激素作用分子机理
激素信号转导的分子机理
激素信号转导的分子机理激素是一类化学物质，它们能够在体内引起生物某些特定功能的变化，进而调节正常生理活动。
激素信号转导是指激素分子在细胞内与其相应的受体结合，触发一系列的生物化学反应、从而实现细胞的功能调控的过程。
激素信号转导机制广泛存在于生物的生命过程中，尤其在调节人体内分泌的作用中起着重要的作用。
激素信号转导的分子机理涉及多个生物大分子，包括激素分子、受体分子、蛋白激酶分子等等。
下面，我们从分子层面来分析激素信号转导机制的分子机理。
一、激素分子的结构和功能激素分子是指那些能够在体内诱导反应的化学性质较高、分子量较小的化合物，其结构多样，而不同的激素分子会和不同的激素受体结合，从而启动不同的生理反应。
举例来说，肾上腺素是一种儿茶酚胺类激素分子，其分子结构中含有羟基及两个芳环，能与α或β肾上腺素受体结合，起到心血管、血压等多种生理功能的调节作用。
而雌激素则是一种类固醇激素分子，其分子结构中含有苯环和甾体结构，能够与细胞核内的雌激素受体结合，调节人体内的生殖、发育等过程。
二、受体的结构和功能受体是指识别特定激素分子的细胞膜蛋白或细胞核内的蛋白质。
不同激素的受体结构和分布位置不同，但其基本结构都由跨膜蛋白、内核相连的蛋白和细胞外及细胞内相连的区域组成。
以胰岛素受体为例，其结构由α和β两个亚基组成，其中α亚基有内核区域，而β亚基跨越细胞膜，有细胞外、跨膜及细胞内三个区域。
胰岛素分子在进入细胞后，与胰岛素受体上的胰岛素结合位点发生结合，激活受体上的酪氨酸激酶领域，然后酪氨酸激酶领域会自磷酸化，进而激活下游信号通路进行反应和转导。
三、酶的作用和分类酶是一类能够催化生物化学反应的蛋白质，是激素信号转导中的一个重要部分。
激素信号转导的传递过程中，酶的作用是将受体硫化蛋白酶等信号传递蛋白质（激酶）的磷酸化位点磷酸化。
常见的酶有蛋白激酶、酪氨酸激酶、丝氨酸/苏氨酸激酶等。
蛋白激酶是一类能够磷酸化目标蛋白的酶，作用广泛且复杂。
植物激素信号转导的分子机制
植物激素信号转导的分子机制植物激素是植物生长发育中不可或缺的物质，通过调控细胞分裂、伸长、分化等过程，参与了植物的生长发育过程。
那么，植物激素的信号是如何被传递的呢？这就需要了解植物激素信号转导的分子机制。
植物激素信号转导的基本流程植物激素信号转导的基本流程包括四个环节：感知、传递、反应和响应。
在这个流程中，植物激素首先被感知，然后信号会经过一系列分子的传递和转导，最后触发细胞内的反应和产生生理响应。
传统的观点认为，植物激素在触发生理响应时，通常是通过促进或抑制转录因子的活性，从而影响细胞内基因表达的水平。
不过，目前研究表明，植物激素信号转导还与某些特定的蛋白质以及非编码RNA（ncRNA）有关。
植物激素信号转导的途径植物激素信号转导有多种途径，其中比较典型的途径包括：1. 原生质ATP酶P2A-ATPase介导的生长素（Auxin）转运。
生长素是植物激素中最常见的一种，它通过控制植物细胞的伸长、分化和生殖等过程而发挥作用。
研究表明，P2A-ATPase是一个能够结合生长素的蛋白质，它能够调节细胞内的生长素转运和分布。
2. 丝裂素信号转导。
丝裂素在植物中也起着重要作用，它能够调节细胞周期的转变，从而参与植物的发育和生长。
丝裂素信号转导的主要途径包括CDKA（cyclin-dependent kinase A）、CKSs（cyclin-dependent kinase-substrate）、CDC2A（cell division control protein 2A）和CYCB1（cyclin-cyclin dependent kinase complex）等基因的调控。
3. 赤霉素信号转导。
赤霉素是植物激素中的一种，它能够促进植物的生长和发育。
