第七章激素 激素是指由活细胞所分泌的对某些靶细胞有特殊激动作用的一类微量有机物质 动物激素是指由动物腺体细胞和非腺体组织细胞所分泌的一切激素。由腺体细胞分泌的称腺体激 素,由非腺体组织细胞分泌的称组织激素。腺体激素中由无管腺(又称内分泌腺)分泌的激素称内分泌激 素 植物激素又称植物生长调节物质,是指一些对植物的生理过程起促进或抑制作用的一类微量活性物 激素的类别可概括如下: 1氨基酸衍生物类激素 腺体激素」2肽及蛋白质激素 3.固醇类激素 脊椎动物激素 4脂肪族激素 动物激素 组织激素 无脊椎动物激素 甲壳类激素 激素 昆虫激素 生长素类 赤霉素类 植物激素细胞分裂素类 脱落酸 乙烯 第一节动物激素 五大内分泌腺高等动物体内产生激素的内分泌腺很多,主要有甲状腺、肾上腺、胰腺、性腺和脑 下垂体五大内分泌腺。 四类动物激素高等动物体内腺体分泌的激素种类很多。胃肠道中也能分泌多种激素。这些激素按 化学性质可分为氨基酸衍生物类激素、肽和蛋白质激素、固醇类激素、脂肪族激素 内分泌腺 人体内分泌系统是神经系统以外的另一重要调节系统。内分泌腺与有排泄管的外分泌腺不同,它是 种无排泄管的腺体,又称无管腺。腺细胞所分泌的激素直接进入血液或淋巴,借循环系运送到全身 调节其功能活动。 内分泌腺依其存在形式,可分内分泌器官和内分泌组织两类(图7-1) 内分泌器官独立存在,肉眼可见,例如甲状腺、甲状旁腺、垂体、松果体、胸腺和肾上腺等 内分泌组织是分散存在于其他器官组织中的内分泌细胞群,如胰腺内的胰岛、睾丸内的间质细胞、 卵巢内的卵泡细胞和黄体细胞等
第七章 激 素 激素是指由活细胞所分泌的对某些靶细胞有特殊激动作用的一类微量有机物质。 动物激素是指由动物腺体细胞和非腺体组织细胞所分泌的一切激素。由腺体细胞分泌的称腺体激 素，由非腺体组织细胞分泌的称组织激素。腺体激素中由无管腺(又称内分泌腺)分泌的激素称内分泌激 素。 植物激素又称植物生长调节物质，是指一些对植物的生理过程起促进或抑制作用的一类微量活性物 质。 激素的类别可概括如下： 激素 动物激素 植物激素 脊椎动物激素 无脊椎动物激素 生长素类 赤霉素类 细胞分裂素类 脱落酸 乙烯 组织激素 1.氨基酸衍生物类激素 2.肽及蛋白质激素 3.固醇类激素 4.脂肪族激素 甲壳类激素 昆虫激素 腺体激素 第一节 动物激素 五大内分泌腺 高等动物体内产生激素的内分泌腺很多，主要有甲状腺、肾上腺、胰腺、性腺和脑 下垂体五大内分泌腺。 四类动物激素 高等动物体内腺体分泌的激素种类很多。胃肠道中也能分泌多种激素。这些激素按 化学性质可分为氨基酸衍生物类激素、肽和蛋白质激素、固醇类激素、脂肪族激素。 一、内分泌腺 人体内分泌系统是神经系统以外的另一重要调节系统。内分泌腺与有排泄管的外分泌腺不同，它是 一种无排泄管的腺体，又称无管腺。腺细胞所分泌的激素直接进入血液或淋巴，借循环系运送到全身， 调节其功能活动。 内分泌腺依其存在形式，可分内分泌器官和内分泌组织两类(图 7-1)。 内分泌器官 独立存在，肉眼可见，例如甲状腺、甲状旁腺、垂体、松果体、胸腺和肾上腺等。 内分泌组织 是分散存在于其他器官组织中的内分泌细胞群，如胰腺内的胰岛、睾丸内的间质细胞、 卵巢内的卵泡细胞和黄体细胞等。 155
垂体 甲状旁腺 胸腺 肾上腺 (女性生殖器) 睾丸(男性生殖器) 图7-1全身内分泌腺的分布 (一)甲状腺 甲状腺由左、右叶及连接两叶的甲状腺峡组成。两叶贴附在喉下部及气管上部的外侧面,甲状腺峡 位于第2-4气管软骨环的前方。有时从甲状腺峡向上伸出一突起,称为锥状叶。甲状腺实质内有许多由 细胞围成的盲囊,称为甲伏腺滤泡。滤泡囊壁的上皮细胞可随功能状态而改变,活动增强时变为柱状细 胞,活动减弱时为扁平细胞。滤泡囊内充满胶状物质,内含甲状腺球蛋白。滤泡周围有结缔组织,其中 有血管、淋巴管和神经等。 在甲状腺内,还有另一种细胞,称为滤泡旁细胞,又称C细胞。它们一部分附嵌于滤泡壁上,另 部分散在滤泡周围结缔组织之中。甲状腺滤泡上皮细胞的分泌物以甲状腺球蛋白的形式贮存于胶状体 中。当机体需要时,甲状腺球蛋白再由滤泡上皮吞噬。由于溶酶体的作用而分解出甲状腺素,释放入毛 细血管中。 甲状腺素是一种含碘的物质,有促进机体的生长发育和新陈代谢的作用。滤泡旁细胞可分泌降钙 素,有降低血浆钙含量的作用 甲状腺两叶的后缘贴附有甲状旁腺,一般共上、下两对,每个如绿豆大。有时一个或几个埋于甲状 腺组织之中。 成年人甲状旁腺内有两种细胞:主细胞和嗜酸性细胞。主细胞能分泌甲状旁腺素,可调节体内钙的代 谢。推持血钙平衡,分泌不足时引起血钙下降,出现手足抽搐症。嗜酸性细胞的功能不明。 (二)垂体 垂体位于颅中窝内,呈卵圆形,借漏斗连于下丘脑,分前、后两叶。前叶与后叶的结构和功能完全 不同。 前叶又称为腺垂体,占垂体的大部分,能分泌多种激素,可促进身体的生长和影响其他内分泌腺的 活动等。后叶又称为神经垂体,无分泌作用。后叶内的激素(抗利尿素和催产素)实际上是由下丘脑分泌, 经下丘脑垂体束运至后叶贮存,然后由后叶释放入血液循环。 (三)松果体 松果体位于背侧丘脑的内上后方。在儿童7~8岁时,松果体发育至顶峰,以后逐渐萎缩退化,腺细 胞减少,结缔组织增生。 般认为松果体激素具有抑制性早熟的作用。在小儿时期,松果体如发生病变,可出现性早熟 (四)胸腺 胸腺位于胸骨柄及肋软骨的后方,可分大、小不等的左叶和右叶,胸腺在出生后两年内生长很快, 以后随年龄继续增长,到青春期发育至顶峰。青春期以后逐渐退化和萎缩,被脂肪组织代替 胸腺是淋巴器官,兼有内分泌功能。其主要功能是产生T淋巴细胞。来自骨髓的造血干细胞随血流 进入胸腺后分化成淋巴细胞。淋巴细胞在网状上皮细胞分泌的胸腺素作用下,从无免疫能力转化为有免 疫能力的T淋巴细胞。T淋巴细胞再移至淋巴结、脾等周围淋巴器官,在那里增殖并参与细胞免疫功能 胸腺在成年之后虽被脂肪组织代替,但网状上皮组织仍存在,还有分泌胸腺素的能力。 (五)肾上腺
