第二节 激素的作用机理
激素的调节效应是由专一性激素受体介导的。激素到达靶细胞后，与相应的受体结合，形成激素－受体复合物，后者将激素信号转化为一系列细胞内生化过程，表现为调节效应。两类定位不同的受体，发挥调节作用的机理不同。通过表面受体起作用的激素，调节酶的活性，其效应快速、短暂；通过细胞内受体起作用的激素，调节酶的合成，其效应缓慢、持久。
一、分类
1. cAMP机制，如肾上腺素
2. 磷酸肌醇机制，如5-羟色胺
3. 酪氨酸激酶机制，如胰岛素
4. 基因表达机制，如类固醇激素
二、第二信使模式
（一）第二信使
含氮激素有较强的极性，不能进入靶细胞（甲状腺素例外），通过与靶细胞表面受体结合发挥作用。这些激素称为第一信使，与受体结合后，在细胞内形成传递信息的第二信使，发挥作用。激素的前三种作用机制都属于第二信使模式。已经发现的第二信使有cAMP、cGMP、Ca2+、三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG)等。
他们具有以下特点：
1.由激素引发形成
2.合成与灭活容易（可通过一步反应完成）
3.浓度低（在10-7mol/L以下），变化大，寿命短
4.生成与灭活都受激素控制，能及时有效地调控其浓度水平
5.能调节细胞的代谢。
（二）第二信使的生成
激素－受体－第二信使调节系统的膜内装置包括三部分：受体、G蛋白和催化第二信使形成的酶。G蛋白是一系列鸟苷酸结合调节蛋白。形成激素－受体复合物后，受体变构，导致复合物与结合着GDP的专一G蛋白结合，形成三元复合物，然后G蛋白变构，复合物解体，生成G-GTP复合物，此复合物再与有关酶结合，使其活化，形成第二信使。最后G蛋白的GTP酶活性将GTP水解为GDP，释放出无活性的酶，准备下一次反应。
在专一性G蛋白的转导下，腺苷酸环化酶与鸟苷酸环化酶分别催化cAMP、cGMP的生成。磷脂酶C催化二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解，生成1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG)。
（三）第二信使的作用
多数第二信使通过直接活化蛋白激酶发挥调节作用。蛋白激酶是一类催化蛋白质磷酸化修饰的激酶，在生物调控中起重要作用。蛋白激酶的种类很多，根据底物被磷酸化的氨基酸残基不同，可分为丝氨酸或苏氨酸激酶和酪氨酸激酶；根据其调节因子可分为cAMP依赖性蛋白激酶（简称A激酶，PKA）、cGMP依赖性蛋白激酶（简称G激酶，PKG）Ca2+依赖性蛋白激酶（简称C激酶，PKC）等。cAMP和cGMP分别变构活化A激酶和G激酶，三磷酸肌醇使Ca2+浓度升高，二酰甘油提高C激酶对Ca2+的敏感性。
G激酶系统的调节效应，常与A激酶系统相反，组织中cAMP和cGMP的浓度变化也常互相消长。二者构成对立统一的调控系统。cAMP和cGMP分别在各自的磷酸二酯酶催化下水解灭活。
三磷酸肌醇作用于细胞内的钙储存库（线粒体、内质网），促进钙的释放，使其浓度急剧升高。钙作为胞内化学信使，通过活化C激酶和钙调蛋白，发挥其调节作用。PKC可以磷酸化多种蛋白，如糖原合成酶，磷酸化后活性降低。钙调蛋白(CaM)是一种钙依赖性调节蛋白，广泛存在于一切真核细胞中，结构十分保守。它是一种小分子酸性蛋白，分子量16700，有4个钙结合部位。钙调蛋白与钙结合后被活化，可刺激多种酶的活性，包括C激酶、腺苷酸环化酶、磷酸二酯酶和糖原磷酸化酶、糖原合成酶激酶等15种酶。
三磷酸肌醇和二酰甘油的寿命都很短。前者被水解生成肌醇，后者被磷酸化生成磷脂酸，通过磷脂酰肌醇循环，使二磷酸磷脂酰肌醇得以再生。
