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Chapter23激素 hormones 一 激素的定义 什么是激素 激素是生物体内特殊组织或腺体产生的对某些靶细胞具有刺激作用 从而引起特殊的激动效应的一群微量的有机化合物 化学迅息 内分泌激素 外分泌激素 在机体的代谢过程或生理过程起调控作用 二 激素的特点 1 含量少 在生物体某特定组织细胞产生 2 通过体液的运动被输送到其他组织中发挥作用 3 作用很大 效率高 在新陈代谢中起调节控制作用 在医疗上 激素也是一类重要药物 三 激素的分类 在生物激素中 动物激素最为重要 植物激素主要为植物生长调节剂 根据激素的化学结构和调控功能 一般可以分为三类 一 含氮激素 包括蛋白质激素 多肽激素 氨基酸衍生物激素等 二 类固醇激素 性腺和肾上腺皮质分泌的激素大多数是类固醇激素 三 脂肪酸衍生物激素 主要由生殖系统及其它组织分泌产生 一 含氮激素 1 氨基酸衍生物激素2 多肽及蛋白质激素3 胰岛激素4 甲状旁腺激素 一 含氮激素 1 氨基酸衍生物激素 1 甲状腺激素 甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的三碘甲腺原氨酸 三碘甲腺原氨酸的活性约为甲状腺素的5 10倍 二者的结构如下 天然的甲状腺素是酪氨酸的衍生物 均为L 构型 甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织 能将体内70 80 的碘富集在其中 甲状腺激素生理功能 甲状腺素合成中 碘化过程不是发生在游离的酪氨酸上 而是甲状腺球蛋白分子中的酪氨酸残基发生碘化反应 促进糖 脂及蛋白质的代谢 促进机体的生长发育和组织分化 对中枢神经系统 循环系统 造血过程 肌肉活动及智力和体质的发育等均有显著作用 幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状腺时 将引起发育迟缓 身材矮小 行动呆笨而缓慢 成年动物甲状腺机能减退时 出现厚皮病 心博减慢 基础代谢降低 性机能低下 反之 甲状腺机能亢进 动物眼球突出 心跳加快 基础代谢增高 消瘦 神经系统兴奋性提高 表现为神经过敏等 甲状腺激素生理功能 一 含氮激素 1 氨基酸衍生物激素 2 肾上腺素 肾上腺分为髓质和皮质两部分 髓质分泌肾上腺素和少量去甲肾上腺素 去甲肾上腺素主要由交感神经末梢分泌 是酪氨酸的衍生物 为R 构型 肾上腺素生理功能 肾上腺素具有与交感神经兴奋相似的作用 使血管收缩 心脏活动加强 血压升高 临床上被用来作为升压药物 起抗休克作用 肾上腺素主要是调节糖代谢 它能够促进肝糖原和肌糖原的分解 增加血糖和血中的乳酸含量 麻黄素和伪麻黄素 麻黄素含有二个手性碳原子 其构型为1R2S 与R 构型肾上腺素相似 具有较高的生理活性 伪麻黄素的构型为1S2S 其生理作用则有明显的差异 2 多肽及蛋白质激素 由脑垂体 下丘脑 胰腺 甲状旁腺 胃肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多肽或蛋白质激素 这些激素具有各种各样的功能 一 含氮激素 1 脑垂体激素 脑垂体在神经系统的控制下 起调节体内各种内分泌腺作用 垂体可分为前叶 中叶和后叶三个部分 脑垂体分泌的激素共有10多种 生长激素 GH 促甲状腺素 TSH 促肾上腺皮质激素 ACTH 催乳素 LTH 促卵泡素 FSH 黄体生成素 LH 促黑色细胞素 MSH 催产素 加压素垂体前叶和中叶能够合成激素 后叶只能存储和分泌激素 后叶所分泌的激素由下丘脑合成 2 下丘脑激素 下丘脑所分泌的激素主要包括一些释放激素 