松果体 垂体 甲状腺 甲状旁腺 胸腺 肾上腺 胰腺 卵巢 (女性生殖器) 睾丸(男性生殖器) 图7-1 全身内分泌腺的分布 （一）甲状腺 甲状腺由左、右叶及连接两叶的甲状腺峡组成。两叶贴附在喉下部及气管上部的外侧面，甲状腺峡 位于第 2~4 气管软骨环的前方。有时从甲状腺峡向上伸出一突起，称为锥状叶。甲状腺实质内有许多由 细胞围成的盲囊，称为甲伏腺滤泡。滤泡囊壁的上皮细胞可随功能状态而改变，活动增强时变为柱状细 胞，活动减弱时为扁平细胞。滤泡囊内充满胶状物质，内含甲状腺球蛋白。滤泡周围有结缔组织，其中 有血管、淋巴管和神经等。 在甲状腺内，还有另一种细胞，称为滤泡旁细胞，又称 C 细胞。它们一部分附嵌于滤泡壁上，另一 部分散在滤泡周围结缔组织之中。甲状腺滤泡上皮细胞的分泌物以甲状腺球蛋白的形式贮存于胶状体 中。当机体需要时，甲状腺球蛋白再由滤泡上皮吞噬。由于溶酶体的作用而分解出甲状腺素，释放入毛 细血管中。 甲状腺素是一种含碘的物质，有促进机体的生长发育和新陈代谢的作用。滤泡旁细胞可分泌降钙 素，有降低血浆钙含量的作用。 甲状腺两叶的后缘贴附有甲状旁腺，一般共上、下两对，每个如绿豆大。有时一个或几个埋于甲状 腺组织之中。 成年人甲状旁腺内有两种细胞：主细胞和嗜酸性细胞。主细胞能分泌甲状旁腺素，可调节体内钙的代 谢。推持血钙平衡，分泌不足时引起血钙下降，出现手足抽搐症。嗜酸性细胞的功能不明。 （二）垂体 垂体位于颅中窝内，呈卵圆形，借漏斗连于下丘脑，分前、后两叶。前叶与后叶的结构和功能完全 不同。 前叶又称为腺垂体，占垂体的大部分，能分泌多种激素，可促进身体的生长和影响其他内分泌腺的 活动等。后叶又称为神经垂体，无分泌作用。后叶内的激素(抗利尿素和催产素)实际上是由下丘脑分泌， 经下丘脑垂体束运至后叶贮存，然后由后叶释放入血液循环。 （三）松果体 松果体位于背侧丘脑的内上后方。在儿童 7～8 岁时，松果体发育至顶峰，以后逐渐萎缩退化，腺细 胞减少，结缔组织增生。 一般认为松果体激素具有抑制性早熟的作用。在小儿时期，松果体如发生病变，可出现性早熟。 （四）胸腺 胸腺位于胸骨柄及肋软骨的后方，可分大、小不等的左叶和右叶，胸腺在出生后两年内生长很快， 以后随年龄继续增长，到青春期发育至顶峰。青春期以后逐渐退化和萎缩，被脂肪组织代替。 胸腺是淋巴器官，兼有内分泌功能。其主要功能是产生 T 淋巴细胞。来自骨髓的造血干细胞随血流 进入胸腺后分化成淋巴细胞。淋巴细胞在网状上皮细胞分泌的胸腺素作用下，从无免疫能力转化为有免 疫能力的 T 淋巴细胞。T 淋巴细胞再移至淋巴结、脾等周围淋巴器官，在那里增殖并参与细胞免疫功能。 胸腺在成年之后虽被脂肪组织代替，但网状上皮组织仍存在，还有分泌胸腺素的能力。 （五）肾上腺 156
肾上腺位于两肾的上方,左侧者近似半月形,右侧者呈三角形。每一肾上腺可分为外层的皮质和内 部的髓质。这两部分结构不同,所分泌的激素也完全不同。 肾上腺皮质自外向内又可分球状带、東状带和网状带三层。球状带的细胞分泌盐皮质激素,如醛固 酮,主要参与调节体内的水盐代谢:束状带的细胞分泌糖皮质激素。如氢化可的松,主要可调节糖的代 谢:网状带的细胞能分泌性激素,以雄性激素为主,作用较弱。肾上腺髓质由较大的多边形细胞组成, 细胞互相连接成网状,其间有血窦。髓质细胞内有嗜铬颗粒,易被铬盐染成褐色,故此细胞称为嗜铬细 胞。髓质内还有少数交感神经细胞,其神经末梢终止于髓质细胞。髓质细胞能分泌肾上腺素和去甲肾上 腺素。它们的生理功能是使心跳加快加强,小动脉收缩,从而可使血压升高 、内分泌腺激素 (一)癜基酸衍生物类激素 这类激素是由氨基酸衍变来的,有甲状腺分泌的甲状腺素,肾上腺髓质分泌的肾上腺素 等 甲状腺素的主要功用是增加代谢率,人体甲状腺机能必需保持正常才能维持健康 肾上腺素主要是促肝糖原分解增加血糖和使毛细血管收缩,增高血压。 (二)肽和蛋白质激素 蛋白质或肽类激素包括由脑垂体、胰腺、甲状腺、甲状旁腺、胃粘膜、十二指肠粘膜及其他非腺体 组织所分泌的多种激素,如生长素、胰岛素和胰高血糖素等 生长素的主要作用是促进RNA的生物合成,从而促进蛋白质的生物合成,使器官得到生长和发育。 胰岛素的生理作用主要为促糖原的生物合成及葡萄糖的利用,以及促进蛋白质及脂质的合成代谢, 其机制主要是促进有关酶的活力和生物合成。胰岛腺机能过高或过低都会严惩影响糖代谢 胰岛血糖素是胰岛α-细胞所分泌的激素。当血糖偏低时,即刺激胰高血糖素的分泌,胰高血糖素的 生理功用主要是促肝糖原分解,增加血糖。其作用机制一般认为是胰高血糖素首先活化腺苷酸环化酶使 ATP转化为cAMP,后者再活化肝磷酸化酶促进肝糖原分解 (三)固醇类激素 分肾上腺皮质激素和性激素两类。皮质激素的理化性质与胆固醇相似,主要生理功能是调节糖代谢 和水盐代谢 性激素有雄性激素和雌性激素两大类,都是固醇类化合物,性腺分泌性激素是受制于脑垂 体的促性激素的 (四)脂肪族激素 在人体和高等动物体中,目前只发现前列腺素(代号PG)属于这类激素。