赤霉素信号转导的主要途径包括GID2（gibberellin receptor）、GID1（gibberellin receptor）、RGA（repressor of ga1-3）、SLY1（suppressor of lti2）和SDR（small auxin-up RNA）等基因的调控。
激素的作用机理与调节
激素的作用机理与调节激素是一类在动植物体内起到调节和调整内分泌系统、维持生理运作的关键物质，包括多种类型的化学物质，如雌激素、孕激素、胰岛素、甲状腺素等等。
这些化学物质能够影响身体的基本功能，如新陈代谢、免疫反应、性别特性、生长和发育等关键过程。
激素的作用机理和调节对人们的健康和生活质量都有着深刻的影响。
一、激素的作用机理激素在体内主要通过与相应的细胞上的受体结合来发挥作用。
受体是一种分布在细胞膜表面或细胞内的大分子蛋白质，它们能够识别并结合与其相应的激素分子，然后将信息传递到细胞内。
激素和受体结合后，会改变受体蛋白质的构象，从而使受体与其他蛋白质相互作用。
这些相互作用能够影响一个或多个细胞内信号通路的活性，从而触发或抑制一系列生理反应。
例如，雌激素通过结合细胞膜上的受体来发挥多种生理作用，如促进乳腺腺泡增生、促进骨密度的维持、控制体内脂肪代谢等等。
在乳腺细胞中，当雌激素与受体结合时，会激活ERK信号通路和PI3K信号通路。
这些信号通路在细胞内激活多种细胞因子和基因表达，并促进细胞增殖和分化，从而促进乳腺腺泡的发育和生长。
在骨细胞中，雌激素则可以影响骨细胞分化、增殖和成熟，并促进钙离子吸收和骨矿化。
二、激素的调节许多激素的合成和释放受到许多因素的影响，包括神经系统、环境因素、营养和其他激素。
通过对这些因素的调节和反应，机体能够保持内环境的相对稳定并适应外部环境的变化。
例如，血糖水平的调节受到多种激素的影响。
血糖升高时，胰岛细胞会分泌胰岛素，以促进机体细胞摄取血糖并将其转化为能量或储存为糖原。
相反，当血糖降低时，胰岛细胞会分泌胰高血糖素，并刺激肝脏释放储存的糖原，增加血糖水平。
肾上腺素和皮质醇也可以通过提高血糖来调节机体代谢，从而与胰岛素协同激发多种生理反应。
激素的调节也可以是负反馈调节系统。
在负反馈调节系统中，机体拥有一种反馈回路，通过自动监测化学物质的浓度，减少或停止化学物质产生的进一步刺激，以维持稳定的内部环境。
第七章 激素及其作用机制
三磷酸肌醇( inositol 1, 4, 5 triphosphate,IP3 ) 蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)
2)DAG、IP3的生物合成
※cAMP - PKA pathway
组成：
胞外信息分子、受体、G蛋白、cAMP、 腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC) 蛋白激酶 A (protein kinase A,PKA)
1）cAMP 的合成与分解
NH2 N
O OH
O OH
O N O N
N
HO P O P O P O CH2
②两种构象：
活化型: 非活化型: α -GTP α β γ -GDP
GPCRs
L
G-proteins
G
Effector
Signal
H
腺苷酸环化酶（AC）
R Ｒ
β β
α
γ
A A C C
GDP
cAMP
γ
GTP
ATP
③ Ｇ蛋白种类及功能
Ｇ蛋白的类型 Ｇs Ｇi Ｇp Ｇo* ＧT * *
PKC 对基因的早期活化和晚期活化
IP3、Ca2+—钙调蛋白激酶途径
α1肾上腺素受体 内皮素受体 血管紧张素Ⅱ受体 与Gpα结合 PLCβ
质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）
IP3
肌浆网上的IP3操纵的钙通道开放 释放钙离子
