激素的作用机制

随着分子生物学技术的应用和发展,激素作用机制的研究更加深入,不断丰富和完善了激素作用机制的理论学说。目前认为,激素作为化学信使必须首先和靶细胞中的相应受体相互识别并结合,继而启动靶细胞内一系列的信号转导机制,最终使该细胞产生固有的生物学效应。根据靶细胞中受体存在的部位不同,可将受体分为细胞膜受体和细胞内受体两种,后者又可分为胞质受体和核受体。由于激素的化学结构和性质不同,其作用机制也不相同。

重点提示

激素作用原理、学说。

(一)细胞膜受体介导的激素作用机制——第二信使学说

膜受体是镶嵌在细胞膜上的一类蛋白质,主要有G蛋白耦联受体、酪氨酸激酶受体和鸟苷酸环化酶受体等。1965年Sutherland等提出第二信使学说,该学说认为:激素作为第一信使,与靶细胞膜上的特异性受体结合后,激活膜内的腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase,AC);在Mg2+的参与下,腺苷酸环化酶催化ATP转

变为c AMP;作为第二信使的c AMP继而激活细胞内的蛋白激酶(PK)系统,活化后的PK再催化细胞内多种蛋白质发生磷酸化反应,最终引起靶细胞的各种生物学效应,如腺细胞分泌、肌细胞收缩等。信息由第一信使传递给第二信使,实现了细胞内的信号转导。而c AMP在磷酸二酯酶的催化下可降解为5′-AMP失活(图11-2)。

图11-2　细胞膜受体介导的激素作用机制

H.激素;R.受体;GP.G蛋白;AC.腺苷酸环化酶;PDE.磷酸二酯酶;PKr.蛋白激酶调节亚单位;PKc.蛋白激酶催化亚单位

第二信使学说的提出,极大地推动了激素作用机制的深入研究。研究表明,c AMP并不是惟一的第二信使,可作为第二信使的化学物质还有cGMP、三磷酸肌醇(inasitol triphosphate,IP3)、二酰甘油(diacylglycerol,DG)和Ca2+等。蛋白激酶除PKA外,还有蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)和蛋白激酶G(Protein kinase G,PKG)等。

(二)细胞内受体介导的激素作用机制——基因表达学说

1968年Jesen和Gorski提出的基因表达学说认为:类固醇类等小分子脂溶性激素可通过细胞膜进入细胞内,主要经过两个步骤调节基因表达而发挥调节效应。第一步是激素与胞质受体结合,形成激素-胞质受体复合物,胞质受体与激素结合后导致受体蛋白发生变构,从而使激素-胞质受体复合物获得通过核膜的能力,由胞质进入核内;第二步是与核受体结合形成激素-核受体复合物,此复合物作用于染色质特定位点,进而启动DNA的转录过程,生成新的mRNA,诱导相应蛋白质的合成而引发特定的生物效应(图11-3)。此外,有的类固醇激素(如性激素)进入细胞后,可直接经胞质进入核内,与核受体结合而调节基因表达。

图11-3　细胞内受体介导的激素作用机制

激素种类繁多,其作用机制也非常复杂,如甲状腺激素虽属胺类激素,但其作用机制却与类固醇激素相似,可直接进入细胞核内与核受体结合,通过调控基因表达而发挥作用。属于类固醇激素的糖皮质激素可不通过基因表达机制,而作用于细胞膜发挥调节效应。胰岛素除可以作用于细胞膜受体外,也能进入细胞内发挥作用。