细胞信息转导 (2)精选课件.ppt

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1、目目 录录关于细胞信息转导(2)第一页，本课件共有47页目目 录录复习与巩固复习与巩固上节课的重点内容上节课的重点内容1.1.掌握基因工程和限制性内切酶的概念；掌握基因工程和限制性内切酶的概念；2.2.掌握限制性内切酶的识别序列的特点。掌握限制性内切酶的识别序列的特点。3.3.掌握转化、转染和转导的区别；掌握转化、转染和转导的区别；4.4.掌握重组掌握重组DNA技术的大致操作过程；技术的大致操作过程；5.5.掌握分子杂交、基因诊断和基因治疗的概念；掌握分子杂交、基因诊断和基因治疗的概念；6.6.掌握掌握PCR的原理和步骤。的原理和步骤。第二页，本课件共有47页目目 录录细胞信息转导细胞信息转导

2、第十五章第十五章Cellular Signal Transduction第三页，本课件共有47页目目 录录概概 述述单细胞生物单细胞生物单细胞生物单细胞生物 直接直接作出反应作出反应多多多多细细细细胞胞胞胞生生生生物物物物 通通过过细细胞胞间间复复杂杂的的信信号号传传递递系系统来统来传递传递信息，从而信息，从而调控调控机体活动。机体活动。外界环境变化时外界环境变化时cellcellcellcellcellcellss s第四页，本课件共有47页目目 录录细胞间信息细胞间信息传递传递传递传递方式方式方式方式:通过相邻细胞的通过相邻细胞的直接接触直接接触（如：接触抑制）（如：接触抑制）通通过过细细

3、胞胞分分分分泌泌泌泌各各种种化化学学物物质质来来调调节节自自身身或或其其他他细胞的细胞的代谢代谢和和功能功能 具有调节细胞生命活动的化学物质称为具有调节细胞生命活动的化学物质称为信号分子信号分子第五页，本课件共有47页目目 录录跨膜信号跨膜信号转导转导的一般步骤的一般步骤特定的细胞释放信息物质特定的细胞释放信息物质信息物质经扩散或血循环到达靶细胞信息物质经扩散或血循环到达靶细胞与靶细胞的受体特异性结合与靶细胞的受体特异性结合受体对信号进行转换并启动细胞受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统内信使系统靶细胞产生生物学效应靶细胞产生生物学效应信号分子信号分子经过各经过各种相关成分跨膜种相关成分跨膜

4、的级联传递最终的级联传递最终引起生物效应，引起生物效应，这一过程称为这一过程称为信信信信号转导号转导号转导号转导（signal transduction）第六页，本课件共有47页目目 录录信号转导系统信号转导系统(signal transduction system)第一信使第一信使 受体受体 第二信使第二信使 效应蛋白效应蛋白 效应蛋白效应蛋白第一节第一节 信息物质信息物质第七页，本课件共有47页目目 录录 一、细胞间信息分子：一、细胞间信息分子：第一信使细胞细胞外外信号分子是指由特定细胞释放信号分子是指由特定细胞释放的各种对靶细胞有调节信号作用的化学物的各种对靶细胞有调节信号作用的化学物质

5、。质。cellcellcellcell(一一)定义定义:第八页，本课件共有47页目目 录录1.神经递质神经递质:又称突触分泌信号又称突触分泌信号(synaptic signal)突触分泌方式突触分泌方式突触分泌方式突触分泌方式特点特点由由神经元细胞神经元细胞分泌；分泌；通过通过突触间隙突触间隙到达下一个神经细胞；到达下一个神经细胞；作用时间较短。作用时间较短。例如：例如：乙酰胆碱、去甲肾上腺素等乙酰胆碱、去甲肾上腺素等(二二)分分 类类:第九页，本课件共有47页目目 录录2.2.内分泌激素内分泌激素:又称内分泌信号又称内分泌信号(endocrine signal)内分泌方式内分泌方式特点特点:

6、由特殊分化的由特殊分化的内分泌细胞内分泌细胞分泌；分泌；通过通过血液循环血液循环血液循环血液循环到达靶细胞；到达靶细胞；大多数作用时间较长。大多数作用时间较长。例如例如:胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等第十页，本课件共有47页目目 录录按内分泌激素的化学组成分为按内分泌激素的化学组成分为:含氮激素含氮激素含氮激素含氮激素:如如肾上腺素、甲状腺、肾上腺素、甲状腺、促甲状腺激素促甲状腺激素 、胰高血糖、胰高血糖素、胰岛素、生长激素等素、胰岛素、生长激素等 类固醇激素类固醇激素:如如如如性激素、皮质醇、醛固酮等性激素、皮质醇、醛固酮等 按激素受体的分布部位按激素受体的分布部位

7、 ：胞胞内内受体激素受体激素:甲状腺素、类固醇激素甲状腺素、类固醇激素 VA VD VA VD 胞胞胞胞膜膜受体激素受体激素受体激素受体激素:除甲状腺素外其他的含氮激素除甲状腺素外其他的含氮激素 第十一页，本课件共有47页目目 录录3.局部化学介质局部化学介质:又称又称旁分泌信号旁分泌信号(paracrine signal 旁分泌方式旁分泌方式特点特点:由体内某些由体内某些普通细胞普通细胞分泌；分泌；不进入血循环不进入血循环,通过通过扩散作用扩散作用到达附近的靶到达附近的靶细胞；细胞；一般作用时间较短。一般作用时间较短。例如例如:生长因子、细胞因子、前列腺素等。生长因子、细胞因子、前列腺素等。

8、第十二页，本课件共有47页目目 录录4.4.气体信号气体信号:例如例如:*NO合酶（合酶（NOS）通过氧化）通过氧化L-精氨酸的胍基而精氨酸的胍基而产生产生NO*血红素单加氧酶氧化血红素产生的血红素单加氧酶氧化血红素产生的CO 第十三页，本课件共有47页目目 录录5.5.其他其他:有些细胞间信息物质能对同种细胞或分泌有些细胞间信息物质能对同种细胞或分泌细胞自身起调节作用，称为细胞自身起调节作用，称为自分泌信号自分泌信号(autocrine signal)自分泌方式自分泌方式自分泌方式自分泌方式有些细胞间信息物质可在不同的个体间有些细胞间信息物质可在不同的个体间传递信息，如昆虫的性激素。传递信息

9、，如昆虫的性激素。还包括还包括引起视觉、嗅觉、味觉、触觉的光引起视觉、嗅觉、味觉、触觉的光线信号、气味、味道分子等成分线信号、气味、味道分子等成分第十四页，本课件共有47页目目 录录（一一）第二信使）第二信使 肽类激素等第一信使不能透过细胞膜，其信号肽类激素等第一信使不能透过细胞膜，其信号通过通过质膜受体质膜受体质膜受体质膜受体介导，能激活细胞内产生其它传递信介导，能激活细胞内产生其它传递信号的小分子，这些小分子信号物质称为号的小分子，这些小分子信号物质称为第二信使第二信使第二信使第二信使（second messenger）能能转换转换、放大胞外、放大胞外调节调节信号；信号；能在能在细细胞内胞

10、内扩扩散；散；其直接作用是改其直接作用是改变变信号信号转导转导酶酶或离子通道活性，或离子通道活性，可以最可以最终终引起引起细细胞生物效胞生物效应应。特点特点:定义定义:二、细胞内信息分子二、细胞内信息分子第十五页，本课件共有47页目目 录录化学性质化学性质:无机离子：如无机离子：如 Ca2+脂类衍生物：如脂类衍生物：如 DAG糖类衍生物：如糖类衍生物：如 IP3核苷酸：如核苷酸：如 cAMP、cGMP信号蛋白分子信号蛋白分子第十六页，本课件共有47页目目 录录（二）信号转导酶类及蛋白质（二）信号转导酶类及蛋白质作为信号转导组分的特异酶类，称作为信号转导组分的特异酶类，称信号转导酶类信号转导酶类

