代谢的整合与调节

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食欲素与血糖和能量代谢的调节

食欲素与血糖和能量代谢的调节

食欲素与血糖和能量代谢的调节翁盼【摘要】食欲素是一种下丘脑兴奋性神经肽,参与调节睡眠、进食、自主神经功能等,并且在血糖稳态调控和能量代谢平衡中也扮演重要角色.食欲素表达神经元整合外周代谢信号,通过食欲素受体(OXR)1和OXR2发挥生理功能.另外,食欲素通过调节胰岛素和瘦素敏感性影响整体糖代谢,尤其是OXR2介导的信号通路可提高瘦素敏感性,从而预防食源性肥胖和胰岛素抵抗.【期刊名称】《医学综述》【年(卷),期】2014(020)003【总页数】4页(P417-420)【关键词】食欲素;糖代谢;能量代谢;胰岛素;瘦素【作者】翁盼【作者单位】上海交通大学医学院,上海,200011;上海交通大学医学院附属第九人民医院内分泌代谢科,上海,200011【正文语种】中文【中图分类】R587.1食欲素是在1998年首先被发现的,包括食欲素A(含33个氨基酸残基)和食欲素B(含28个氨基酸残基),是由同一前体蛋白裂解产生的一对兴奋性神经肽激素,食欲素由下丘脑中特定的神经元产生,主要位于外侧下丘脑区、穹窿周围区,以及下丘脑后部[1]。

在过去的十年里,许多实验已经证实,食欲素在调控一系列生理活动中扮演重要角色,包括调节进食、睡眠、觅食和能量血糖动态平衡等。

该文就食欲素与血糖、能量代谢调节和肥胖的研究进展予以综述。

1 食欲素与血糖调节和胰岛素抵抗1.1 血糖的来源与调节因素血糖的主要来源有食物和肝脏的内源性葡萄糖生成,前者提升血糖的程度主要由食物成分决定,后者主要受胰岛素和胰高血糖素的调节,但也有一部分直接受自主神经支配,经下丘脑控制。

胰岛素和副交感神经增加肝脏葡萄糖摄取和糖原合成,而胰高血糖素和交感神经促进糖原分解、糖异生和葡萄糖释放。

血糖水平也受肌肉和脂肪组织摄取葡萄糖的影响。

1.2 食欲素及受体的分布与作用特征食欲素是下丘脑血糖调节的重要因子,食欲素纤维分布于整个脑干,包括迷走神经背核和孤束核。

食欲素神经元受谷氨酸、促肾上腺皮质素释放因子,神经降压素,血管加压素、催产素和促甲状腺素释放激素的兴奋,而γ-氨基丁酸(GABA)、5-羟色胺、去甲肾上腺素、多巴胺和神经肽Y对食欲素神经元有抑制作用[1]。

青岛大学2022年硕士研究生招生考试自命题科目考试大纲638生物化学及分子生物学

青岛大学2022年硕士研究生招生考试自命题科目考试大纲638生物化学及分子生物学

考试科目代码及名称:638生物化学以及分子生物学一、考试要求重点考查与医学相关的生物化学以及分子生物学的基本知识、要求考生系统掌握相关的基本理论和基本技能,能够运用所学的基本理论、基本知识和基本技能综合分析、判断和解决有关理论问题和实际问题。

二、考试内容第一章、蛋白质的结构与功能组成人体蛋白质的 20 种氨基酸的结构和分类。

氨基酸的理化性质蛋白质的一级结构以及测定原理氨基酸与多肽(氨基酸结构与分类;肽链与肽键)蛋白质的结构(一、二、三、四级结构;α螺旋与其他数种二级结构)蛋白质结构与功能关系(一级结构与功能的关系;高级结构与功能的关系;蛋白质的空间结构,模体和结构域。

)蛋白质的理化性质(蛋白质变性与复性)盐溶与盐析的原理蛋白质各种分离技术与纯化方法的基本原理第二章、核酸的结构与功能核酸的化学组成核酸的基本组成单位-核苷酸(核苷酸分子组成;DNA;RNA)主要碱基(嘌呤、嘧啶)的化学结构DNA 的结构与功能(碱基组成规律;一级结构,双螺旋结构;高级结构;功能);RNA 与其它非编码 RNA 的分类与功能。

核酸的理化性质;DNA 变性及其应用(变性和复性概念;核酸杂交)RNA 的结构与功能(mRNA;tRNA;rRNA)第三章、酶与酶促反应酶的基本概念,全酶,辅助因子(参与组成的维生素),酶的活性中心。

酶的催化作用(分子结构与催化作用;酶促反应特点;酶-底复合物)辅酶与酶辅助因子(维生素与辅酶;辅酶作用;金属离子作用)酶促反应动力学(Km 与 Vmax;最适 pH 与最适温度)酶的工作原理,酶促反应动力学,酶抑制的类型和特点。

抑制剂对酶促反应的抑制作用(可逆抑制;不可逆抑制)酶的调节,活性和含量的主要调节方式(别构调节;共价修饰;酶原激活;同工酶)。

核酶(概念)酶在医学上的应用。

第五章、糖代谢糖的分解代谢(糖酵解基本途径关键酶,调节及生理意义;糖有氧氧化基本途径及供能)糖有氧氧化过程、意义及调节,能量的产生;糖有氧化与无氧酵解的关系。

第九版生理学第七章 能量代谢与体温

第九版生理学第七章 能量代谢与体温

+

+ + + + +
Q
+

+ +

+
F0
NADH+H+
NAD+

延胡索酸 琥珀酸
-
- - -
- 1/2O2+2H+
H2O
F1
基质侧
ADP+Pi ATP H+
生理学(第9版)
ATP:重要的贮能物质和直接的供能物质
1mol ATP可释放 52.3kJ 能量 磷酸肌酸(creatine phosphate, CP):由肌酸和磷酸合成,主要存在肌 肉和脑组织中,是含高能磷酸键的化合物,不能直接为细胞提供能量 能量过剩 ATP 能量不足 ATP是体内能量转化和利用的关键物质 CP
• 开放式测定法:用气量计测出呼出气量并进行气体分析
• 闭合式测定法:通常测定6分钟的耗氧量
肺量计模式图
生理学(第9版)
能量代谢率的简便测算方法
1.蛋白质代谢量忽略不计,测定耗氧量和CO2产生量→计算出呼吸商 (NPRQ)→查表得出氧热价 产热量=耗氧量×氧热价 2.混合食物NPRQ视为0.82,则对应的氧热价是20.19kJ/L,故只需测得一 定时间的耗氧量,即可算出该时间的产热量
• 由糖和脂肪氧化时所产生的二氧化碳量及耗氧量的比值 • 通常将蛋白质的代谢量忽略不计,进食混合膳食的非蛋白呼吸商约为0.82
非蛋白呼吸商和氧热价 NPRQ 0.707 0.71 0.72 … 氧化的糖(%) 0.00 1.10 4.75 … 氧化的脂肪 (%) 100.00 98.90 95.20 … 氧热价 (kJ/L) 19.62 19.64 19.69 …