前列腺素有A、B、C、D、 E、F、G、H等几类,是环C2-羟不饱和脂肪酸类物质。哺乳动物的多种细胞都能合成前列腺素,精囊的 合成能力更强,其次为肾、肺和胃肠道。 前列腺素具有多种生理功能和药理作用,不同结构的前列腺激素,其功能亦不相同。它们 对肌肉、心血管、呼吸、生殖、消化、神经系统都有关系,亦或引起和治疗某些疾病。 前列腺素能调节某些激素的活性,使其不致偏高。例如肾上腺素、高血糖素等能促进脂的 水解作用及导致细胞cAMP水平增高,而PGE1在103moL浓度即能强烈地抑制脂的水解作用和抑制腺苷 酸环化酶,阻cAMP水平升高。再如PGl2能起抗凝血作用,可控制肺动脉血压等 前列腺素对人体也有很多不良作用,可引起炎症、红肿、发烧和使痛觉敏感,因其能增强 和延长致痛物质如组胺、5-羟色胺等的致痛作用。 总而言之,前列腺素的作用极其复杂,其产生的不平衡是导致许多疾病的原因。在另一方面,前列 腺素亦可能成为一种强大的医药武器。 高等动物体内激素的分泌受中枢神经控制,中枢神经通过调节下丘脑的分泌细胞,产生促进或抑制 某种激素分泌的激素。有促进作用的称为释放激素(因子),有抑制作用的称为抑制激素(因子)。这些激素 都是肽类。通过这些由神经细胞分泌的神经激素,实现了神经系统对内分泌系统的调节控制(图7-2)。 157
肾上腺位于两肾的上方，左侧者近似半月形，右侧者呈三角形。每一肾上腺可分为外层的皮质和内 部的髓质。这两部分结构不同，所分泌的激素也完全不同。 肾上腺皮质自外向内又可分球状带、束状带和网状带三层。球状带的细胞分泌盐皮质激素，如醛固 酮，主要参与调节体内的水盐代谢；束状带的细胞分泌糖皮质激素。如氢化可的松，主要可调节糖的代 谢；网状带的细胞能分泌性激素，以雄性激素为主，作用较弱。肾上腺髓质由较大的多边形细胞组成， 细胞互相连接成网状，其间有血窦。髓质细胞内有嗜铬颗粒，易被铬盐染成褐色，故此细胞称为嗜铬细 胞。髓质内还有少数交感神经细胞，其神经末梢终止于髓质细胞。髓质细胞能分泌肾上腺素和去甲肾上 腺素。它们的生理功能是使心跳加快加强，小动脉收缩，从而可使血压升高。 二、内分泌腺激素 （一）氨基酸衍生物类激素 这类激素是由氨基酸衍变来的，有甲状腺分泌的甲状腺素，肾上腺髓质分泌的肾上腺素 等。 甲状腺素的主要功用是增加代谢率，人体甲状腺机能必需保持正常才能维持健康。 肾上腺素主要是促肝糖原分解增加血糖和使毛细血管收缩，增高血压。 （二）肽和蛋白质激素 蛋白质或肽类激素包括由脑垂体、胰腺、甲状腺、甲状旁腺、胃粘膜、十二指肠粘膜及其他非腺体 组织所分泌的多种激素，如生长素、胰岛素和胰高血糖素等。 生长素的主要作用是促进 RNA 的生物合成，从而促进蛋白质的生物合成，使器官得到生长和发育。 胰岛素的生理作用主要为促糖原的生物合成及葡萄糖的利用，以及促进蛋白质及脂质的合成代谢， 其机制主要是促进有关酶的活力和生物合成。胰岛腺机能过高或过低都会严惩影响糖代谢。 胰岛血糖素是胰岛 α-细胞所分泌的激素。当血糖偏低时，即刺激胰高血糖素的分泌，胰高血糖素的 生理功用主要是促肝糖原分解，增加血糖。其作用机制一般认为是胰高血糖素首先活化腺苷酸环化酶使 ATP 转化为 cAMP，后者再活化肝磷酸化酶促进肝糖原分解。 （三）固醇类激素 分肾上腺皮质激素和性激素两类。皮质激素的理化性质与胆固醇相似，主要生理功能是调节糖代谢 和水盐代谢。 性激素有雄性激素和雌性激素两大类，都是固醇类化合物，性腺分泌性激素是受制于脑垂 体的促性激素的。 （四）脂肪族激素 在人体和高等动物体中，目前只发现前列腺素(代号PG)属于这类激素。前列腺素有A、B、C、D、 E、F、G、H等几类，是环C20-羟-不饱和脂肪酸类物质。哺乳动物的多种细胞都能合成前列腺素，精囊的 合成能力更强，其次为肾、肺和胃肠道。 前列腺素具有多种生理功能和药理作用，不同结构的前列腺激素，其功能亦不相同。它们 对肌肉、心血管、呼吸、生殖、消化、神经系统都有关系，亦或引起和治疗某些疾病。 前列腺素能调节某些激素的活性，使其不致偏高。例如肾上腺素、高血糖素等能促进脂的 水解作用及导致细胞cAMP水平增高，而PGE1在 10-8 mol/L浓度即能强烈地抑制脂的水解作用和抑制腺苷 酸环化酶，阻止cAMP水平升高。再如PGI2能起抗凝血作用，可控制肺动脉血压等。 前列腺素对人体也有很多不良作用，可引起炎症、红肿、发烧和使痛觉敏感，因其能增强 和延长致痛物质如组胺、5-羟色胺等的致痛作用。 总而言之，前列腺素的作用极其复杂，其产生的不平衡是导致许多疾病的原因。在另一方面，前列 腺素亦可能成为一种强大的医药武器。 高等动物体内激素的分泌受中枢神经控制，中枢神经通过调节下丘脑的分泌细胞，产生促进或抑制 某种激素分泌的激素。有促进作用的称为释放激素(因子)，有抑制作用的称为抑制激素(因子)。这些激素 都是肽类。通过这些由神经细胞分泌的神经激素，实现了神经系统对内分泌系统的调节控制(图 7-2)。 157
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孕酮 雌酮 雄激 素 ( 肾上 腺雄甾酮 ) 盐皮质激素 ( 醛甾酮 ) 糖皮质激素 ( 可的松等 ) 158