DAG
作为第二信使调 节细胞多种功能
与钙调蛋白结合 发挥生物学效应
生物学中的激素与酶的作用机理
生物学中的激素与酶的作用机理生物学是探究生命的科学，其中涉及到许多分子及其机制。
其中，激素和酶是生物学研究的重点之一。
它们的作用机理是维持生命体的正常运转，进而影响生物体的生长、发育和代谢等方面。
本文将从激素和酶的作用机理、影响效应、应用前景和未来发展等方面进行探讨。
一、激素的作用机理激素是一种分泌于内分泌系统中的生物活性物质，它们对生物体生长、发育、代谢、免疫和生殖等方面都有着广泛的影响。
激素的作用机理主要有以下几种：1. 直接作用于靶组织细胞激素会通过血液循环到达靶组织细胞，与靶细胞的受体结合，从而发挥其生物学效应。
以胰岛素为例，胰岛素受体激活后，可以促进机体对葡萄糖的吸收和利用，降低血糖水平，维持血糖的平稳。
2. 通过影响细胞内信号通路激素可以作用于细胞膜上的受体，使其发生构象变化，从而导致细胞内信号通路的激活，最终影响细胞的生理功能。
雌激素就是这样一种作用于细胞内信号通路的激素，它们通过对女性生殖系统的影响，调节女性月经生理周期。
3. 调节其他激素的分泌激素之间存在复杂的相互作用关系，有些激素通过调节其他激素的分泌而产生生理效应。
例如下丘脑和垂体释放素可以影响促卵泡生成素和黄体生成素的分泌，从而控制生殖周期。
二、酶的作用机理酶是生命体内最为活跃的催化剂，它们参与生物体的大量代谢过程。
酶的作用机理主要是通过分子结构和催化过程的控制，加速反应速率，达到催化生物反应的功效。
1. 分子结构酶的分子结构决定了它们的催化效率和特异性。
酶分子通常由一个或多个蛋白质多肽链组成，由一系列氨基酸残基构成。
这些氨基酸残基可以根据不同的生理反应互相作用，并形成复杂的三维结构，使酶具有区分底物和产物的特性。
2. 催化过程酶的催化过程可以分为两个阶段：酶与底物的结合和酶与底物形成产物。
在酶与底物的结合过程中，酶分子通过亲和力与底物分子结合，形成酶底物复合物。
随后，底物分子在酶的催化下，发生生物化学反应，形成产物。
最后，产物离开酶分子，还原为底物或进入下一步反应。
激素调控植物花开花落过程的分子机理研究
激素调控植物花开花落过程的分子机理研究植物，在其生命周期中会所产生的花朵、果实、种子等，都是极其重要的生殖器官。
花开花落作为生殖过程中重要的组成部分，对于植物的繁殖、鉴别物种、和生态环境适应等都具有着重要的意义。
在花开花落的过程中，激素的调节起着至关重要的作用。
花开的过程中，植物会释放出一种被称为赤铁素的激素，它能够通过调节根系和茎的生长来影响开花。
在茎顶部，激素的浓度上升，激素渗透出茎并进入花蕾的基部，这时赤铁素会使叶片间隔拉伸，从而促进花蕾的扩张。
此时，另一种激素——生长素，会被激发活跃，促进花梗伸长。
当花蕾中的激素达到一定浓度时，花蕾就会开始开放，这时茎的上部因为缺著营养质而减少生长，花梗被离开，花朵也随之绽放。
而花落的过程，则主要由乙烯激素调节。
当花被授粉后，其生长素保持高水平，但此时却由乙烯激素支配其成熟和开始衰老。
这时，花朵内的营养物质逐渐流失，而又不能摄入养分的组织不得不逐渐枯萎。
当花朵某些组织在水分的作用下解离后，花就会凋谢。
然而，具体分子机理还是需要进一步研究，研究人员在这方面进行了深入的研究。
最近，研究人员报告了一项发现，他们找到了调节花开花落的重要基因，这些基因受到激素的控制和调节，并决定着植物是否开花和凋谢的时间。
这些基因中的一个是受到激素乙烯调节的EIN2。
研究者解析了这个基因的功能，表明它在花朵成熟和凋亡方面起着关键作用。
除此之外，许多局部和系统性的调控通路同样参与了降解花朵的过程。
其中，组蛋白去乙酰化和其H2B标记在凋亡过程中频繁地发生变化。