AgRPNPY神经元代谢调控功能研究进展

AgRPNPY神经元代谢调控功能研究进展
生理科学进展 2019年第 50卷第 1期
·67·
AgRP/NPY神经元代谢调控功能研究进展
王梦远 王俊博 唐致恒 刘佳瑞 刘讷鸥 郑瑞茂△
(北京大学基础医学院人体解剖与组织胚胎学系,北京大学神经科学研究所, 教育部神经科学重点实验室,国家卫生健康委员会神经科学重点实验室,北京 100191)
摘要 下丘脑“刺鼠相关蛋白 /神经肽 Y”神经元(agoutirelatedprotein,AgRP/neuropeptideY,NPY neurons)元,在调节基础代谢率、机体产 热、摄食、糖脂代谢、神经内分泌稳态等方面发挥重要作用。AgRP神经元可经体液与神经途径,收 集并整合外周营养与代谢信号,并经由特异细胞信号传导通路与神经通路,来发挥其功能。经典理 论认为,AgRP神经元发出神经投射至下丘脑“阿黑皮素原”(proopiomelanocortin,POMC)神经元、 室旁核、臂旁核等中枢代谢调节神经元与核团,并释放 AgRP、NPY及抑制性神经递质“γ氨基丁 酸”(γaminobutyricacid,GABA),以发挥提升食欲、增加摄食量、增加体脂含量、下调基础代谢率 等作用。近年来,AgRP神经元的代谢相关调控新功能陆续被发现;而且,AgRP神经元功能异常, 亦为摄食紊乱、肥胖、2型糖尿病等疾病的重要病因。值得注意的是,AgRP神经元已成为新型减肥 药与降糖降脂药的作用靶点。本文综述近五年来 AgRP神经元代谢调控功能研究进展,以期更深 入理解 AgRP神经元调控代谢的新机制、及其在肥胖和相关代谢疾病发病过程中发挥的作用。 关键词 AgRP神经元;肥胖;代谢;细胞信号传导通路;神经通路 中图分类号 R33;R45;Q493;Q42
量平衡的中枢调控[2]。 一、AgRP神经元调控代谢的神经机制 (一)AgRP神经元PVN经典神经通路 AgRP