第二节植物激素 高等植物激素主要有生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯五类。 、植物生长素 天然植物激素中最普遍存在的植物生长素为吲哚乙酸(简称IA或IAA)。生长素存在于 植物生长旺盛的部位,最促进植物细胞的伸长。但不同的器官所需的最适浓度不同,扦插植物时用它处 理后可提高存活率。在农业上广泛使用的多为合成的植物生长素,这些生长素包括萘乙酸(简称NAA); 2,4-二氯苯氧乙酸(简称24-D)等等。生长素的结构如右图示 CHCOOH H 吲哚乙酸(LAA) 赤幂素 前已发现有40多种赤霉素。在高等植物所有器官和组织中几乎都能发现有赤霉素活性物质的存 在,但赤霉素主要是在幼叶幼果及根尖中合成。赤霉素能促进植物生长和形态建成,打破种子休眠,诱 导果实生长,形成单性结实等。啤酒生产中制麦芽时使用赤霉素,可提高麦芽中α-淀粉酶的含量。赤霉素 的基本结构是赤霉素烷。生产上常用的是赤霉素GA3,其结构如右图。 CH3 COOH 赤霉素GA3 三、细胞分裂素 细胞分裂素或称细胞激动素,是泛指具有与激动素有同样生理活性的一类嘌呤衍生物,具有促进细 胞分裂和分化,促进细胞横向增粗,打破休眠,促进座果等生理活性。细胞分裂素存在于植物生长活跃 的部位。主要在根尖和幼果中合成。 激动素(即6-糠氨基嘌呤),是早期在酵母中发现的化合物。玉米素是从受精15天的玉米种子中分离 到的化合物,它们都是6氨基嘌呤的衍生物。细胞分裂素的基本结构如右图。 HN一R1 细胞分裂素: 激动素R1 玉米素R1 CH,OH 四、脱落酸 脱落素(简称ABA亦称离层酸 159
第二节 植物激素 高等植物激素主要有生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯五类。 一、植物生长素 天然植物激素中最普遍存在的植物生长素为吲哚乙酸(简称 IA 或 IAA)。生长素存在于 植物生长旺盛的部位，最促进植物细胞的伸长。但不同的器官所需的最适浓度不同，扦插植物时用它处 理后可提高存活率。在农业上广泛使用的多为合成的植物生长素，这些生长素包括萘乙酸(简称 NAA)； 2,4-二氯苯氧乙酸(简称 2,4-D)等等。生长素的结构如右图示。 N H CH2COOH 吲哚乙酸(IAA) 二、赤霉素 目前已发现有 40 多种赤霉素。在高等植物所有器官和组织中几乎都能发现有赤霉素活性物质的存 在，但赤霉素主要是在幼叶幼果及根尖中合成。赤霉素能促进植物生长和形态建成，打破种子休眠，诱 导果实生长，形成单性结实等。啤酒生产中制麦芽时使用赤霉素，可提高麦芽中α-淀粉酶的含量。赤霉素 的基本结构是赤霉素烷。生产上常用的是赤霉素GA3 ，其结构如右图。 CH3 HO O O CH2 OH 赤霉素GA3 COOH 三、细胞分裂素 细胞分裂素或称细胞激动素，是泛指具有与激动素有同样生理活性的一类嘌呤衍生物，具有促进细 胞分裂和分化，促进细胞横向增粗，打破休眠，促进座果等生理活性。细胞分裂素存在于植物生长活跃 的部位。主要在根尖和幼果中合成。 激动素(即 6-糠氨基嘌呤)，是早期在酵母中发现的化合物。玉米素是从受精 15 天的玉米种子中分离 到的化合物，它们都是 6-氨基嘌呤的衍生物。细胞分裂素的基本结构如右图。 HN R1 O CH2OH 细胞分裂素： 激动素 R1 = R1 玉米素 = N N N H N 四、脱落酸 脱落素(简称 ABA)亦称离层酸。 159
年幼的绿色植物组织中,同时有脱落酸、赤霉素及细胞分裂素,而在衰老和休眠的器官中,只有脱 落酸单独存在。脱落酸是植物生长抑制剂,可促使植物离层细胞成熟,从而引起器官脱落,其结构如 右 它与赤霉素有拮抗作用。 COOH 脱落酸 五、乙烯 乙烯是高等植物体内正常代谢的产物。乙烯的生理作用是降低生长速度。促进果实成 熟、促进细胞径向生长而抑制纵向生长,诱导种子萌发,促进器官脱落等效应。生产实践上利用2-氯乙 基膦(商品名为乙烯利)作为乙烯发生剂进行水果的催熟 生长素、赤霉素和细胞分裂素都有向基运输的特性。 各植物激素间的相对比例对植物的生长发育具有重要影响。如生长素/细胞分裂素比值高时,利于根 的分化:比值低时利于芽的形成;比值中等时,则产生愈伤组织。该现象广泛应用于植物细胞和组织培 养中 第三节激素的作用原理 激素的作用机理概括起来主要有四种 一、cAMP级联放大作用 这种方式反应快(几分钟),通过生成cAMP而立刻作用于机体组织。大部分含氮激素都以这种方式起 作用,如肾上腺素及胰高血糖素。这类激素常引起多种生理效应。 细胞外液8细胞内区域 腺甘酸环化酶 CAMP 第二信使) 特异受体G (第一信使) 5 AMPCAMI磷酸二酷酶 细胞内膜8细胞外膜 引起酶活性、细胞通透性变 化以及激素的各种其他效应 图7-3激素通过cAMP起作用示意图 各种含氮激素作为第一信使与受它作用的细胞(靶细胞)膜中的特异受体结合,随即触发已结合在特 异受体上的G蛋白(一种结合鸟苷酸的蛋白,与激素的受体偶联)与GTP生成G蛋白GTP。G蛋白即激活性 G蛋白,是一个界面蛋白,处于细胞膜内缘,它变动于它的GDP形式(对环化酶无活性)及它的GTP形式(有 活性)之间。无激素时,G蛋白都处于无活性的GDP形式。激素-受体复合物催化的Gs蛋白的活化是cAMP 级联放大效应中的关键性步骤。G蛋白激活cAMP环化酶催化ATP形成cAMP。作为第二信使的cAMP经 系列相关反应一一级联放大,即先激活细胞内的蛋白激酶,再进一步诱发各种功能单位产生相应的反 应,cAMP起着信息传递和放大的作用,cGMP则逆转cAMP的作用。激素的这种作用方式称为第二信使学 说,示意如图7-3。细胞内cAMP的浓度取决于腺苷酸环化酶和cAMP磷酸二酯酶的相对活力比。 cAMP及cGMP分别具有放大及缩小激素作用的功能。 一些G蛋白参与的生理过程于表7-1。 表71G蛋白参与的一些生理过程
