酸衍生物激素 前列腺素(prostaglandin,PG）,前列腺烷酸,所有的PG在C-13和C-14之間有1個反式雙鍵，C-15有1個羥基。,,,,前列腺烷酸,PGE,PGFα （天然的）,PGFβ （化學(xué)合成）,PGA,PGB,功用：前列腺素是人體分布最廣，也是效應(yīng)最大的 生物活性物質(zhì)之一，它

23、對全身各個系統(tǒng)如生 殖、心血管、呼吸和消化及神經(jīng)系統(tǒng)等均有 作用，并對代謝過程發(fā)生影響，例如：它能 刺激子宮平滑肌收縮，可用于引產(chǎn)或人工流 產(chǎn)。,Positive Feedback,Uterine,Contractions,Oxytocin,+,+,,,,,三、激素的作用機(jī)理,靶細(xì)胞膜上或靶細(xì)胞內(nèi)有激素的受體,激素為什么只對“靶”起作

24、用？,激素與受體的關(guān)系很像酶與底物的關(guān)系，有幾個特點,（1）有高度的專一性,（2）有高度的親和力,（3）非共價鍵可逆結(jié)合,（4）激素與受體的結(jié)合量與其生物效應(yīng)成正比。,激素的作用機(jī)理：,1．通過cAMP而起作用,G 蛋 白,,,第二信使學(xué)說由Sutherland提出，因此他榮獲1971年國際生理學(xué)諾貝爾獎金,G蛋白的種類,G蛋白：GTP結(jié)合蛋白，依賴于GTP的調(diào)節(jié)蛋白。,α －亞基：45KD β－亞基：35KD γ －亞

25、基：7KD,GTP,,α,G －GTP （活性狀態(tài)）,,,β,γ,Gβγ,R,G 蛋 白,磷 脂 酶 C,,,,DG,PKC,IP4,,IP3,,,,H,,Ca↑,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),2．磷脂酰肌醇途徑,PIP2：磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸 DG：二脂酰甘油 IP3：肌醇-1，4，5-三磷酸 IP4：肌醇-1，3，4，5-四磷酸,,,,PIP2,使酶的活性發(fā)生改變,酶－ 或蛋白質(zhì)－,酶或蛋白質(zhì),P,P,改變鈣調(diào)蛋白及其他鈣

26、傳感器的構(gòu)象→ 產(chǎn)生生理效應(yīng),3．活化酪氨酸激酶途徑,,類固醇激素,,,,,R,,,,,核膜,,,,mRNA,,,mRNA,,,,,酶蛋白,,4．激素誘導(dǎo)酶的合成,第二信使：cAMP，cGMP，IP3，DG，Ca2+,神經(jīng)酰胺， 花生四烯酸，NO等。,,NO System,The discovery of NO as a signaling molecule Robert F. Fu