氨基酸感知与代谢调控的研究进展

氨基酸感知与代谢调控的研究进展

动物营养学报2015,27(2):342⁃351ChineseJournalofAnimalNutrition㊀doi:10.3969/j.issn.1006⁃267x.2015.02.003氨基酸感知与代谢调控的研究进展许丹丹㊀何㊀艮∗(中国海洋大学水产学院,水产动物营养与饲料农业部重点实验室,海水养殖教育部重点实验室,青岛266003)摘㊀要:氨基酸不仅是蛋白质和其他含氮化合物合成的重要前体,还参与体内主要代谢途径的调控㊂当氨基酸不足时,机体内多种机制参与调节体内平衡,包括快速停止蛋白质合成㊁增加氨基酸合成和转运,以及加强自噬作用㊂越来越多的学者证明氨基酸可作为信号分子参与细胞内信号传导过程,可以调节其他营养素如脂肪和能量的代谢,最终导致机体整体代谢的改变㊂本文主要综述细胞内氨基酸的营养感知与应答机制,涉及氨基酸应答(AAR)和雷帕霉素靶蛋白(TOR)2条信号转导通路,并探讨这2条信号通路对下游营养素代谢途径的调节㊂关键词:氨基酸感知;氨基酸应答;雷帕霉素靶蛋白;代谢中图分类号:Q493;S968.1㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1006⁃267X(2015)02⁃0342⁃10收稿日期:2014-08-13基金项目:国家自然科学基金(31222055);国家973计划(2014CB138602)作者简介:许丹丹(1986 ),女,山东枣庄人,博士研究生,从事水产动物蛋白质代谢研究㊂E⁃mail:dandxu2008@163.com∗通信作者:何㊀艮,教授,博士生导师,E⁃mail:hegen@ouc.edu.cn㊀㊀当环境发生大范围改变,如盐度㊁酸碱度或者营养素等发生变化,多细胞生物体本身的内稳态机制能够保证其存活㊂对高等动物的研究表明,氨基酸代谢库中氨基酸的组成与含量变化引起不同的细胞应答,由相关信号传导系统介导,调控下游效应因子,实现蛋白质的合成与降解㊁基因表达与抑制以及营养素的新陈代谢,最终在宏观上表现为动物生长发育等经济性状的差别[1]㊂目前已知在细胞水平上有2条信号通路可感知氨基酸含量,1条为感知氨基酸丰度的雷帕霉素靶蛋白(tar⁃getofrapamycin,TOR)信号系统,1条为感知氨基酸平衡的氨基酸应答(aminoacidresponse,AAR)信号通路[1-2]㊂1㊀TOR信号通路的氨基酸感知与代谢调节1.1㊀TOR信号通路与氨基酸感知㊀㊀TOR是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸激酶,它接收并整合来自细胞内的氨基酸㊁生长因子㊁能量状态和应激等信号,调节细胞的生长和代谢[3-4]㊂TOR存在2个结构和功能上有差异的复合物,分别是对雷帕霉素和营养素敏感的TOR复合体(TORcomplex,TORC)1和对雷帕霉素和营养素不敏感的TORC2[5-6]㊂在哺乳动物细胞中,TORC1主要包含有TOR㊁TOR调节相关蛋白(regulatory⁃associatedproteinofmTOR,Raptor)和哺乳动物酵母同源致命因子Sec13蛋白8(mam⁃malianlethalwithSEC13protein8,mLST8)成分,而TORC2主要包含有TOR㊁对雷帕霉素不敏感的伴随物(rapamycin⁃insensitivecompanionofmTOR,Rictor)㊁哺乳动物应激激活蛋白激酶作用蛋白(mSIN1)㊁mLST8和富含脯氨酸蛋白(prolinerichprotein,PRR)成分[7]㊂TORC1可以综合细胞内氨基酸㊁生长因子㊁应激等信号,进而控制着多种主要的细胞生命活动,例如蛋白质合成㊁脂肪合成㊁能量代谢和自噬等过程[4,8]㊂TORC2主要由生长因子激活,进而通过磷脂酰肌醇-3-激酶(phos⁃phoinositide⁃3⁃kinase,PI3K)依赖的核糖体辅助和磷酸化蛋白激酶A㊁G㊁C相关(AGC)激酶家族,进而控制着细胞的存活㊁肌动蛋白细胞骨架的组织和其他生命过程[8-10]㊂㊀㊀对TORC1激活的机制已在哺乳动物㊁畜禽和2期许丹丹等:氨基酸感知与代谢调控的研究进展鱼类中进行了广泛研究[5,8,11]㊂其一,胰岛素可以激活TORC1的活性㊂胰岛素或类胰岛素生长因子(IGFs)首先与细胞膜表面的受体结合,使胰岛素受体底物1(insulinreceptorsubstrate1,IRS1)磷酸化,继而使PI3K在细胞膜聚集㊂PI3K通过磷酸肌醇依赖激酶1(PDK1)磷酸化蛋白激酶B(proteinkinaseB,Akt)㊂Akt可通过2种途径激活TORC1:磷酸化的结节性硬化症复合体(TSC)2使TSC1/TSC2复合物去抑制,通过脑组织中丰富表达的Ras同源类似物(Rashomologenrichedinbrain,Rheb)鸟苷三磷酸酶(GTPase)激活TORC1;Akt也可通过磷酸化富含脯氨酸Akt/PKB亚基40(PRAS40)激活TORC1[12]㊂其二,氨基酸可以激活TORC1的活性㊂氨基酸信号如何传递至TORC1目前还知之甚少,但是一些重要的信号传递蛋白已逐渐被发现[13]㊂氨基酸感知一个至关重要的步骤是由氨基酸招募TORC1至溶酶体膜上,其中Rheb对TORC1附着在溶酶体膜上起至关重要的作用[14],对所有可以激活TORC1的信号来讲都是必需的[15]㊂㊀㊀然而,TSC2敲除的小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)仍然可以感知氨基酸的缺乏,意味着存在其他非TSC⁃Rheb途径的复合物参与到氨基酸感知的过程中㊂TORC1在溶酶体上的激活模型已被广泛接受,其受氨基酸含量调节,涉及多个蛋白酶复合体,包括RagGTPase㊁调节子(regulator)和空泡H+⁃ATP酶(v⁃ATPase)㊂RagGTPase共有4个亚基,分别是RagA㊁RagB㊁RagC和RagD,其中通常RagA和RagB㊁RagC和RagD聚集组成没有功能的二聚体,它们通常常驻在溶酶体膜上㊂Rag复合物与鸟苷三磷酸(GTP)或鸟苷二磷酸(GDP)的结合是受氨基酸调控的㊂细胞经过氨基酸刺激之后结合核苷酸时开始翻转,RagA/B和RagC/D分别与GTP和GDP结合,这是一种Rag二聚体活化的状态㊂当氨基酸充足时,RagA/B㊃GTP⁃RagC/D㊃GDP激活复合体与TORC1复合体的Raptor相互作用而成为停靠位点,使TORC1停靠在溶酶体的表面㊂当处于氨基酸缺乏状态时,TORC1分散在整个细胞中,而当加入氨基酸刺激后,TORC1重新分布在含有溶酶体和晚期核内体标志蛋白溶酶体相关膜蛋白(LAMP2)和小GTPase酶结合蛋白7(RAB7)的小泡中㊂这意味着RagGTPase可以将氨基酸信号传导到TORC1[14-15]㊂RagGTPase定位在溶酶体表面,需要一个锚定分子,而regulator多聚复合物就是介导二者结合的骨架,其是由有丝分裂原激活蛋白激酶衔接蛋白1(MP1)㊁衔接蛋白14(p14)和衔接蛋白18(p18)组成的三聚体㊂当氨基酸改变时,溶酶体膜上的v⁃ATPase调节regulator的氨基酸应答反应㊂高度保守的v⁃ATPase由2个组分组成,包括V1结构域和V0结构域㊂V1结构域的ATP水解介导细胞质中的质子通过V0结构域的通道泵入溶酶体中㊂V1结构域与RagGTPase和regulator相互作用,其作用受氨基酸调节,当氨基酸缺乏时其作用加强,当氨基酸充足时作用减弱㊂V1结构域的ATP水解对于RagGTPase与TORC1的相互作用是必需的,从而激活TORC1㊂无论是果蝇还是哺乳动物细胞中,氨基酸均引起溶酶体膜上v⁃ATPase与RagGTPase和regulator相互作用,从而调节TORC1的活力[16]㊂㊀㊀饲料高蛋白质㊁氨基酸和胰岛素均能激活TOR信号系统,影响虹鳟的多种代谢过程[17]㊂氨基酸对动物TOR信号通路调控作用的研究发现,去除组织培养液中的氨基酸1 