11、信号转导酶类信号转导酶类受体酶受体酶：如生长因子膜受体具有蛋白酪氨酸激酶活性。如生长因子膜受体具有蛋白酪氨酸激酶活性。可溶性酶可溶性酶：某些酶类相互偶联，一种酶既是上游某些酶类相互偶联，一种酶既是上游信号酶信号酶信号酶信号酶 的底物，又可作用于下游的底物，又可作用于下游信号分子。信号分子。信号分子。信号分子。作用作用作用作用：蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化是信号转导的最重要作用方式，是信号转导的最重要作用方式，酶反应特异、高效催化多个底物分子转变，酶反应特异、高效催化多个底物分子转变，形成形成逐级放大的逐级放大的信号转导级联系统信号转导级联系统第十七页，本课件共有47页目目 录录（三）靶细胞生物效应

12、（三）靶细胞生物效应信号信号信号信号靶细胞靶细胞靶细胞靶细胞代谢变化代谢变化代谢变化代谢变化离子通道或载离子通道或载离子通道或载离子通道或载体蛋白变化体蛋白变化体蛋白变化体蛋白变化基因表达变化基因表达变化基因表达变化基因表达变化信号转导特点：信号转导特点：信号转导特点：信号转导特点：特异性，放大性，时效性，整合性特异性，放大性，时效性，整合性特异性，放大性，时效性，整合性特异性，放大性，时效性，整合性第十八页，本课件共有47页目目 录录能与受体呈特异性结合的生物活性分子则能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称称 配体配体 (ligand)(ligand)。受体受体:是细胞是细胞膜膜上或细胞上或

13、细胞内内能特异识别生物活性能特异识别生物活性分子并与之结合的成分，它能把识别和接受的信号正分子并与之结合的成分，它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。应的特殊蛋白质，个别是糖脂。第二节第二节 受受 体体第十九页，本课件共有47页目目 录录单跨膜受体单跨膜受体酪氨酸蛋白激酶受体型酪氨酸蛋白激酶受体型酪氨酸蛋白激酶受体型酪氨酸蛋白激酶受体型酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶非非非非受体型受体型受体型受体型（细胞因子类受体）（细胞因子类受体）（细胞因子类受体）（细胞因子类受

14、体）鸟苷酸环化酶活性受体鸟苷酸环化酶活性受体跨跨膜膜受体受体细胞细胞内内受体受体离子通道受体离子通道受体G蛋白偶联受体蛋白偶联受体受受体体第二十页，本课件共有47页目目 录录根据细胞定位根据细胞定位:一、受体的分类、一般结构与功能一、受体的分类、一般结构与功能存存在在于于细细胞胞质质膜膜上上的的受受体体，绝绝大大部部分分是是镶镶嵌嵌的的糖糖蛋蛋白白。根根据据其其结结构构和和转转换换信信号号的的方方式式又又分分为为三三大大类类：GG蛋蛋蛋蛋白白白白偶偶偶偶联联联联受受受受体体体体，离离子子通通道道受受体体和和单单跨跨膜受体膜受体。（一）膜受体（一）膜受体(membrane receptor)目目

15、 录录第二十一页，本课件共有47页目目 录录1.G 蛋白偶联受体（蛋白偶联受体（GPCR）又称七个跨膜疏水又称七个跨膜疏水 螺旋受体螺旋受体/蛇型受体蛇型受体 (serpentine receptor)G蛋白偶联受体的结构蛋白偶联受体的结构矩型代表矩型代表矩型代表矩型代表 -螺旋，螺旋，螺旋，螺旋，N N端可被糖基化，端可被糖基化，端可被糖基化，端可被糖基化，C C端的半胱氨酸被棕榈酰化。端的半胱氨酸被棕榈酰化。端的半胱氨酸被棕榈酰化。端的半胱氨酸被棕榈酰化。胞内区胞内区胞外区胞外区第二十二页，本课件共有47页目目 录录两种两种G蛋白的活性型和非活性型的互变蛋白的活性型和非活性型的互变蛋白的活

