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Biology / hormone

激素

激素是生物体内的化学信使,协调细胞活动、生长、代谢、生殖及对环境变化的反应。

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细胞分子新陈代谢稳态胰腺胰岛素神经递质氨基酸激素

激素是由活的细胞产生的信号分子,通过特异性受体改变靶细胞的活动。在动物中,典型的激素会进入血液循环并作用于远处的部位,是内分泌系统的组成部分。激素调节生长、生殖、代谢和稳态,通常在极低浓度下就能发挥作用。这个术语也包括植物激素;植物没有以血液为基础的循环系统,但植物激素同样能协调发育和对环境的反应。激素的定义依据其信号传递作用,而非某一种化学结构。(openstax.org)

来源与信息传递方式

动物的内分泌腺将激素释放到周围的组织液中,而不是通过导管排出。随后,激素进入血液循环。主要的激素来源包括垂体、甲状腺、甲状旁腺、肾上腺和松果体。其他一些器官在承担不同功能的同时,也具有内分泌功能:例如,胰腺既产生消化液,也产生胰岛素和胰高血糖素。心脏、肾脏、胃肠道、卵巢和睾丸也含有产生激素的细胞。(openstax.org)

内分泌信号传递不同于旁分泌和自分泌信号传递:旁分泌中的信使作用于邻近细胞,自分泌中的信使则作用于分泌它的细胞本身。同一种物质可以参与不止一种信号传递方式。同样,激素与神经递质的区别,也部分取决于其释放方式和作用部位。神经系统与内分泌系统的信息传递相互整合,尤其是通过下丘脑和垂体实现。两者的作用在时间特征上有所不同,但激素引发的反应并不总是缓慢的。(openstax.org)

化学分类

大多数常见的动物激素属于以下三大化学类别:

  • 肽类和蛋白质类激素由氨基酸链组成,例如胰岛素、生长激素和催产素。其中许多先以较大的前体形式合成,再经过加工,储存在分泌囊泡中,并在受到刺激时释放。
  • 类固醇激素由胆固醇合成,包括皮质醇、醛固酮、睾酮、雌二醇和孕酮。它们的脂溶性既影响其在血液中的运输方式,也影响受体的位置。
  • 氨基酸衍生类激素包括肾上腺素等儿茶酚胺,以及甲状腺激素。尽管这些激素都源自氨基酸,但其溶解性和信号传递特性并不相同:儿茶酚胺通常激活细胞表面受体,而甲状腺激素主要通过细胞内受体发挥作用。(openstax.org)

这些类别并未涵盖所有被称为激素的生物信使。尤其是植物激素,包含化学性质各异的化合物,其中还有乙烯这样的气态信使。因此,化学分类有助于解释作用机制,却不能决定某种物质是否具有激素功能。(openstax.org)

受体与细胞效应

靶细胞必须具有相应的受体,以及作出反应所需的细胞内机制。激素作为配体与受体结合,启动信号转导。由于受体亚型和下游通路不同,同一种激素可以在不同组织中产生不同的作用。受体数量的变化也会提高或降低细胞的敏感性。(openstax.org)

水溶性激素通常与细胞膜上的受体结合。这些受体激活细胞内通路,进而改变酶的活性、膜转运、分泌或蛋白质合成。有些通路使用环磷酸腺苷等第二信使来传递和放大信号。信号放大使细胞外相对微弱的激素信号也能引发显著的细胞反应。(openstax.org)

类固醇激素主要通过细胞质或细胞核中的受体发挥作用,而甲状腺激素主要通过核受体发挥作用。激素—受体复合物调节基因表达,影响特定蛋白质的产生。与改变现有酶的活性相比,这类效应可能需要更长时间才能显现,不过,细胞内受体介导的信号传递并不是脂溶性激素唯一的作用机制。(ncbi.nlm.nih.gov)

分泌、运输与反馈

激素浓度反映了分泌、运输、组织摄取和清除等过程的共同影响。许多肽类激素主要以游离形式在血液中循环,而类固醇激素和甲状腺激素则有相当大一部分与载体蛋白结合。结合状态提供了循环中的激素储备,并影响激素的清除。因此,总激素浓度与游离激素浓度相互关联,但不能作为可互换的测量指标。(ncbi.nlm.nih.gov)

激素分泌通常受到负反馈调节。在下丘脑—垂体—肾上腺轴中,下丘脑分泌的促肾上腺皮质激素释放激素促进垂体释放促肾上腺皮质激素,后者刺激皮质醇的产生。皮质醇随后抑制上游的刺激作用。其他调控机制则直接响应受调节变量的变化:例如,胰腺的胰岛素分泌会随血液中葡萄糖水平的变化而改变。正反馈也会发生,例如排卵前与雌激素相关的黄体生成素激增。(ncbi.nlm.nih.gov)

激素的释放可能呈脉冲式,而不是连续不断的。促性腺激素释放激素就是一个重要例子:其脉冲模式参与调节垂体促性腺激素的分泌。因此,一次激素测量所反映的是动态调控系统中某一时刻的状态,而不一定是恒定的生理水平。(ncbi.nlm.nih.gov)

人体生理之外的激素

激素调节广泛存在于整个动物界。在昆虫中,蜕皮甾类激素和保幼激素协调发育与变态发育。因此,激素系统不仅调节成年生物持续进行的各项功能,也调节不同生命阶段之间的转换。(ncbi.nlm.nih.gov)

在植物中,激素的产生分布于不同组织,而不是局限于类似动物内分泌腺的结构。生长素影响生长和定向反应;赤霉素参与茎的伸长和种子萌发;细胞分裂素调节生长与发育;脱落酸参与对干旱的反应;乙烯则促进许多果实的成熟。其他类别还包括油菜素甾醇、茉莉酸类和独脚金内酯。它们的作用取决于组织、发育阶段、浓度以及与其他信号的相互作用。例如,脱落酸促进气孔关闭,从而在水分受限的条件下减少水分流失。(openstax.org)