2h,显著抑制了TOR下游信号应答蛋白核糖体蛋白S6激酶(ribo⁃somalproteinS6kinases,S6Ks)和真核起始因子4E结合蛋白(eukaryotictranslationinitiationfactor4E⁃bindingproteins,4E⁃BPs)磷酸化作用;氨基酸恢复至基础水平,恢复了下游信号传导物的活性或磷酸化作用[18]㊂在对啮齿动物[19-20]和人类[21-22]的体内体外研究发现,氨基酸种类对TOR信号传导的调控作用存在差异,亮氨酸和精氨酸的调控作用较强,特别是亮氨酸㊂1.2㊀TOR信号通路控制蛋白质合成㊀㊀TORC1调控着整体的翻译水平,进而促进细胞生长和生命延长㊂TORC1的下游蛋白包括4E⁃BP1和S6K1,它们以磷酸化的方式调控着mRNA多方面的翻译功能[8]㊂蛋白质合成的限速步骤是翻译起始,在这个过程中小核糖体亚基聚集到mRNA5ᶄ端,识别起始密码子,随后完整的核糖体也聚集其上完成翻译[23-24]㊂小核糖体亚基与mRNA的结合需要真核细胞转录起始因子(eu⁃karyotictranslationinitiationfactor,eIF)4F复合体结合到mRNA5ᶄ帽子结构㊂eIF4F复合体包含3个起始因子,即eIF4E㊁eIF4G和eIF4A,其中eIF4E与5ᶄ帽子结构结合是组装eIF4F复合体的关键,它343㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报27卷能够召集eIF4G和eIF4A的结合[23]㊂而4E⁃BP1与eIF4E结合抑制了eIF4F复合体形成㊂当TOR信号通路激活后,磷酸化4E⁃BP1使eIF4E与之分离,eIF4E募集eIF4G和eIF4A,起始蛋白质的合成[25]㊂㊀㊀TORC1的另一个重要应答因子是S6Ks,由TORC1磷酸化激活㊂研究表明,S6Ks在蛋白质翻译中调节翻译起始过程,且协同调节核糖体的生物合成,从而使翻译更加高效[26]㊂S6K1有多个效应因子,S6K1的磷酸化可以磷酸化下游核糖体蛋白(S6),转录起始因子eIF4B,抑制胰岛素受体底物-1(IRS⁃1)㊁凋亡蛋白(BAD)以及对真核细胞延伸因子2(eukaryoticelongationfactor2,eEF2)有抑制作用的eEF2激酶(eEF2K)等,从而调节蛋白质合成㊁糖脂代谢㊁细胞大小和分裂以及细胞存活等细胞过程[27-28]㊂S6是第1个被鉴别的S6K1底物,同样,S6的磷酸化作用也是被研究的最彻底的一个㊂S6有5个磷酸化位点,分别为苏氨酸35㊁236㊁240㊁244和247位点,其中苏氨酸236位点为最重要的磷酸化位点[27]㊂S6磷酸化促进了核糖体和5ᶄ端寡嘧啶束(5ᶄ⁃terminaloligopyrimidinetract,5ᶄ⁃TOP)mRNA,的亲和力,从而诱导5ᶄTOPmRNA进行有效翻译[29-30]㊂5ᶄTOPmRNA主要编码核糖体蛋白和其他翻译过程的必需蛋白[31]㊂㊀㊀蛋白质合成代谢主要受TOR信号通路调节,而蛋白质分解则主要是通过泛素-蛋白酶体通路调控[32-33]㊂然而,鱼类蛋白酶体的活性对营养状况敏感与否仍有待验证[34-35]㊂近年来,国外学者也针对鱼类肌肉组织中的蛋白质降解和特定氨基酸对TOR信号途径的激活状态开展了探索性研究[11]㊂研究发现,饲粮氨基酸含量是激活TOR系统的有效途径,比如通过添加谷氨酰胺来激活TOR信号通路,可提高生长性能[36]㊂而蛋白质摄入不足或氨基酸不平衡会导致IGF⁃1水平下降,而IGF结合蛋白1(IGFBP⁃1)水平升高,共同作用于TOR信号通路,引起生长抑制[37-38]㊂1.3㊀TOR信号通路与糖脂代谢调控㊀㊀尽管目前对于TOR和代谢调控的研究尚处于初级阶段,但已有不少结果显示TORC1可以在很多组织器官中,从转录㊁翻译和翻译后水平上调控多条代谢通路[3]㊂在淋巴瘤细胞中,雷帕霉素抑制TORC1活性改变了许多代谢酶基因的表达,结合代谢图谱和基因表达结果分析显示,在培养的细胞中TORC1调控着糖酵解㊁甾醇和脂质的合成,另外,磷酸戊糖途径也受TORC1的调控[39-40]㊂大量报道显示TORC1可以激活转录因子固醇调节元件结合蛋白1(sterolregulatoryelementbindingprotein⁃1,SREBP⁃1)㊂SREBP⁃1是转录因子固醇调节元件结合蛋白家族(SREBPs)的一员,调控着脂肪合成相关酶的表达,以及脂肪和胆固醇的稳态㊂完整的SREBP⁃1主要存在于内质网膜上,在各种刺激物的作用下,如降低的甾醇㊁胰岛素或者饱和脂肪酸水平,使SREBP⁃1从内质网运送到高尔基体,在高尔基体内SREBP⁃1前体被激活㊂被激活后的SREBP⁃1进而被转运到细胞核内,在细胞核内激活和促进甾醇调节原件和相关基因表达[41]㊂TORC1通过促进SREBP⁃1转录㊁翻译和翻译后的加工,使其活性提高,从而诱导甾醇和脂肪的合成,以及磷酸戊糖途径相关基因的转录[39]㊂由TORC1上调的SREBP⁃1活性对于由Akt磷酸化引起的脂肪合成是必需的[42]㊂㊀㊀TORC1也可以促进缺氧诱导因子(hypoxiainduciblefactor,HIF)基因表达,这是通过4E⁃BP1依赖的方式调控其翻译[43-44]㊂HIF可激活100200个涉及到细胞内代谢和细胞适应低氧环境的基因的转录,且TORC1依赖性的HIF的激活足以上调这些基因的表达[39]㊂HIF⁃1对糖酵解途径的激活被认为是低氧代谢适应的关键,通过增加葡萄糖转化为丙酮酸盐进而分解为乳酸来实现㊂HIF⁃1也可以间接激活丙酮酸脱氢酶激酶(PDK1),通过三羧酸循环(TCA)来有效抑制代谢过程[45]㊂当营养素变化后,TORC1通过调节HIF和SREBP⁃1的活性,从而使机体能量代谢和脂肪合成代谢发生适应性改变㊂TORC1另一重要功能是,可以调控线粒体数量和功能㊂在小鼠骨骼肌中,缺乏Raptor导致调控线粒体生物合成酶的表达量降低,且氧化能力损失,Cunningham等[46]发现TORC1促进了转录因子PPARγ联合激活因子1a(PGC1a)的转录活性,其在调节线粒体合成和氧化代谢方面起重要作用㊂另外,目前对于TORC1信号如何影响和调节转录网络的了解仍然很少,仍需要大量的工作㊂㊀㊀与TORC1受抑制时对相关基因表达的调节一致,S6K1或4E⁃BPs突变的小鼠表现出极大的代谢改变㊂S6K1缺失的小鼠由于降低了β细胞的数量显现出低胰岛素症状,但是同时也升高了4432期许丹丹等:氨基酸感知与代谢调控的研究进展对胰岛素信号的敏感性[47]㊂另外,S6K1缺失的小鼠能够抵抗由饮食和年龄引起的肥胖[48],尽管摄食量未受影响,S6K1的缺失通过增加甘油三酯的分解阻止了脂肪在脂肪组织的富集,并增加了脂肪酸在脂肪组织和肌肉中的氧化㊂而4E⁃BP1和4E⁃BP2缺失的小鼠表现出相反的表观症状,尽管这些小鼠都正常存活,但与正常野生型小鼠相比在16周的研究时间内,它们明显肥胖且体重增加30%,这些小鼠脂肪组织的重量显著升高,且血浆中的胰岛素和胆固醇的水平升高,进而建立起研究肥胖的模型㊂㊀㊀大量研究证明,TOR信号系统与氨基酸应答通路在从酵母到人的不同生物中功能保守,TOR信号通路上的大部分信号蛋白,如TOR㊁S6K1㊁S6和4E⁃BP1,都已经在虹鳟上证明是保守性存在的[11,17]㊂体内和体外试验表明胰岛素[11]㊁氨基酸[49]㊁胰岛素和氨基酸[50]㊁植物蛋白质源替代[51]以及碳水化合物和蛋白质比例不同的饲粮[17,52]均显著影响TOR信号通路和肝脏中的次级代谢相关的基因表达㊂简要来讲,TOR信号通路和其他相关因子的响应状况与畜禽和其他高等动物中的研究结果一致㊂在斑马鱼中的研究结果表明,餐后TOR通路被激活,饲喂显著上调了餐后糖酵解