研究人员发现组蛋白去乙酰化可以动态地反应在几个凋亡指标上，而当H2B作为调节标记时也会对凋亡过程起到调控的作用。
总之，在植物的花开花落过程中，激素调控起着至关重要的作用。
对于激素调控过程的深入研究，不仅可以帮助我们更好地了解植物的生长、繁殖过程，还能够为我们解释一些除去花开花落之外的植物现象，例如植物对于外界环境条件的反应、植物的免疫系统等，因此，研究花开花落的分子机理，将会是未来很长一段时间的研究方向。
生长激素在动物发育中的调控作用和分子机理
生长激素在动物发育中的调控作用和分子机理生长激素（Growth Hormone，简称GH），也称生长素，是一种多肽激素，是人和动物体内生长发育和代谢调节的重要因素。
GH的生理作用广泛，包括调节胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor 1，简称IGF-1）合成和分泌、促进动物组织生长、增强代谢机能等。
本文主要探讨GH在动物发育中的调控作用和分子机理。
一、 GH对动物生长发育的调控作用GH可以刺激机体的生长发育，其对动物的整体生长发育、器官和组织的增长和发育都有重要调节作用。
此外，GH对脂肪代谢和骨骼生长等方面具有重要调节作用。
1.1 GH对整体生长发育的调节作用GH通过增强蛋白质合成、促进核酸和多糖的生物合成、提高氮平衡等方式，刺激生长发育，从而影响机体的整体生长。
GH的作用机理与IGF-1密不可分。
GH作用于肝脏，活化IGF-1基因表达，刺激IGF-1合成，促进蛋白质的堆积和细胞增生，从而刺激生长发育。
1.2 GH对器官和组织的增长和发育的调节作用GH的另一个有效作用是对器官和组织的增长和发育的促进。
GH作用于骨骼、软骨和骨髓等骨骼系统，刺激骨骼细胞的增殖和分化，增强骨密度和骨钙化程度，促进骨骼生长发育。
同时，GH对脂肪细胞也有影响，能够抑制脂肪细胞的脂肪积累和分泌脂质，使机体消耗脂肪，从而减少脂肪堆积，促进身体的生长发育。
1.3 GH对脂肪代谢的调控作用GH能够促进脂肪氧化解体，引发脂肪细胞的固有凋亡和速冻，降低脂肪存储，同时GH也通过增加内脏器官和肝脏的代谢率，增强葡萄糖利用和餐后脂肪代谢，降低血清胰岛素浓度，减轻胰岛素代谢负担。
二、GH的分子机理GH及IGF-1在调控动物生长发育过程中形成了一个重要生长轴。
GH作用于肝脏合成IGF-1，IGF-1作为GH的生物主要效应物质，是GH通过特异性受体诱导的分子信号途径的最终表达物质。
2.1 GH的受体GH的生物效应主要是通过与对应受体GH受体（GHR）结合来发挥的。
植物激素及其作用机理
生长素在植物体内的分布和运输
生长素在高等植物中分布很广 , 根、茎、叶、 花、果实、种子及胚芽鞘中都有。它的含 量甚微 ,1g鲜重植物材料一般含10～100 ng 生长素。生长素大多集中在生长旺盛的部 分( 如胚芽鞘、芽和根尖端的分生组织 、形 成层 、受精后的子房、幼嫩种子等) , 而在 趋向衰老的组织和器官中则甚少 。
细胞分裂素的发现一发现1948年斯库格和崔澂等在寻找促进组织培养中细胞分裂物质时发现生长素存在时腺嘌呤具有促进细胞分裂的活性1955年米勒等发现dna降解物能促进细胞分裂1956年米勒纯化出了激动素结晶并鉴定其化学结构呋喃氨基嘌呤1963年莱撒姆从未成熟的玉米粒子中分离出一种类似激动素的细胞分裂促进物质命名为玉米素1965年斯库格等将源于植物生理活性类似激动素的化合物统称为细胞分裂素细胞分裂素是腺嘌呤adenineaminopurine6氨基嘌呤胞分裂素分布于细菌真菌藻类和高等植物如茎尖根尖未成熟的种子萌发的种子和生长着的果实等
生长素的生理作用
生长素的生理作用是广泛的 , 它影响细胞裂、 伸长和分化 , 也影响营养器官和生殖器官的生长、成熟和衰老。