或释放因子 和释放抑制激素 下丘脑激素经垂体门静脉到达脑垂体 并作用于垂体细胞 起调控作用 促甲状腺素释放激素 TRH 促肾上腺皮质激素释放激素 CRH 促卵泡素释放激素 FRH 促黄体生成素释放激素 LRH 生长素释放激素 GRH 生长素释放抑制激素 GRIH 促黑色细胞激素释放激素 MRH 促黑色细胞激素抑制释放激素 MRIH 催乳素释放激素 PRH 催乳素释放抑制激素 PRIH 3 胰岛激素 胰岛是胰脏的内分泌组织 人的胰岛主要由 和 三种细胞组成 细胞分泌胰高血糖素 细胞分泌胰岛素 一 含氮激素 1 胰岛素 胰岛素是由胰腺中胰岛的 细胞分泌的一种含有51个氨基酸残基的蛋白质激素 胰岛素由两条多肽链组成胰岛素的生理功能主要是促进细胞摄取葡萄糖 促进肝糖原和肌糖原的合成 抑制肝糖原的分解 胰岛素具有抑制细胞内腺苷酸环化酶活性作用 使cAMP产生显著减少 导致糖原分解速度减慢 胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反 2 胰高血糖素 胰高血糖素为胰岛的 细胞分泌的多肽激素 由29个氨基酸组成 人和猪的胰高血糖素的氨基酸序列完全一样 其结构如下 His Ser Gln Gly Thr Phe Thr Ser Asp Tyr Ser Lys Tyr Leu Asp Ser Arg Arg Ala Gln Asp Phe Val Gln Trp Leu Met Asp Thr胰高血糖素主要是促进肝糖原分解 使血糖升高 与肾上腺素作用相似 其作用原理是激活肝细胞中的腺苷酸环化酶 使cAMP浓度升高 从而提高磷酸化酶活性 促进肝糖原分解 4 甲状旁腺激素 甲状旁腺主要分泌甲状旁腺素 PTH 和降钙素 CT 它们都是多肽激素 二者的生理作用相反 PTH可以升高血钙 而CT则可以降低血钙 因此都是调节钙磷代谢的激素 一 含氮激素 二 类固醇激素 类固醇激素是一类脂溶性激素 它们在结构上都是环戊烷多氢菲衍生物 脊椎动物的类固醇激素可分为肾上腺皮质激素和性激素两类 1 肾上腺皮质激素 肾上腺皮质激素由肾上腺皮质分泌产生 目前从肾上腺皮质提取液中分离的类固醇化合物有30余种 功能 1 调节糖代谢 抑制糖的氧化 使血糖升高 促进蛋白质转化为糖 具有这种功能的包括皮质酮 11 脱氢皮质酮 17 羟皮质酮 氢化可的松 和17 羟 11 脱氢皮质酮 可的松 这类激素还具有良好的抗炎 抗过敏作用 是常用的激素药物 糖皮质激素 2 调节水盐代谢 促使体内保留钠离子及排出过多的钾离子 调节水盐代谢 这类激素包括11 脱氧皮质酮 17 羟 11 脱氧皮质酮和醛皮质酮 其中醛皮质酮对水盐代谢的调节作用比脱氧皮质酮大30 120倍 肾上腺皮质激素分泌失常 将引起糖代谢及无机盐代谢紊乱而出现病症 盐皮质激素 2 性激素 性激素属于类固醇类激素 可分为雄性激素和雌性激素两类 它们与动物的性别及第二性征的发育有关 性激素的分泌受垂体的促性腺激素 LHF和SH 调节 四 脂肪酸衍生物激素 前列腺素 简称PG 是一类具有生理活性物质的总称 现在已发现有几十种 这类激素广泛存在于生殖系统和其它组织中 前列腺素的基本结构为含有一个环戊烷及两个脂肪侧链的二十碳脂肪酸 其中主要有E F A B等四类 前列腺素 E型 C 9为酮基 C 11含有羟基 F型 C 9和C 11均含有羟基 A型 C 9为酮基 C 10和C 11之间有双键 B型 C 9为酮基 C 8和C 12之间有双键 所有的前列腺素在侧链的C 13和C 14之间有双键 C 15含有一个羟基 功能 不同结构的前列腺素 其功能也不相同 说明前列腺素具有复杂的生理功能 已经证明 前列腺素对生殖 心血管 呼吸 消化和神经系统等都有显著影响作用 