基因[葡萄糖激酶(GK)㊁己糖激酶(HK1)]和脂肪合成基因[脂肪酸合成酶(FAS)㊁葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)㊁乙酰辅酶A羧化酶α(ACCα)]的表达,显著抑制了斑马鱼肝胰脏糖异生基因[磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(cPEPCK)]和脂肪分解途径关键酶基因[肉碱棕榈酰基转移酶1b(CPT1b)]的表达[53]㊂而腹腔注射雷帕霉素后,显著下调虹鳟脂肪合成和糖酵解途径关键酶基因的表达[54]㊂这表明氨基酸和胰岛素依赖的TOR通路的激活或抑制调控鱼体糖脂代谢过程㊂2㊀AAR信号通路的氨基酸感知与代谢调节2.1㊀AAR信号通路与氨基酸应答㊀㊀蛋白质缺乏或必需氨基酸缺乏将激活氨基酸应答通路[55]㊂一般来说,酵母转录激活因子(GCN)2作为氨基酸感知传感器,通过与非负载tRNA结合从而感知细胞内氨基酸含量,当GCN2与任一非负载转运RNA(tRNA)结合均能激活GCN2,从而使AAR信号通路激活㊂当氨基酸缺乏时,细胞内空载tRNA增多,使GCN2激酶去磷酸化被激活,进而引起eIF2α丝氨酸51位点的磷酸化㊂eIF2α的磷酸化使体内大部分蛋白质的合成减少,但也会通过转录水平调控另一些基因的表达㊂转录激活因子(activatingtranscriptionfac⁃tor,ATF)4就是其中之一,当氨基酸缺乏时上调其表达量㊂ATF4与CCAAT增强子结合蛋白(CCAAT/enhancer⁃bindingprotein,C/EBP)形成二聚体,与C/EBP激活转录因子应答元件(C/EBPactivatingtranscriptionfactorresponseelements,CARE)结合,激活大量下游基因转录,包括氨基酸转运载体㊁氨基酸代谢酶㊁氧化状态调节因子㊁能量调节因子等,从而调控着细胞内的氨基酸缺乏应答[56]㊂研究发现,在人肝癌细胞系(HepG2)细胞培养液中任何一种必需氨基酸缺乏都可以激活AAR信号通路[57]㊂另外,eIF2α的磷酸化也是会提高其他转录调节因子水平,包括转录因子ATF5以及生长停滞与DNA损害可诱导基因34(GADD34)㊂㊀㊀最重要的是当必需氨基酸缺乏时,ATF4可以诱导氨基酸转运载体和氨基酸合成酶基因的表达,从而促进氨基酸的合成与吸收,保证正常的生理机能㊂ATF4还可上调其他基因转录,如C/EBPβ㊁ATF3和C/EBP同源蛋白(CHOP),这些可以作为ATF4的负调节因子[56,58]㊂在动物中,饲喂低蛋白质的饲粮会增加C/EBPmRNA表达量和活性[59]㊂细胞感知多种胁迫信号均可上调ATF3的表达[60]㊂Pan等[61]和Jiang等[62]发现ATF3基因的表达量受氨基酸应答和UPR通路的上调,这些调节分别需要eIF2α激酶GCN2和蛋白激酶R样内质网激酶(PERK)㊂在GCN2敲除[62]和ATF4敲除[63]的纤维母细胞中发现,ATF3mRNA表达量显著降低㊂在营养缺乏情况下,AAR信号通路的激活对癌细胞存活和增殖有至关重要的作用[64]㊂关于ATF4调控的下游目的基因及其具体功能在Kilberg等[56]的综述中有详尽的描述㊂另外,受AAR调节的下游基因4E⁃BP1和发育和DNA损伤应答调节基因1(regulatedindevelop⁃mentandDNAdamageresponse1,REDD1)均为TOR信号应答通路的负调节因子,且2条信号通路均可通过调节ATF4的表达来而调控合成代谢,说明在营养状态改变时,2条信号通路共同作出应答使机体处于最优生长状态[65-67]㊂543㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报27卷2.2㊀AAR信号通路与代谢调控㊀㊀氨基酸的不平衡不仅可以调控氨基酸代谢,而且会对糖脂代谢造成显著影响㊂当必需氨基酸缺乏时,GCN2是蛋白质和脂肪代谢过程中关键的代谢调节因子[68-69]㊂氨基酸缺乏会激活AAR信号通路,导致细胞内大多数蛋白质的翻译起始受抑制,从而抑制体内大部分蛋白质的翻译[63]㊂GCN2作为氨基酸缺乏时的感受器能够感知任何一种必需氨基酸的缺乏,eIF2α磷酸化抑制细胞内大多数蛋白质的翻译起始,从而降低整体蛋白质合成㊂因此,GCN2能够确保维持生长和细胞功能的最低氨基酸量;同时,eIF2α可以调节特异基因的翻译㊂在酵母中研究发现,转录因子GCN4的翻译可促进一系列基因的表达,包括所有的氨基酸合成酶㊁氨基酸转运载体,以使酵母抵抗氨基酸缺乏应激[70]㊂AAR信号通路可以保证足够的氨基酸前体的供应,从而使机体在必需氨基酸缺乏时维持关键蛋白的合成㊂同酵母一致,哺乳动物对氨基酸缺乏也有一套应答机制[71],包括提高氨基酸合成酶和氨基酸转运载体的表达量,同时降低整体蛋白质的合成㊂敲除GCN2基因的小鼠当饲喂氨基酸平衡的饲粮时可以正常存活,但当饲喂氨基酸不平衡的饲粮时发育受损㊂敲除GCN2的细胞,在氨基酸缺乏状态下,不能使eIF2α磷酸化[67,72]㊂㊀㊀除调节蛋白质的翻译外,AAR信号通路还可调节机体脂肪代谢㊂Guo等[68]发现饲粮缺乏亮氨酸后影响了小鼠脂质代谢过程:当亮氨酸缺乏时,小鼠肝脏和脂肪组织中甘油三酯的合成受抑制;但敲除GCN2基因的小鼠摄食亮氨酸缺乏的饲粮后肝脏脂肪合成升高,且出现脂肪肝,同时,小鼠脂肪组织中的脂肪氧化降解降低;然而,继续敲除转录因子固醇调节元件结合蛋白1c(sterolregula⁃toryelementbindingprotein⁃1c,SREBP⁃1c)后肝脏甘油三酯的积累降低,与同窝野生型小鼠差异不显著㊂在HepG2细胞中的研究结果与之一致,当细胞培养液中缺乏亮氨酸时抑制了脂肪的合成[57]㊂另外,敲除ATF4基因的小鼠能够抵抗高脂饮食诱导肥胖与脂肪肝[73]㊂给小鼠饲喂赖氨酸和苏氨酸缺乏的小麦面筋会引起胆固醇合成的降低;给小鼠饲喂完全不含蛋白质的饲粮时也会导致这些基因表达量的降低[74];同时,饲喂这2种饲粮的组中小鼠血浆胆固醇含量也均降低㊂以上研究均证明饲粮必需氨基酸缺乏显著影响脂肪合成,即饲粮中氨基酸的含量会影响到体内非蛋白质类营养物质的动态平衡㊂2.3㊀AAR信号通路与摄食调控㊀㊀当以某一种必需氨基酸缺乏的饲粮饲喂动物时,这种不平衡会很快被动物体所识别并降低摄食量㊂事实上,血浆中的氨基酸缺乏是和摄食量的降低直接联系起来的,研究还发现大脑的前梨状皮质区域可以监测到蛋白质的质量或者氨基酸的平衡性[75-76]㊂氨基酸应答通路对摄食量的调控方式为:氨基酸不平衡时缺乏的氨基酸相应tRNA出现去乙酰化,激活GCN2激酶,进而磷酸化转录启动因子eIF2α,引起摄食量下调㊁抑制蛋白质合成[77]㊂GCN2有非常保守的㊁调控氨基酸平衡的功能,在酵母中它通过调控氨基酸合成而获得氨基酸平衡;在哺乳动物和畜禽中是通过调控摄食行为进行㊂在饥饿的动物中,GCN2通过抑制蛋白质合成从而减少肌肉重量[78]㊂对GCN2敲除小鼠的研究发现,大脑对氨基酸不平衡的识别需要GCN2感知细胞内空载tRNA的量[79]㊂ATF4敲除的成纤维细胞和肝癌细胞中的微阵列分析显示ATF4调控着大量的和氨基酸转运㊁代谢㊁氧化状态和能量调控相关的基因[63,80]㊂体内研究发现,给GCN2敲除小鼠饲喂亮氨酸缺乏的饲粮会导致其肌肉生长受损,但是并未引起肝脏损伤,而在野生小鼠中,亮氨酸的缺乏同时降低了肌肉和肝脏的重量[67]㊂3㊀小㊀结㊀㊀氨基酸可以作为信号传导通路的调节因子引起信号通路应答,从而调节相关蛋白的翻译与糖脂代谢过程,尽管其在哺乳动物中有较深入的研究,但是在水产营养领域中仍是一个较新的概念㊂尤其对于肉食性鱼类,氨基酸不平衡问题是限制鱼粉蛋白质源替代研究的一个主要原因,因此深入探究其机制将对鱼类饲料中非鱼粉蛋白质源的大量应用有一定的指导作用㊂另外,尽管TOR信号通路与代谢调节在鱼类中有部分研究,而AAR信号通路在鱼类营养研究中未见相关报道㊂因此氨基酸与胰岛素㊁氨基酸本身,尤其是必需氨基酸对鱼类AAR和TOR信号通路的调节作用与响应阈值,以及对糖脂代谢的调控机制有待深入研究㊂6432期许丹丹等:氨基酸感知与代谢调控的研究进展参考文献:[1]㊀GALLINETTIJ,HARPUTLUGILE,MITCHELLJR.Aminoacidsensingindietary⁃restriction⁃mediatedlongevity:rolesofsignal⁃transducingkinasesGCN2andTOR[J].BiochemicalJournal,2013,449(1):1-10.