年幼的绿色植物组织中，同时有脱落酸、赤霉素及细胞分裂素，而在衰老和休眠的器官中，只有脱 落酸单独存在。脱落酸是植物生长抑制剂，可促使植物离层细胞成熟，从而引起器官脱落，其结构如 右。 它与赤霉素有拮抗作用。 OH O COOH 脱落酸 五、乙烯 乙烯是高等植物体内正常代谢的产物。乙烯的生理作用是降低生长速度。促进果实成 熟、促进细胞径向生长而抑制纵向生长，诱导种子萌发，促进器官脱落等效应。生产实践上利用 2-氯乙 基膦(商品名为乙烯利)作为乙烯发生剂进行水果的催熟。 生长素、赤霉素和细胞分裂素都有向基运输的特性。 各植物激素间的相对比例对植物的生长发育具有重要影响。如生长素/细胞分裂素比值高时，利于根 的分化；比值低时利于芽的形成；比值中等时，则产生愈伤组织。该现象广泛应用于植物细胞和组织培 养中。 第三节 激素的作用原理 激素的作用机理概括起来主要有四种。 一、cAMP 级联放大作用 这种方式反应快(几分钟)，通过生成 cAMP 而立刻作用于机体组织。大部分含氮激素都以这种方式起 作用，如肾上腺素及胰高血糖素。这类激素常引起多种生理效应。 细胞外液 细胞内区域 腺甘酸环化酶 激素 特异受体 G蛋白 (第一信使) 5＇-AMP cAMP磷酸二酯酶 PPi ATP cAMP (第二信使) 引起酶活性、细胞通透性变 化以及激素的各种其他效应 细胞内膜 细胞外膜 图7-3 激素通过cAMP起作用示意图 各种含氮激素作为第一信使与受它作用的细胞(靶细胞)膜中的特异受体结合，随即触发已结合在特 异受体上的G蛋白(一种结合鸟苷酸的蛋白，与激素的受体偶联)与GTP生成Gs 蛋白-GTP。Gs 蛋白即激活性 G蛋白，是一个界面蛋白，处于细胞膜内缘，它变动于它的GDP形式(对环化酶无活性)及它的GTP形式(有 活性)之间。无激素时，Gs 蛋白都处于无活性的GDP形式。激素-受体复合物催化的Gs 蛋白的活化是cAMP 级联放大效应中的关键性步骤。Gs 蛋白激活cAMP环化酶催化ATP形成cAMP。作为第二信使的cAMP经一 系列相关反应——级联放大，即先激活细胞内的蛋白激酶，再进一步诱发各种功能单位产生相应的反 应，cAMP起着信息传递和放大的作用，cGMP则逆转cAMP的作用。激素的这种作用方式称为第二信使学 说，示意如图 7-3。细胞内cAMP的浓度取决于腺苷酸环化酶和cAMP磷酸二酯酶的相对活力比。 cAMP 及 cGMP 分别具有放大及缩小激素作用的功能。 一些 G 蛋白参与的生理过程于表 7-1。 表 7-1 G 蛋白参与的一些生理过程 160
刺激物 G蛋白 效应子 生理效应 肾上腺素 β-肾上腺素受体 腺苷酸环化 糖原降解 5-羟色胺 5-羟色胺受体 腺苷酸环化酶 行为敏感性及学习过程 光 视紫质 传导素 cGMP磷酸二酯酶视觉激动作用 gE抗原复合物肥大细胞的lgE受体G(未确定)磷酯酶C f蛋氨酸肽 化学趋向性受体 G(未确定)磷酯酶C 化学趋向性 乙酰胆碱 蕈毒碱受体 减慢起搏活 磷酸肌醇级联放大作用 激素通过结合到细胞表面的激素受体上,激活G蛋白,G蛋白开启磷酸肌醇酶的催化活性,在磷酸肌 醇催化下先产生二酰基甘油和肌醇三磷酸。二酰基甘油进一步活化蛋白激酶C,促使靶蛋白质中的苏氨酸 残基与丝氨酸残基磷酸化,最终改变一系列酶的活性;肌醇三磷酸则打开Ca2通道,升高细胞质内Ca2浓 度,改变钙调蛋白和其他的钙传感器的构象,使之变得更易于与其他靶蛋白质结合,改变靶蛋白质的构 象,使靶蛋白质的生物活性发生变化,从而完成激素的磷酸肌醇极联放大,在多种细胞内产生广泛的生 理效应。 三、酶的激活作用 激素结合到酪氨酸激酶受体上激活催化活性,使受体本身的酪氨酸残基磷酸化。受体中酪氨酸的磷 酸化又进一步促进酪氨酸激酶的活性。因此,很可能激素的多倍效应的调节,是通过激素对所作用细胞 靶蛋白质中的酪氨酸残基进行磷酸化作用而实现的。 胰岛素就是这样起作用的。表皮生长因子(即EGF)也类似地起作用。现在还发现许多致癌基因也如 此:几种致癌基因的蛋白产物或具有酪氨酸激酶活性或触发这个级联放大过程 四、基因表达作用 通过基因表达的作用方式反应慢(几小时甚至几天)。激素进入靶细胞后作用于细胞核。其激素受体 是结合DNA的某些蛋白质。一旦激素结合到受体上,受体就转变成一种转录的增强子,也称转录增强 物。于是特定的基因就得到扩增地表达。由于这种作用是通过基因转录形成mRNA而实现的,因此作用 过程较慢。 固醇类激素(如雌二醇、孕激素及皮质激素——糖皮质激素、醛甾酮等)及少数含氮激素即以这种方 式作用于机体。 胰岛素则可能兼有不只一种作用方式,它对膈肌作用极快,几分钟就增加对葡萄糖的通透性,而对 蛋白质合成则作用极慢,经达24h才表现出刺激作用 第四节细胞内信使 磷酸肌醇级联放大作用的细胞内信使P3和DAG 动物机体受到刺激后,发生一系列生理生化反应。磷酸肌醇级联放大与腺苷酸环化酶级联放大 样,都可能将许多细胞外的信号转化为细胞内的信号,在许多种细胞内引起广泛的不同反应。 这个级联放大的细胞内信使是磷脂酰肌醇4,-二-磷酸(PIP2)的两个酶解产物:肌醇1,4,5-三磷酸(IP3) 和二酰基甘油(DAG (一)G蛋白的功能,PIP2、IP:、DAG的形成及转变 CDP二酰基甘油与肌醇相互作用,形成磷脂酰肌醇(PI),并释放出CMP。PI是细胞膜 的一种组成部分 CDP 二酰基甘油+肌醇—磷脂酰肌醇(PD+CMP 磷脂酰肌醇又进一步受两分子ATP的磷酸化,形成磷脂酰肌醇4,5-二磷酸