例如 能使子宫及输卵管收缩 使血管扩张或收缩 可抑制胃酸分泌等 人体前列腺素的产生和分泌异常是导致许多疾病的重要原因 物质代谢的联系与调节InterrelationshipsandRegulationofMetabolism 主要内容 物质代谢的相互联系代谢调节的一般原理激素的作用与受体细胞信号传导系统 1 1物质代谢的基本目的 1 1 1生成ATPATP被称之为 通用能量货币 1 1 2生成还原辅酶动物机体代谢过程中所产生还原力 其代表性物质是辅酶 NADPH H 1 1 3产生生物合成的前体小分子 1物质代谢的相互联系 1 2物质代谢的相互联系 1物质代谢的相互联系 1 2 1糖代谢与脂代谢 糖与脂类的联系最为密切 糖可以转变成脂类 当有过量葡萄糖摄入时 糖分解代谢的产物磷酸二羟丙酮还原成 磷酸甘油 丙酮酸氧化脱羧转变为乙酰CoA 在线粒体中合成脂酰CoA 磷酸甘油与脂酰CoA再用来合成甘油三酯 乙酰CoA也是合成胆固醇的原料 磷酸戊糖途径还为脂肪酸 胆固醇合成提供了所需NADPH 在动物体内脂肪转变成葡萄糖是有限度的 脂肪的分解产物包括甘油和脂肪酸 其中甘油是生糖物质 奇数脂肪酸丙酸可以经甲基丙二酸单酰CoA途径进入异生过程生成葡萄糖 例如在反刍动物 然而偶数脂肪酸 氧化产生的乙酰CoA不能净合成糖 因为乙酰CoA不能逆转再生成丙酮酸 尽管有实验显示 同位素标记的乙酰CoA碳原子最终似乎掺入到了葡萄糖分子中去 但其前提是必须向三羧酸循环中补充如草酰乙酸等有机酸 而动物体内草酰乙酸又主要由糖代谢的代谢中间产物丙酮酸羧化后得到 1 2 2糖代谢与氨基酸代谢 糖分解代谢的中间产物 酮酸可以作为 碳骨架 通过转氨基或氨基化作用进而转变成非必需氨基酸 但是当动物缺乏糖的摄入 如饥饿 时 体蛋白的分解加强 已知组成蛋白质的20种氨基酸中 除赖氨酸和亮氨酸以外 其余的都可以通过脱氨基作用最终直接地或间接地转变成糖异生途径中的某个中间产物 再沿异生途径合成糖 以满足机体对葡萄糖的需要和维持血糖水平的稳定 糖的供应不足 不仅非必需氨基酸合成减少 而且由于细胞的能量水平下降 使需要消耗大量高能磷酸化合物 ATP和GTP 的蛋白质的合成速率受到明显抑制 1 2 3脂代谢与氨基酸代谢 生酮氨基酸可以通过解酮作用转变成乙酰CoA之后合成脂肪酸 生糖氨基酸既然能异生成糖 自然也可以转变成脂肪 此外 蛋氨酸 丝氨酸等还是合成磷脂的原料 甘油可以通过糖代谢途径为合成某些非必需氨基酸提供碳骨架 动物组织难以利用脂肪酸合成氨基酸 这是因为脂肪酸分解生成的乙酰CoA要进入三羧酸循环分解 如果再由循环中的中间产物形成氨基酸必然要消耗循环中的有机酸 如草酰乙酸等 酮酸 而如无其他来源的补充 反应则不能持续下去 1 2 4核苷酸代谢与其他物质代谢 核苷酸既是核酸的基本组成单位 也在调节代谢中起重要作用 ATP是能量通用货币和转移磷酸基团的主要分子 UTP参与单糖的转变和多糖的合成 CTP参与磷脂的合成 而GTP为蛋白质多肽链的生物合成所必需 许多重要的辅酶辅基 如CoA NAD FAD等都是腺嘌呤核苷酸的衍生物 参与酶的催化作用 环核苷酸 如cAMP cGMP作为胞内信号分子 第二信使 参与细胞信号的传导 糖代谢为核苷酸合成提供了磷酸核糖 及脱氧核糖 和NADPH还原力 甘氨酸 天冬氨酸 谷氨酰胺等参与嘌呤和嘧啶环的合成 多种酶和蛋白因子参与了核酸的生物合成 复制和转录 糖 脂等燃料分子为核酸生物学功能的实现提供了能量保证 糖 脂类和蛋白质代谢之间的相互影响主要表现在能量供应上 动物所需要的能量约70 以上是由糖供应的 当饲料中糖类供应充足时 机体以糖作为能量的主要来源 而脂肪和蛋白质的分解供能较少 糖的供应量超过机体的需要时 