16、性型和非活性型的互变蛋白的活性型和非活性型的互变 G G蛋白蛋白(guanylate binding protein)(guanylate binding protein)是是一一类类和和GTPGTP或或GDPGDP相相结结合合、位位于于细细胞胞膜膜胞胞浆面的外周蛋白，由浆面的外周蛋白，由、三个亚基组成。三个亚基组成。有两种构象：有两种构象：非活化型非活化型非活化型非活化型；活化型活化型第二十三页，本课件共有47页目目 录录 此类受体的信息传递可归纳为此类受体的信息传递可归纳为:激素激素 受体受体蛋白蛋白酶酶 第二信使第二信使蛋白激酶蛋白激酶酶或其他功能蛋白酶或其他功能蛋白 生物学效应生物学效

17、应第二十四页，本课件共有47页目目 录录2.环状受体环状受体 离子通道型受体离子通道型受体 烟碱型乙酰胆碱受体烟碱型乙酰胆碱受体烟碱型乙酰胆碱受体烟碱型乙酰胆碱受体跨膜阳离子通道跨膜阳离子通道跨膜阳离子通道跨膜阳离子通道 -氨基丁酸受体氨基丁酸受体甘氨基受体甘氨基受体甘氨基受体甘氨基受体 阴离子通道阴离子通道阴离子通道阴离子通道烟碱型乙酰胆碱受体结构烟碱型乙酰胆碱受体结构烟碱型乙酰胆碱受体结构烟碱型乙酰胆碱受体结构第二十五页，本课件共有47页目目 录录3.单个跨膜单个跨膜 螺旋受体螺旋受体 含含含含TPKTPK结构域的受体结构域的受体结构域的受体结构域的受体EGF:表皮生长因子表皮生长因子 I

18、GF-1:胰岛素样生长因子胰岛素样生长因子PDGF:血小板衍生生长因子血小板衍生生长因子 FGF:成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子目目 录录第二十六页，本课件共有47页目目 录录与与配配体体结结合合后后具具有有酪酪氨氨酸酸蛋蛋白白激激酶酶活活性性，如如胰胰岛岛素素受受体体 insulin growth factor receptor,IGF-R 表表皮皮生生长长因子受体因子受体(epidermal growth factor receptor,EGF-R)。与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。酶活性，如

19、生长激素受体、干扰素受体。(2)(2)非酪氨酸蛋白激酶受体型（细胞因子类受体）非酪氨酸蛋白激酶受体型（细胞因子类受体）(1)(1)酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体）酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体）酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体）酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体）目目 录录第二十七页，本课件共有47页目目 录录4.鸟嘌呤环化酶（鸟嘌呤环化酶（GC）活性受体）活性受体 胞外胞外 胞内胞内膜受体膜受体PKH GC 具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构 PKH：激酶样结构域：激酶样结构域 GC：鸟苷酸环化酶结构域鸟苷酸环化酶结构域目目 录录心钠素心钠素第二十八页，本课件共有

20、47页目目 录录 受体的结构受体的结构（二）胞（二）胞内内受体受体(intracellular receptor)位位于于细胞浆细胞浆和和细胞核细胞核细胞核细胞核中的受体，全部为中的受体，全部为DNA结合结合蛋白蛋白。高度可变区高度可变区位于位于N端，具有转录活性端，具有转录活性DNA结合区结合区结合区结合区含有锌指结构含有锌指结构激素结合区激素结合区位于位于C端，结合激素、热休克蛋白，端，结合激素、热休克蛋白，使受体二聚化，激活转录使受体二聚化，激活转录铰链区铰链区与转录因子作用和受体向核内转运与转录因子作用和受体向核内转运第二十九页，本课件共有47页目目 录录核受体结构示意图核受体结构示意