[2]㊀吕子全,郭非凡.氨基酸感应与糖脂代谢调控的研究进展[J].生命科学,2013,25(2):152-157.[3]㊀POLAKP,HALLMN.mTORandthecontrolofwholebodymetabolism[J].CurrentOpinioninCellBiology,2009,21(2):209-218.[4]㊀WULLSCHLEGGERS,LOEWITHR,HALLMN.TORsignalingingrowthandmetabolism[J].Cell,2006,124(3):471-484.[5]㊀KIMJ,GUANKL.AminoacidsignalinginTORac⁃tivation[J].AnnualReviewofBiochemistry,2011,80:1001-1032.[6]㊀LOEWITHR,JACINTOE,WULLSCHLEGERS,etal.TwoTORcomplexes,onlyoneofwhichisrapamy⁃cinsensitive,havedistinctrolesincellgrowthcontrol[J].MolecularCell,2002,10(3):457-468.[7]㊀ZINZALLAV,STRACKAD,OPPLIGERW,etal.ActivationofmTORC2byassociationwiththeribo⁃some[J].Cell,2011,144(5):757-768.[8]㊀LAPLANTEM,SABATINIDM.mTORsignalingingrowthcontrolanddisease[J].Cell,2012,149(2):274-293.[9]㊀CYBULSKIN,HALLMN.TORcomplex2:asigna⁃lingpathwayofitsown[J].TrendsinBiochemicalSciences,2009,34(12):620-627.[10]㊀HAGIWARAA,CORNUM,CYBULSKIN,etal.HepaticmTORC2activatesglycolysisandlipogenesisthroughAkt,glucokinase,andSREBP1c[J].CellMe⁃tabolism,2012,15(5):725-738.[11]㊀SEILIEZI,GABILLARDJC,SKIBA⁃CASSYS,etal.AninvivoandinvitroassessmentofTORsignalingcascadeinrainbowtrout(Oncorhynchusmykiss)[J].AmericanJournalofPhysiology:Regulatory,Integra⁃tiveandComparativePhysiology,2008,295(1):R329-R335.[12]㊀BHASKARPT,HAYN.ThetwoTORCsandAKT[J].DevelopmentalCell,2007,12(4):487-502.[13]㊀KIME,GORAKSHA⁃HICKSP,LIL,etal.Regula⁃tionofTORC1byRagGTPasesinnutrientresponse[J].NatureCellBiology,2008,10(8):935-945.[14]㊀SANCAKY,BAR⁃PELEDL,ZONCUR,etal.Ragu⁃lator⁃RagcomplextargetsmTORC1tothelysosomalsurfaceandisnecessaryforitsactivationbyaminoacids[J].Cell,2010,141(2):290-303.[15]㊀SANCAKY,PETERSONTR,SHAULYD,etal.TheRagGTPasesbindraptorandmediateaminoacidsignalingtomTORC1[J].Science,2008,320(5882):1496-1501.[16]㊀JEWELLJL,RUSSELLRC,GUANKL.AminoacidsignallingupstreamofmTOR[J].NatureRe⁃viewsMolecularCellBiology,2013,14(3):133-139.[17]㊀SEILIEZI,PANSERATS,LANSARDM,etal.Dieta⁃rycarbohydrate⁃to⁃proteinratioaffectsTORsignalingandmetabolism⁃relatedgeneexpressionintheliverandmuscleofrainbowtroutafterasinglemeal[J].A⁃mericanJournalofPhysiology:Regulatory,IntegrativeandComparativePhysiology,2011,300(3):733-743.[18]㊀HARAK,YONEZAWAK,WENGQP,etal.AminoacidsufficiencyandmTORregulatep70S6kinaseandeIF⁃4EBP1throughacommoneffectormecha⁃nism[J].JournalofBiologicalChemistry,1998,273(23):14484-14494.[19]㊀KIMBALLSR,JEFFERSONLS.Signalingpathwaysandmolecularmechanismsthroughwhichbranched⁃chainaminoacidsmediatetranslationalcontrolofpro⁃teinsynthesis[J].TheJournalofNutrition,2006,136(1):227S-231S.[20]㊀STIPANUKMH.Leucineandproteinsynthesis:mTORandbeyond[J].NutritionReviews,2007,65(3):122-129.[21]㊀邓会玲,刘国华,刘宁.氨基酸介导的TOR信号传导通路研究进展[J].动物营养学报,2011,23(4):529-535.[22]㊀DRUMMONDMJ,RASMUSSENBB.Leucine⁃en⁃richednutrientsandtheregulationofmammaliantar⁃getofrapamycinsignallingandhumanskeletalmuscleproteinsynthesis[J].CurrentOpinioninClinicalNu⁃trition&MetabolicCare,2008,11(3):222-226.[23]㊀PESTOVATV,KOLUPAEVAVG,LOMAKINIB,etal.Molecularmechanismsoftranslationinitiationineukaryotes[J].ProceedingsoftheNationalAcade⁃myofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica,2001,98(13):7029-7036.