刺 激 物 受 体 G 蛋 白 效 应 子 生 理 效 应 肾上腺素 β-肾上腺素受体 Gs 腺苷酸环化酶 糖原降解 5-羟色胺 5-羟色胺受体 Gs 腺苷酸环化酶 行为敏感性及学习过程 光 视紫质 传导素 cGMP 磷酸二酯酶 视觉激动作用 Ig E-抗原复合物 肥大细胞的 IgE 受体 G(未确定) 磷酯酶 C 分泌 f-蛋氨酸肽 化学趋向性受体 G(未确定) 磷酯酶 C 化学趋向性 乙酰胆碱 蕈毒碱受体 GK K+ 通道 减慢起搏活动 二、磷酸肌醇级联放大作用 激素通过结合到细胞表面的激素受体上，激活G蛋白，G蛋白开启磷酸肌醇酶的催化活性，在磷酸肌 醇催化下先产生二酰基甘油和肌醇三磷酸。二酰基甘油进一步活化蛋白激酶C，促使靶蛋白质中的苏氨酸 残基与丝氨酸残基磷酸化，最终改变一系列酶的活性；肌醇三磷酸则打开Ca2+ 通道，升高细胞质内Ca2+浓 度，改变钙调蛋白和其他的钙传感器的构象，使之变得更易于与其他靶蛋白质结合，改变靶蛋白质的构 象，使靶蛋白质的生物活性发生变化，从而完成激素的磷酸肌醇极联放大，在多种细胞内产生广泛的生 理效应。 三、酶的激活作用 激素结合到酪氨酸激酶受体上激活催化活性，使受体本身的酪氨酸残基磷酸化。受体中酪氨酸的磷 酸化又进一步促进酪氨酸激酶的活性。因此，很可能激素的多倍效应的调节，是通过激素对所作用细胞 靶蛋白质中的酪氨酸残基进行磷酸化作用而实现的。 胰岛素就是这样起作用的。表皮生长因子(即 EGF)也类似地起作用。现在还发现许多致癌基因也如 此：几种致癌基因的蛋白产物或具有酪氨酸激酶活性或触发这个级联放大过程。 四、基因表达作用 通过基因表达的作用方式反应慢(几小时甚至几天)。激素进入靶细胞后作用于细胞核。其激素受体 是结合 DNA 的某些蛋白质。一旦激素结合到受体上，受体就转变成一种转录的增强子，也称转录增强 物。于是特定的基因就得到扩增地表达。由于这种作用是通过基因转录形成 mRNA 而实现的，因此作用 过程较慢。 固醇类激素(如雌二醇、孕激素及皮质激素 ——糖皮质激素、醛甾酮等)及少数含氮激素即以这种方 式作用于机体。 胰岛素则可能兼有不只一种作用方式，它对膈肌作用极快，几分钟就增加对葡萄糖的通透性，而对 蛋白质合成则作用极慢，经达 24h 才表现出刺激作用。 第四节 细胞内信使 一、磷酸肌醇级联放大作用的细胞内信使IP3 和DAG 动物机体受到刺激后，发生一系列生理生化反应。磷酸肌醇级联放大与腺苷酸环化酶级联放大一 样，都可能将许多细胞外的信号转化为细胞内的信号，在许多种细胞内引起广泛的不同反应。 这个级联放大的细胞内信使是磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸(PIP2 )的两个酶解产物：肌醇 1,4,5-三磷酸(IP3 ) 和二酰基甘油(DAG)。 （一）G蛋白的功能，PIP2 、IP3、 DAG的形成及转变 CDP-二酰基甘油与肌醇相互作用，形成磷脂酰肌醇(PI)，并释放出 CMP。PI 是细胞膜 的一种组成部分： CDP-二酰基甘油 + 肌醇 磷脂酰肌醇(PI) + CMP 磷脂酰肌醇又进一步受两分子 ATP 的磷酸化，形成磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸。 161
0-CH 2ATP 2ADP R-C-O-CH OH R2C一0—CH OH HO R2C—0—CH2 OH HO OH PI(磷脂酰肌醇) PIP2(磷脂酰4,5-二磷酸) R:常为花生四烯酸R2:常为硬脂酸 激素如5-羟色胺,结合到细胞表面的受体上,引起结合在膜上的磷酸肌醇酶活化。此酶又称为磷脂 酶C或磷酸肌醇磷酸二酯酶。它催化连接磷脂酰肌醇单位与酰基化甘油的磷酸-酯键水解,使PIP2裂解成 IP3及DAG 肌醇 (肌醇1,4,5-三磷酸 o一打开°通道 CH,OCOR H2 O H,C- CH,OH (二酰基甘油) HH ADP+PPi+CMP 2ATP G蛋白参与这个过程,在活化的受体与磷酸肌醇酶之间传递信息,开启酶的活性 IP3和DAG是磷酸肌醇级联放大的两个细胞内信使。 IP3是一个短寿命的信使,只维持几秒钟。它可以在三个磷酸酶的顺次作用下水解形成肌醇。 DAG一方面可以被磷酸化,形成磷脂酸,此磷脂酸再与CTP反应,生成CDP-二酰基甘油磷酸。另一 方面,它可以被水解,生成甘油以及两个参与组成DAG的脂肪酸。通常,PIP2分子中占据在甘油部分的 2-位上是一个二十碳的不饱和脂肪酸—一花生四烯酸,它是一系列前列腺激素的前体。因此,由磷酸肌醇 的代谢途径产生出许多分子,这些分子具有信号作用。 DAG 少磷脂酸CD三酰基甘油P (二酰基甘油) 磷脂酰基醇) (二)IP3和DAG的作用 IP3打开细胞内部膜结构上的Ca2释放到细胞质中,引起一系列效应,例如平滑肌收缩 等 将IP3由微注射加到细胞内或将P3加到其细胞膜已经受过处理可以通透的细胞外面之后,发现Ca2 从细胞内贮藏所一内质网以及肌肉中的肌质网中迅速地释放出来,致使细胞质中Ca2+水平升高,由此 又触发许多过程,例如平滑肌收缩以及糖原裂解和胞吐现象等。微摩尔(moM)水平以上的IP3可使Ca2从 细胞内的贮藏所,通过直接打开内质网膜和肌质网膜上的钙通道移出到细胞质中 DAG激活蛋白激酶C。活性蛋白激酶C将存在于许多种靶蛋白质中的丝氨酸残基和苏氨酸残基磷酸 化,从而改变这些靶蛋白质的生物活性,失活或活化。例如糖原合成酶被蛋白激酸C磷酸化后,停止合 成