• 促进作用促进雌花增加 , 单性结实 , 子房壁生长 , 细胞分裂 , 维管束分化 , 光合产物分配 , 叶片扩 大 ,茎伸长 , 偏上性生长 , 乙烯产生 , 叶片脱落 , 形成层活性 , 伤口愈合 , 不定根形成 , 种发芽 , 侧 根形成 , 根瘤形成 , 种子和果实生长 , 座果 , 顶端 优势 。 • 抑制作用抑制花朵脱落 , 侧枝生长 ,块根形成 ,叶 片衰老。
( 二 ) 信号转导 IP3 ，DAG 和Ca·CaM 是生长素信号转导系统的 组成。 生长素受体数量少且移动慢 , 要引发细胞内的生 化反应和特定基因表达 , 必须有赖信号转导系统 去有效地传递及扩大信息 。 实验证明 , 用人工合成的生长素类物质 2 , 4 - 二 氯苯氧乙酸处理可提高大豆质膜上磷酸酯酶C的 活性 , 产生较多IP3 和DAG。 此外 , IP3 打开细 胞器的钙通道 ,释出 Ca2 + 到 胞质 溶胶 , 与 CaM 结合 , 因此 IP3 ，DAG 和Ca·CaM 是生长素信号 转导系统的组成。
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亲水性和嫌水性激素的比较
特点 嫌水性(Hgdrophobic) 亲水性(Hgdrophilic)
举例 类固醇和甲状腺激素 肽类或儿茶酚胺
合成后贮存
通常
不常，除小肽
半寿期 长(hs or days)
短(min)
受体
细胞质或核
质膜
作用机制
直接
间接(第二信使)
3
膜受体按结构分类及其相应配体
单跨膜片段膜受体：生长因子、细胞因子、少 数肽类激素受体、受体具有内在酶活性或酶偶 联 四跨膜片段膜受体：神经递质类、配件门控离 子通道 七跨膜片段膜受体：肽类激素、神经递质等G 蛋白偶联受体
4
单跨膜片段受体的信号转导
分类： 酪氨酸激酶型受体 酪氨酸激酶偶联受体 丝 / 苏氨酸激酶型受体 鸟苷酸环化酶型受体
不同类受体其信号转导机制亦各异
5
具酪氨酸激酶活性的：
最简单，单一穿膜螺旋结构
氨基端-细胞外区
激素结合位点 糖基化位点
羧基端-细胞内区
含酪氨酸激酶活性 磷酸化位点
6
I Cys II 富集区
9
血小板源生长因子受体(PDGFR) 表皮生长因子受体(EGFR)
质膜
Ras
GTP
SH3
GDP
Sos
Grb2 SH2
P
Shc SH2
P
SH3
Raf
MEK
ERK 1/2
酪氨酸激酶型受体信号转导中的Ras通路
10
质膜
胞质
核
Ras GTP
Raf MAPKKK
MAPKK Mek
P
P
MAPK ERK
ERK
细胞内
l1
l2
C端
l3
l4
七穿膜受体-G蛋白偶联受体(GPCR)的结构
18
G蛋白的分类：
大G蛋白(αβγ) Gs：激活Ac Gi：抑制Ac Gq：激活PLCβ
G12
小G蛋白：
EF-Tu：延长因子
Ras：信号转导
Ran：核转运
Rac / Rho细胞骨架装配和有丝分裂
Rab：囊泡运输
19
Agonisd
SH2(Src homology2)区相互作用，调控这些分子功
能，活化受体，激活Ras信号转导途径：
8
(ras原癌基因，编码蛋白P21(21K)， 能与GTP结合，具GTP酶活性，属G蛋白)
活化受体 ↓
GDP-RAS(无活性)－－→GTP-RAS ↓
激活Raf(二聚体) ↓ 使MAPK / ERK (MEK)磷酸化(激活) ↓ 使一系列转录因子(P90rsk C. myc和EIK等磷酸化) ↓ 调节基因转录
III IV
IgG样区
V VI VII VIII IX
纤连蛋白III型区
跨膜域
酪氨酸 激酶区
EGFR 2/neu/c-erbB-2 RER3/c-erbB-3
InsulinR Insulin relatedR
IGF-1R
激酶 间隔区
PDGFαR PDGFβR MCSF-1R
c-kit
FGFR1 FGFR2 FGFR3 FGFR4