三、基因表达模式
类固醇激素是非极性分子，容易透过质膜进入细胞，通过与胞内专一性受体结合，发挥调节特定基因表达的作用。类固醇激素的受体是多亚基蛋白，与激素结合后发生变构，暴露出DNA结合部位。该复合物与特定的DNA序列（增强子）结合后，可加速受控基因的转录表达。如糖皮质激素与肝细胞受体结合，可促进糖异生过程中四种关键酶的合成。
四、激素的合成与灭活
（一）合成
1. 蛋白质和多肽激素是基因表达的产物
蛋白质激素 其基因表达的最初产物是无活性的前激素原，经剪切加工成为激素原，再经酶促激活，成为有活性的激素。前激素原的N末端都有一段由20－30个残基构成的信号肽序列。例如，胰岛素基因表达产生由105个残基构成的前胰岛素原，剪切加工后成为有两条肽链，共51个残基的胰岛素。
多肽激素 一般比其前体小得多。如催产素和加压素都是九肽，而其前体分别是由160个和215个残基构成的后叶激素运载蛋白原。后者经剪切产生活性激素和相应的运载蛋白，结合成复合物，包装于囊泡中，运往神经垂体。分泌时，激素与运载蛋白分离。另外，垂体分泌一种前阿黑皮素原，由265个残基构成，在不同细胞内经不同方式剪切加工产生多种激素，包括促肾上腺皮质激素、各种促脂解素、各种促黑激素以及调控痛觉的阿片样多肽、内啡肽、脑啡肽等。
2. 氨基酸衍生物激素
甲状腺素 是酪氨酸衍生物，来自甲状腺球蛋白的酪氨酸残基。甲状腺球蛋白是660kd的糖蛋白，含上百个酪氨酸残基。合成甲状腺素就以其中的部分残基作为酪氨酸供体，经碘化、缩合、水解，产生甲状腺素。
肾上腺素 也是酪氨酸衍生物，属于儿茶酚胺类。由自由酪氨酸经羟化、脱羧而成。
3.类固醇激素
肾上腺皮质激素、性激素等是以胆固醇为前体，经切断侧链和羟化等步骤合成。
4.脂肪酸激素
前列腺素等脂肪族激素是以花生四烯酸为前体合成的。
（二）激素的储存和释放
1. 含氮激素：含氮激素的释放是受调控的。此类激素合成后以膜质小泡的形式储存在胞液中，只有内分泌细胞受到某种刺激时，才释放到胞外。这种受控分泌机制与其作用的迅速和短暂有关。这样可以在需要时大量分泌，及时起到调节作用。
2. 固醇激素：合成后立即全部释放，进入血液，不在细胞内储存。所以调节其分泌的关键在控制其合成速度。这与其作用的缓慢和长久是一致的。
（三）运输
固醇激素和甲状腺素是脂溶性分子，在血液中运输时，大部分与专一的载体蛋白结合，只有少量呈游离状态。如甲状腺素与甲状腺素结合球蛋白结合，皮质醇与皮质类固醇结合球蛋白结合。
（四）灭活
激素要迅速灭活才能保证生理功能的及时、适度的调节。灭活的主要场所是肝和肾。多肽和蛋白质激素，在专一性肽酶和蛋白酶的催化下，被水解而灭活。胺类激素（肾上腺素等）由单胺氧化酶催化氧化脱氨而灭活。固醇激素经切除侧链、还原、羟化等反应灭活。许多激素的代谢产物从尿中排出。大多数激素在体液中的半衰期只有几分钟。例如，胰岛素半衰期为5－15分钟。在肝脏，先将胰岛素分子中的二硫键还原，产生游离的AB链，再经胰岛素酶水解成为氨基酸而灭活。
在激素作用下生成的第二信使也要及时灭活。cAMP和cGMP在专一性磷酸二酯酶催化下水解为相应的5’核苷酸。释放于胞液中的钙离子，被内质网中的钙泵运回内质网钙库。三磷酸肌醇和二酰甘油进入磷脂酰肌醇循环，重新合成二磷酸磷脂酰肌醇。
在激素调节中被磷酸化的酶或蛋白，被磷蛋白磷酸酶水解而除去磷酸基。
佛波酯（phorbol esters）是DAG的类似物，可以激活PKC，但又不能灭活，其作用是持久的，因此是一种致癌剂。许多致癌基因的产物具有酪氨酸激酶活性，但不受调控，因而致癌。