P C O CH O H2C C O CH2 O R2 2ATP 2ADP PI(磷脂酰肌醇) PIP2(磷脂酰4,5-二磷酸) R1:常为花生四烯酸 R2:常为硬脂酸 OH OH OH HO OH R1 P P C O CH O H2C C O CH2 O R2 OH OH HO R1 P 激素如 5-羟色胺，结合到细胞表面的受体上，引起结合在膜上的磷酸肌醇酶活化。此酶又称为磷脂 酶C或磷酸肌醇磷酸二酯酶。它催化连接磷脂酰肌醇单位与酰基化甘油的磷酸二酯键水解，使PIP2 裂解成 IP3 及DAG。 P R'OCOCH CH2 CH2OCOR 1 H H OH OH HO H P P 5 4 1 H H OH OH HO H 5 4 H H H2O 肌醇 3Pi 打开Ca2+通道 PIP2 (磷脂酰肌醇4,5-二磷酸) IP3 (肌醇1,4,5-三磷酸) H2C C H CH2OH O C R O O C R' O 活化蛋白激酶C DAG (二酰基甘油) ADP+PPi+CMP PI 2ADP 2ATP P P P 磷酸酶 ATP+CTP+肌醇 G 蛋白参与这个过程，在活化的受体与磷酸肌醇酶之间传递信息，开启酶的活性。 IP3 和DAG是磷酸肌醇级联放大的两个细胞内信使。 IP3 是一个短寿命的信使，只维持几秒钟。它可以在三个磷酸酶的顺次作用下水解形成肌醇。 DAG一方面可以被磷酸化，形成磷脂酸，此磷脂酸再与CTP反应，生成CDP-二酰基甘油磷酸。另一 方面，它可以被水解，生成甘油以及两个参与组成DAG的脂肪酸。通常，PIP2 分子中占据在甘油部分的 2-位上是一个二十碳的不饱和脂肪酸——花生四烯酸，它是一系列前列腺激素的前体。因此，由磷酸肌醇 的代谢途径产生出许多分子，这些分子具有信号作用。 PI ATP ADP CTP PPi C M P DAG (二酰基甘油) 磷脂酸 CDP-二酰基甘油磷酸 (磷脂酰基醇) 肌 醇 （二）IP3和DAG的作用 IP3打开细胞内部膜结构上的Ca2+释放到细胞质中，引起一系列效应，例如平滑肌收缩 等。 将IP3 由微注射加到细胞内或将IP3 加到其细胞膜已经受过处理可以通透的细胞外面之后，发现Ca2+ 从细胞内贮藏所——内质网以及肌肉中的肌质网中迅速地释放出来，致使细胞质中Ca2+ 水平升高，由此 又触发许多过程，例如平滑肌收缩以及糖原裂解和胞吐现象等。微摩尔(µmol/L)水平以上的IP3 可使Ca2+从 细胞内的贮藏所，通过直接打开内质网膜和肌质网膜上的钙通道移出到细胞质中。 DAG 激活蛋白激酶 C。活性蛋白激酶 C 将存在于许多种靶蛋白质中的丝氨酸残基和苏氨酸残基磷酸 化，从而改变这些靶蛋白质的生物活性，失活或活化。例如糖原合成酶被蛋白激酸 C 磷酸化后，停止合 成糖原。 162
在P3作用下,细胞质中Ca2+水平升高,Ca2水平的升高进一步促使糖原合成酶活性升高。然而,蛋 白激酶C的作用却使P3诱导增高糖原磷酸化酶活性的过程适宜地终止。事实上,DAG与P3的大部分效应 是协同的。 蛋白激酶C只在Ca离子存在,并且有磷脂酰丝氨酸存在时,才具有酶促活性。二酰基甘油激活蛋白 激酶C的实际机理是:由于DAG大幅度增加了蛋白激酶C对于Ca2+的亲合性,因此使得蛋白激酶C能在 Ca2离子的生理水平上被活化。蛋白激酶C是一个7Kd的酶,具有一个催化结构域及一个调节结构域。 DAG结合到蛋白激酶C上,逆转酶调节域造成的抑制作用,使酶能发挥其催化活性。 蛋白激酶C在控制细胞的分裂和增殖方面具有重要作用 、细胞内信使钙调蛋白(CaM)和Ca2 100年前就已发现只有在含Ca的循环溶液中离体的蛙心才能继续搏动,以后几十年内人们陆续地 发现细胞收缩、胞吐、胞饮、糖原代谢、神经递质释放、染色体运动,乃至细胞死亡等都与Ca2+有关 细胞内Ca离子的浓度可以大幅度地发生变化。所有的细胞均有排挤Ca2的运输系统。在未被激动 的细胞内,细胞质中Ca2+的经典浓度为0 I umol/L,比外环境中的浓度低几个数量级。这种十分悬殊的浓度 差为细胞内膜提供了接受信号的机会。为了达到传递信号的目的,可以瞬间内打开细胞膜中的或细胞内 膜中的钙通道,骤然地升高细胞质中的Ca2水平。 Ca2+还具有第二个特点,使它成为极其合适的细胞内信使:带负电荷的氧(来自于谷氨酸和天冬氨酸 侧链)和不带电荷的氧(主链羰基上的都能很好地与Ca2结合或络合。Ca2具有可以与多个配体—6至8 个氧原子进行络合的能力,使Ca2能够和蛋白质分子不同片断发生交联,并使它能够诱导蛋白质发生巨 大的构象改变。而且,Ca2+的结合具有高度的选择性。 钙调蛋白(CaM),是钙传染器家族——结合钙的蛋白质中的一种约17kd的成员,它存在于几乎所有 的真核细胞中,对于任何微量的钙都能敏感地捕获。牛脑CaM是一条由148个氨基酸残基组成的多肽 链,分子内有四个可以结合钙离子的结构域 CaM是酸性蛋白质,等电点为40,近1/3的氨基酸是酸性的谷氨酸和天冬氨酸;不含有易氧化的 Iyr、Cys,因此分子相当稳定,特别耐热。