5、GTP水解GTP
γ
效应器
α
膜受体
β
4、G蛋白-效应器相互作用
G蛋白循环
1、未受刺激时
受体
αγ β
GDP
效应器
2、配体活化受体
3、受体活化G蛋白
Agonisd
受体
αγ β
GTP GDP
效应器
20
刺激型配体
抑制型配体
刺激型受体 质膜
Rs` αs
βγ
GTP
Gs
+
ATP
γβ
αi
Ri
GTP
－
Gi
抑制型受体 生物学效应
CC
R R 无活性
3'5' AMP P
CC RR
活性PKA
cAMP
ADP Mg++
ATP
cAMP cAMP
蛋白质
PKA的活化
21
腺苷酸环化酶
150 KDa膜蛋白 活性受G蛋白调节 Ca++钙调素(Calmodulin)的影响
22
影响腺苷酸环化酶活性C-AMP水平的激素
↓
与靶基因上游的反向重复序列TTCCNGGAA结合
↓
特定基因表达
12
配体
受体
JAK JAK
核 胞质
PP
其它信号途径
S1 S2
转录 G
PP
STATx STATy
STATx
STATy
酪氨酸激酶偶联型受体的JAK-STSTs信号转导途径
13
信号
激素 神经递质 致味剂 光
R
T
E
效应
四跨膜受体的结构
四跨膜片段受体信号转导示意图 R-T-E三位一体(trune receptor concept)
概念的延伸和扩展
经典激素：特定组织(腺体)－化学活性物质－ 血循环－靶器官或组织－生物学作用 付激素：局部作用，分布极其广泛 内分泌－旁分泌－自分泌 激素新定义：化学的、非营养性的，微量 (umol)细胞间信使物质
1
激素的新定义
非营养型的nmol或更低浓度就能起作用 的细胞间化学信使 包括内分泌激素、生长因子、细胞因子 神经递质 可以通过内分泌、旁分泌、自分泌形式 起作用
14
可形成离子通道的受体：
钠离子通道：肌肉、神经的烟酸乙酰胆碱受体 氯离子通道：γ-氨基丁酸和甘氨酸的受体
结构复杂，4－5亚基组成
15
-
-
-
-
δ αL
β α-H
Tχ
δ α-L
γ
-
-
+
-
-
-
-
43K
PO4
PO4
43K
细胞骨架
细胞骨架
乙酰胆碱受体结构
β α-H
16
17
糖基化位点
N端
e1
e2
e3
细胞外 TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM6 TM7
Flt 1/VEGFR Flk/KDR
Met/HGFR
TrkA TrkB TrkC
九类酪氨酸激酶型受体结构
Eph
Axl
Elk
Eck
Eek
Erk
Cek4/Mek4/HEK
Cek5
7
酪氨酸激酶型受体的信号转导
如生长因子类受体
基本途径：
H-R结合
↓
受体形成二聚体(活化)
↓
受体自身磷酸化
↓
磷酸化受体或其底物的Tyr-P与某些胞内信号分子的
刺激
抑制
促激素(LH、HCG、FSH、ACTH、 α2-肾上腺素能协同剂
TSH、下丘脑释放激素)
Inslulin蝇覃碱乙酰胆碱协同剂
MSH
某些阿片肽
β-肾上腺素能协同剂
某些前列腺素(如PGE2)
glucagon
Vasopressin(肾中)
PTH
Calcitonin，某些前列腺素
(例如PGE1)
23
PP
PP
细胞质底物的磷酸化
转录因子 P
转录
酪氨酸激酶型受体信号转导中Ras-Raf-MEK-ERK途径
11
酪氨酸激酶偶联型受体的信号转导途径：
如某些细胞因子和肽类激素(如GH、PRC)
JAK-STAT信号途径：
H-Rc与JAK (Janus Kinase相偶联)结合
↓
使JAK分子磷酸化使受体活化，活化受体通过其Tyr-P 与STAT分子的SH2域相互作用形成二聚体
C-AMP通路的各种信号输出过程
H8R8 → G8 H8R8 → G8
(+) (+)
(+)
α8 →Ac →C-AMP↑ →PKA↑