21、图目目 录录转录激活域转录激活域（TAD）配体结合域配体结合域（LBD）相关配体相关配体:类固醇激素、甲状腺激素和类固醇激素、甲状腺激素和1，25-二羟维生二羟维生素素D3、视黄酸等、视黄酸等第三十页，本课件共有47页目目 录录 二、受体作用的特点二、受体作用的特点 高度专一性高度专一性 高度亲和力高度亲和力 可饱和性可饱和性 特定的作用模式特定的作用模式可逆性可逆性配体浓度配体浓度受受体体饱饱和和度度（）配体受体结合曲线配体受体结合曲线第三十一页，本课件共有47页目目 录录第第 三三 节节信息的转导途径信息的转导途径 Signal Transduction Pathway第三十二页，本课件共

22、有47页目目 录录 一、膜受体介导的信息传递一、膜受体介导的信息传递cAMP-蛋白激酶蛋白激酶A途径途径 CaCa2+2+钙调蛋白激酶信号途径钙调蛋白激酶信号途径钙调蛋白激酶信号途径钙调蛋白激酶信号途径cGMP-cGMP-蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶G途径途径 酪氨酸蛋白激酶途径酪氨酸蛋白激酶途径核因子核因子 途径途径TGF-TGF-途径途径 环核苷酸依赖型蛋白激酶途径环核苷酸依赖型蛋白激酶途径肌醇磷脂介导的信号途径肌醇磷脂介导的信号途径肌醇磷脂介导的信号途径肌醇磷脂介导的信号途径生长因子细胞因子信号途径生长因子细胞因子信号途径DAG-PKCDAG-PKC信号传递途径信号传递途径信号传递途

23、径信号传递途径第三十三页，本课件共有47页目目 录录（一）（一）cAMP-蛋白激酶途径蛋白激酶途径1.组成组成:胞外信息分子，受体，胞外信息分子，受体，G G蛋白，蛋白，腺苷酸环化腺苷酸环化酶酶 (adenylate cyclase，AC)，cAMP，蛋白激蛋白激酶酶A A(protein kinase A，PKA)第三十四页，本课件共有47页目目 录录2PKA的作用的作用:对代谢的调节作用对代谢的调节作用:通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调节功能。通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调节功能。物质代谢关键酶磷酸化物质代谢关键酶磷酸化物质代谢关键酶磷酸化物质代谢关键酶磷酸化、质膜、质膜、质膜、

24、质膜Ca2通道磷酸化、通道磷酸化、微微丝（微管）蛋白磷酸化、受体磷酸化。丝（微管）蛋白磷酸化、受体磷酸化。第三十五页，本课件共有47页目目 录录 磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶ATP磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶ATP PPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶H2OPPi PKAPKA抑制物抑制物a抑制物抑制物b ATP磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶PPi肾上腺素对糖肾上腺素对糖原代谢的影响原代谢的影响 肾上腺素受体肾上腺素受体 肾上腺素肾上腺素 受体复合物受体复合物激活激活蛋白蛋白 激活激活A

25、CACATPcAMPcAMPPKAPKA 第三十六页，本课件共有47页目目 录录（cAMP-dependent protein kinase，PKA）R：调节亚基调节亚基C：催化亚基催化亚基cAMPcAMPcAMP蛋白激酶蛋白激酶A活性的调节活性的调节RRRR第三十七页，本课件共有47页目目 录录GsACATPcAMPCCRRCC 靶蛋靶蛋 白白 磷磷 酸酸 化化RR 2cAMP2cAMPCREBNPi Pi Pi 转录活化域转录活化域DNA结合域结合域细胞膜细胞膜核核 膜膜(2)对基因表达的调节作用对基因表达的调节作用:第三十八页，本课件共有47页目目 录录结构基因结构基因细细胞胞核核PiP