则可以转变成脂肪作为能量储备 糖类供应不足或饥饿时 一方面动员脂肪分解供能 另一方面动用机体蛋白分解异生成糖 持续饥饿 体内脂肪分解大大加快 甚至会出现酮血症 一般情况下 饲料蛋白质的主要营养作用是满足动物生长 修补和更新组织的需要 合成蛋白质需要的能量 主要依靠糖 其次是脂肪 蛋白质合成代谢增强时 首先是糖的分解代谢必然增强 除了提供其所需要的能量外 还可合成非必需氨基酸作为蛋白质合成的原料 可见 饲料中能源物质不足时 会影响蛋白质的合成 1 2 5营养物质之间的相互影响 2动物代谢调节的一般原理 2 1代谢调节的实质 动物的代谢过程表现为机体不断从外界摄入营养物质 然后在体内经由不同的代谢途径进行转变 又不断地把代谢产物排出体外和释放热量 这种状态称为恒态 stablestate 恒态是机体代谢的基本状态 恒态的破坏意味着疾病或机体的死亡 机体通过代谢调节维持恒态 代谢的调节主要是对代谢途径中的酶进行调节 包括酶的活性和酶量 尤其是途径中的关键酶 限速酶 调节酶 使他们的活性不致过高或过低 不会缺乏也不会不适时表达 以保持整个机体的代谢以恒态的方式进行 代谢调节的实质 就是把体内的酶组织起来 在统一的指挥下 互相协作 以便使整个代谢过程适应生理活动的需要 2 2代谢调节的方式2 2 1细胞水平的调节酶的区室化 compartmentalizing 动物细胞的膜结构把细胞分为许多区域 称为酶的区室化 酶的区室化作用保证了代谢途径的定向和有序 也使合成途径和分解途径彼此独立 分开进行 酶活性的调节变构调节和共价修饰调节是对关键酶活性调节的两种主要方式 酶含量的调节即调节酶的合成 因为细胞内酶的含量一般与其活性呈正相关 2 2 2激素水平的调节 激素 hormone 通过血液到达其专一作用的组织和细胞 称为靶组织 targettissue 靶细胞 targetcell 与其特异的受体结合 引起细胞内代谢的改变 于是引起生理效应 2 2 3整体水平的调节在中枢神经系统的控制下 通过神经递质 neurotransmitter 或激素对靶组织 靶细胞直接发生影响来调节其代谢及功能 并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节 这种调节称为整体水平的代谢调节 因为神经和激素对于内外环境的改变有十分敏锐的反应 根据这些改变来调节代谢过程 使机体成为一个整体 各个组织器官的代谢互相协调配合 以适应环境的变化 3 细胞信号传导 信号传导实现细胞之间的通讯联络 使多细胞生物对外界环境的变化可以作出协同一致的反应 细胞信号的传导系统包括信号分子 受体 第二信使分子 胞内的靶蛋白或靶酶等 3 1信号分子 signalmolecules 激素 胰岛素 肾上腺素等 生长因子 生长激素 上皮生长因子等 细胞因子 白细胞介素 肿瘤坏死因子等 神经递质 乙酰胆碱 5 羟色胺等 气体分子 NO CO等 3 2受体 receptor 是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子 激素 神经递质 毒素 药物等 并与之结合的生物大分子 主要是蛋白质 大多数的受体位于细胞膜上 少部分在胞内或核内 3 2 1受体的特点亲和性 与配体 ligand 有极高的亲和力 专一性 存在于特定组织细胞的膜上或胞内 这些细胞或组织称为靶组织 靶细胞 效应性 受体一旦与配体结合 可逆地 即引起细胞的生理效应 门控通道型受体 膜上 如乙酰胆碱受体G蛋白偶联型受体 膜上 如肾上腺素受体酪氨酸激酶型受体 膜上 如生长激素受体DNA转录调节型受体 核内 如雌激素受体 受体类型 3 2 2受体的类型 膜上受体的三种类型 门控通道型 G蛋白偶联型 酪氨酸激酶型