[24]㊀GEBAUERF,HENTZEMW.Molecularmechanismsoftranslationalcontrol[J].NatureReviewsMolecularCellBiology,2004,5(10):827-835.743㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报27卷[25]㊀GINGRASAC,KENNEDYSG,O LEARYMA,etal.4E⁃BP1,arepressorofmRNAtranslation,isphos⁃phorylatedandinactivatedbytheAkt(PKB)signa⁃lingpathway[J].GenesDevelopment,1998,12(4):502-513.[26]㊀JASTRZEBSKIK,HANNANKM,TCHOUBRIEVAEB,etal.Coordinateregulationofribosomebiogene⁃sisandfunctionbytheribosomalproteinS6kinase,akeymediatorofmTORfunction[J].GrowthFactors,2007,25(4):209-226.[27]㊀RUVINSKYI,SHARONN,LERERT,etal.Riboso⁃malproteinS6phosphorylationisadeterminantofcellsizeandglucosehomeostasis[J].GenesDevelop⁃ment,2005,19(18):2199-2211.[28]㊀RUVINSKYI,MEYUHASO.RibosomalproteinS6phosphorylation:fromproteinsynthesistocellsize[J].TrendsinBiochemicalSciences,2006,31(6):342-348.[29]㊀JEFFERIESHB,FUMAGALLIS,DENNISPB,etal.Rapamycinsuppresses5ᶄTOPmRNAtranslationthroughinhibitionofp70S6K[J].TheEMBOJour⁃nal,1997,16(12):3693-3704.[30]㊀HORNSTERNE,TANGH,MEYUHASO.MitogenicandnutritionalsignalsaretransducedintotranslationalefficiencyofTOPmRNAs[C]//Coldspringharborsymposiaonquantitativebiology.ColdSpringHarbor,NY:ColdSpringHarborLaboratoryPress,2001:477-484.[31]㊀MEYUHASO,AVNID,SHAMAS.TranslationalcontrolofribosomalproteinmRNAsineukaryotes[M].ColdSpringHarbor,NY:ColdSpringHarborLaboratoryPress,1996:363-364.[32]㊀LECKERSH,JAGOERT,GILBERTA,etal.Multi⁃pletypesofskeletalmuscleatrophyinvolveacommonprogramofchangesingeneexpression[J].TheFASEBJournal,2004,18(1):39-51.[33]㊀HOCHSTRASSERM.Ubiquitin⁃dependentproteindegradation[J].AnnualReviewofGenetics,1996,30(1):405-439.[34]㊀MARTINSAM,BLANEYS,BOWMANAB,etal.Ubiquitin⁃proteasome⁃dependentproteolysisinrain⁃bowtrout(Oncorhynchusmykiss):effectoffooddep⁃rivation[J].PflügersArchiv,2002,445(2):257-266.[35]㊀SALEMM,KENNEYPB,REXROADCE,etal.Mi⁃croarraygeneexpressionanalysisinatrophyingrain⁃bowtroutmuscle:auniquenonmammalianmuscledegradationmodel[J].PhysiologicalGenomics,2007,28(1):33-45.[36]㊀WANGY,LIK,HANH,etal.Potentialofusingablendofrenderedanimalproteiningredientstoreplacefishmealinpracticaldietsformalabargrouper(pi⁃nephelusmalabricus)[J].Aquaculture,2008,281(1):113-117.[37]㊀STRAUSDS.Nutritionalregulationofhormonesandgrowthfactorsthatcontrolmammaliangrowth[J].TheFASEBJournal,1994,8(1):6-12.[38]㊀DUANCM,RENHX,GAOS.Insulin⁃likegrowthfactors(IGFs),IGFreceptors,andIGF⁃bindingpro⁃teins:rolesinskeletalmusclegrowthanddifferentia⁃tion[J].GeneralandComparativeEndocrinology,2010,167(3):344-351.[39]㊀DUVELK,YECIESJL,MENONS,etal.ActivationofametabolicgeneregulatorynetworkdownstreamofmTORcomplex1[J].MolecularCell,2010,39(2):171-183.[40]㊀YECIESJL,MANNINGBD.TranscriptionalcontrolofcellularmetabolismbymTORsignaling[J].CancerResearch,2011,71(8):2815-2820.[41]㊀ESPENSHADEPJ,HUGHESAL.Regulationofste⁃rolsynthesisineukaryotes[J].Genetics,2007,41:401-427.[42]㊀PORSTMANNT,SANTOSCR,GRIFFITHSB,etal.SREBPactivityisregulatedbymTORC1andcon⁃tributestoAkt⁃dependentcellgrowth[J].CellMetab⁃olism,2008,8(3):224-236.[43]㊀THOMASGV,TRANC,MELLINGHOFFIK,etal.Hypoxia⁃induciblefactordeterminessensitivitytoin⁃hibitorsofmTORinkidneycancer[J].NatureMedi⁃cine,2005,12(1):122-127.[44]㊀MAJMUNDARAJ,WONGWJ,SIMONMC.Hy⁃poxia⁃induciblefactorsandtheresponsetohypoxicstress[J].MolecularCell,2010,40(2):294-309.