26、iPiPiDNA蛋白质蛋白质第三十九页，本课件共有47页目目 录录（二）肌醇磷脂介导的信号转导途径（二）肌醇磷脂介导的信号转导途径甲状腺素释放激素、抗利尿激素、甲状腺素释放激素、抗利尿激素、甲状腺素释放激素、抗利尿激素、甲状腺素释放激素、抗利尿激素、组胺、组胺、组胺、组胺、5-5-羟色胺、神经递质等羟色胺、神经递质等羟色胺、神经递质等羟色胺、神经递质等G蛋白偶联蛋白偶联受体结合受体结合激活激活磷脂酶磷脂酶C型型G蛋白蛋白（Gq）活化磷脂酶活化磷脂酶C 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（二磷酸（PIP2）IP3 二酰基甘油（二酰基甘油（DAG）第四十页，本课件共有47页目目 录录DAG，IP

27、3的生物合成和功能的生物合成和功能PIP2PLCDAG +IPIPIP3：与内质网和肌浆网上的受体结合，：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内促使细胞内 Ca2+释放释放DAG：在磷脂酰丝氨酸和在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活协同下激活PKC第四十一页，本课件共有47页目目 录录1.Ca2+钙调蛋白激酶信号途径钙调蛋白激酶信号途径受体、受体、G蛋白、蛋白、PLC、IP3、Ca2+、钙、钙调蛋白、调蛋白、CaM激酶激酶(Ca2+CaM激酶途径激酶途径激酶途径激酶途径)钙调蛋白钙调蛋白(calmodulin,CaM)(calmodulin,CaM)有有四四个个Ca2+结结合合位位点点。与与C

28、a2+一一起起激激活活CaM激激酶酶，磷磷酸酸化化多多种种功功能能蛋蛋白白质质（丝丝、苏苏氨氨基基酸残基）。酸残基）。组组 成成第四十二页，本课件共有47页目目 录录受体受体 GDP质膜质膜G蛋白蛋白 GTP磷脂磷脂酶酶CPIP2IP3内质网内质网Ca2通道通道Ca2Ca2-CaMCaMCaM激酶激酶CaM激酶（有活性）激酶（有活性）靶蛋白磷酸化靶蛋白磷酸化生物效应生物效应DAGIP3介导的信号转导途径介导的信号转导途径第四十三页，本课件共有47页目目 录录2.DAG-PKC信号传递途径信号传递途径组组 成成胞外信息分子，胞外信息分子，G蛋白蛋白蛋白激酶蛋白激酶C(protein kinase

29、 C,PKC)磷脂酶磷脂酶C(phospholipase C,PLC)甘油二脂甘油二脂(diacylglycerol,DAG)三磷酸肌醇三磷酸肌醇(inositol 1,4,5 triphosphate,IP3)第四十四页，本课件共有47页目目 录录受体受体 GDP质膜质膜G蛋白蛋白 GTP磷脂磷脂酶酶CPIP2IP3内质网内质网Ca2通道通道Ca2靶蛋白磷酸化靶蛋白磷酸化生物效应生物效应DAG二酰基甘油二酰基甘油PKC信号传递途径信号传递途径PKCPKC靶蛋白靶蛋白ATPADP：磷脂酰丝氨酸（：磷脂酰丝氨酸（PS）第四十五页，本课件共有47页目目 录录 调节基因表达调节基因表达调节基因表达调节基因表达PKC 对基因的活化分为对基因的活化分为早期反应早期反应和和晚期反应晚期反应晚期反应晚期反应。*PKC的生理功能的生理功能 调节代谢调节代谢调节代谢调节代谢活化的活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝引起一系列靶蛋白的丝、苏氨酸残基、苏氨酸残基磷酸化。磷酸化。靶蛋白包括：靶蛋白包括：质膜受体、膜蛋白和多种酶。质膜受体、膜蛋白和多种酶。第四十六页，本课件共有47页目目 录录 二、胞内受体介导的信息传递二、胞内受体介导的信息传递胞内受体胞内受体 核内受体核内受体 胞浆内受体胞浆内受体配体配体类固醇激素类固醇激素甲状腺激素甲状腺激素第四十七页，本课件共有47页