l90℃下可以保留完全的活性;缺乏二硫键及羟脯氨酸。钙调 蛋白的一级结构在进化上呈现很强的保守性:不同真核生物的CaM与脊椎动物的CaM相比,也只有11 个氨基酸残基被取代,1个缺失 CaM的二级结构是两个类似的球状叶片通过一段肽链的连接而组成整个分子。在每一个球叶中都含 有两个Ca2+结合位点。但只有一个球叶中的两个Ca2结合位点对Ca2+具有很高的亲合性,而另一个球叶对 Ca2亲合性较低。 钙调蛋白只有在结合Ca2,形成Ca2-CaM复合物后,才有生物活性。Ca2caM复合物可以两种方式 调节代谢:(1)直接地与靶酶起作用;(2通过活化依赖于Ca2CaM复合物的蛋白激酶起作用 已知至少有15种代谢上重要的酶受CaM调节。其中特别重要的是CaM对各种代谢调节剂,如激素(包 括前列腺素)、神经递质、细胞内第二信使( CAMP. Ca2)等的直接或间接的调控作用。 以上几种代谢调节剂在空间、时间上有互补作用,如激素负责细胞间通迅,Ca2+、cAMP则为细胞内 信使;从时间上来看,激素作用时间在以分、小时,乃至天计算,而环式核苷酸则在秒、分的范围。Ca2 因无需重新合成,适于快速反应,反应时间在亳秒级。 鉴于CaM对这些代谢调节剂所起的修饰作用,亦可称CaM为细胞代谢调控的综合剂。特别是它作为 细胞内Ca2的受体,既调节细胞内Ca2+的浓度,又媒介Ca2+的功能,同时还调节第二信使cAMP的合成与 分解。因此,在第二信使调节体系中,CaM处于中心的地位
在IP3作用下，细胞质中Ca2+ 水平升高，Ca2+ 水平的升高进一步促使糖原合成酶活性升高。然而，蛋 白激酶C的作用却使IP3 诱导增高糖原磷酸化酶活性的过程适宜地终止。事实上，DAG与IP3 的大部分效应 是协同的。 蛋白激酶C只在Ca2+ 离子存在，并且有磷脂酰丝氨酸存在时，才具有酶促活性。二酰基甘油激活蛋白 激酶C的实际机理是：由于DAG大幅度增加了蛋白激酶C对于Ca2+ 的亲合性，因此使得蛋白激酶C能在 Ca2+ 离子的生理水平上被活化。蛋白激酶C是一个 77Kd的酶，具有一个催化结构域及一个调节结构域。 DAG结合到蛋白激酶C上，逆转酶调节域造成的抑制作用，使酶能发挥其催化活性。 蛋白激酶 C 在控制细胞的分裂和增殖方面具有重要作用。 二、细胞内信使钙调蛋白(Ca M)和Ca2+ 100 年前就已发现只有在含Ca2+ 的循环溶液中离体的蛙心才能继续搏动，以后几十年内人们陆续地 发现细胞收缩、胞吐、胞饮、糖原代谢、神经递质释放、染色体运动，乃至细胞死亡等都与Ca2+ 有关。 细胞内Ca2+ 离子的浓度可以大幅度地发生变化。所有的细胞均有排挤Ca2+ 的运输系统。在未被激动 的细胞内，细胞质中Ca2+ 的经典浓度为 0.1µmol/L,比外环境中的浓度低几个数量级。这种十分悬殊的浓度 差为细胞内膜提供了接受信号的机会。为了达到传递信号的目的，可以瞬间内打开细胞膜中的或细胞内 膜中的钙通道，骤然地升高细胞质中的Ca2+ 水平。 Ca2+ 还具有第二个特点，使它成为极其合适的细胞内信使：带负电荷的氧(来自于谷氨酸和天冬氨酸 侧链)和不带电荷的氧(主链羰基上的)都能很好地与Ca2+结合或络合。Ca2+ 具有可以与多个配体——6 至 8 个氧原子进行络合的能力，使Ca2+ 能够和蛋白质分子不同片断发生交联，并使它能够诱导蛋白质发生巨 大的构象改变。而且，Ca2+ 的结合具有高度的选择性。 钙调蛋白(CaM)，是钙传染器家族——结合钙的蛋白质中的一种约 17kd 的成员，它存在于几乎所有 的真核细胞中，对于任何微量的钙都能敏感地捕获。牛脑 CaM 是一条由 148 个氨基酸残基组成的多肽 链，分子内有四个可以结合钙离子的结构域。 CaM 是酸性蛋白质，等电点为 4.0，近 1/3 的氨基酸是酸性的谷氨酸和天冬氨酸；不含有易氧化的 Tyr、Cys，因此分子相当稳定，特别耐热。190℃下可以保留完全的活性；缺乏二硫键及羟脯氨酸。钙调 蛋白的一级结构在进化上呈现很强的保守性：不同真核生物的 CaM 与脊椎动物的 CaM 相比，也只有 11 个氨基酸残基被取代，1 个缺失。 CaM的二级结构是两个类似的球状叶片通过一段肽链的连接而组成整个分子。在每一个球叶中都含 有两个Ca2+结合位点。但只有一个球叶中的两个Ca2+结合位点对Ca2+具有很高的亲合性，而另一个球叶对 Ca2+亲合性较低。 钙调蛋白只有在结合Ca2+，形成Ca2+•CaM复合物后，才有生物活性。Ca2+•CaM复合物可以两种方式 调节代谢：(1)直接地与靶酶起作用；(2)通过活化依赖于Ca2+•CaM复合物的蛋白激酶起作用。 已知至少有 15 种代谢上重要的酶受CaM调节。其中特别重要的是CaM对各种代谢调节剂，如激素(包 括前列腺素)、神经递质、细胞内第二信使(cAMP,Ca2+）等的直接或间接的调控作用。 以上几种代谢调节剂在空间、时间上有互补作用，如激素负责细胞间通迅，Ca2+、cAMP则为细胞内 信使；从时间上来看，激素作用时间在以分、小时，乃至天计算，而环式核苷酸则在秒、分的范围。Ca2+ 因无需重新合成，适于快速反应，反应时间在毫秒级。 鉴于CaM对这些代谢调节剂所起的修饰作用，亦可称CaM为细胞代谢调控的综合剂。特别是它作为 细胞内Ca2+的受体，既调节细胞内Ca2+的浓度，又媒介Ca2+的功能，同时还调节第二信使cAMP的合成与 分解。因此，在第二信使调节体系中，CaM处于中心的地位。 163