[45]㊀KIMJW,TCHERNYSHYOVI,SEMENZAGL,etal.HIF⁃1⁃mediatedexpressionofpyruvatedehydrogen⁃asekinase:ametabolicswitchrequiredforcellularad⁃aptationtohypoxia[J].CellMetabolism,2006,3(3):177-185.[46]㊀CUNNINGHAMJT,RODGERSJT,ARLOWDH,etal.mTORcontrolsmitochondrialoxidativefunctionthroughaYY1⁃PGC⁃1[agr]transcriptionalcomplex[J].Nature,2007,450(7170):736-740.[47]㊀PENDEM,KOZMASC,JAQUETM,etal.Hypoin⁃sulinaemia,glucoseintoleranceanddiminishedβ⁃cellsizeinS6K1⁃deficientmice[J].Nature,2000,4088432期许丹丹等:氨基酸感知与代谢调控的研究进展(6815):994-997.[48]㊀UMSH,FRIGERIOF,WATANABEM,etal.Ab⁃senceofS6K1protectsagainstage⁃anddiet⁃inducedobesitywhileenhancinginsulinsensitivity[J].Nature,2004,431(7005):200-205.[49]㊀LANSARDM,PANSERATS,PLAGNES⁃JUANE,etal.L⁃leucine,L⁃methionine,andL⁃lysinearein⁃volvedintheregulationofintermediarymetabolism⁃relatedgeneexpressioninrainbowtrouthepatocytes[J].TheJournalofNutrition,2011,141(1):75-80.[50]㊀LANSARDM,PANSERATS,PLAGNES⁃JUANE,etal.Integrationofinsulinandaminoacidsignalsthatregulatehepaticmetabolism⁃relatedgeneexpressioninrainbowtrout:roleofTOR[J].AminoAcids,2010,39(3):801-810.[51]㊀LANSARDM,PANSERATS,SEILIEZI,etal.He⁃paticproteinkinaseB(Akt)⁃targetofrapamycin(TOR)⁃signallingpathwaysandintermediarymetabo⁃lisminrainbowtrout(Oncorhynchusmykiss)arenotsignificantlyaffectedbyfeedingplant⁃baseddiets[J].BritishJournalofNutrition,2009,102(11):1564-1573.[52]㊀SKIBA⁃CASSYS,PANSERATS,LARQUIERM,etal.Apparentlowabilityofliverandmuscletoadapttovariationofdietarycarbohydrate:proteinratioinrain⁃bowtrout(Oncorhynchusmykiss)[J].BritishJournalofNutrition,2013,109(8):1359-1372.[53]㊀SEILIEZI,MÉDALEF,AGUIRREP,etal.Postpran⁃dialregulationofgrowth⁃andmetabolism⁃relatedfac⁃torsinZebrafish[J].Zebrafish,2013,10(2):237-248.[54]㊀DAIWW,PANSERATS,MENNIGENJA,etal.Post⁃prandialregulationofhepaticglucokinaseandli⁃pogenesisrequirestheactivationofTORC1signallinginrainbowtrout(Oncorhynchusmykiss)[J].JournalofExperimentalBiology,2013,216(23):4483-4492.[55]㊀PADDON⁃JONESD,SHEFFIELD⁃MOOREM,ZHANGXJ,etal.Aminoacidingestionimprovesmuscleproteinsynthesisintheyoungandelderly[J].AmericanJournalofPhysiology:EndocrinologyandMetabolism,2004,286(3):E321-E328.[56]㊀KILBERGMS,SHANJX,SUN.ATF4⁃dependenttranscriptionmediatessignalingofaminoacidlimita⁃tion[J].TrendsinEndocrinologyandMetabolism,2009,20(9):436-443.[57]㊀DUDEKSM,SEMENKOVICHCF.EssentialaminoacidsregulatefattyacidsynthaseexpressionthroughanunchargedtransferRNA⁃dependentmechanism[J].JournalofBiologicalChemistry,1995,270(49):29323-29329.[58]㊀CHAVEROUXC,JOUSSEC,CHERASSEY,etal.I⁃dentificationofanovelaminoacidresponsepathwaytriggeringATF2phosphorylationinmammals[J].Mo⁃lecularandCellularBiology,2009,29(24):6515-6526.[59]㊀MARTENN,SLADEKF,STRAUSD.Effectofdiet⁃aryproteinrestrictiononlivertranscriptionfactors[J].BiochemicalJournal,1996,317(2):361-370.[60]㊀HAIT,WOLFGANGCD,MARSEEDK,etal.ATF3andstressresponses[J].GeneExpression,1999,7(4/5/6):321-335.[61]㊀PANYX,CHENH,SIUF,etal.Aminoaciddepriva⁃tionandendoplasmicreticulumstressinduceexpres⁃sionofmultipleactivatingtranscriptionfactor⁃3mR⁃NAspeciesthat,whenoverexpressedinHepG2cells,modulatetranscriptionbythehumanasparaginesyn⁃thetasepromoter[J].TheJournalofBiologicalChem⁃istry,2003,278(40):38402-38412.[62]㊀JIANGHY,WEKSA,MCGRATHBC,etal.Acti⁃vatingtranscriptionfactor3isintegraltotheeukaryot⁃icinitiationfactor2kinasestressresponse[J].Molec⁃ularandCellularBiology,2004,24(3):1365-1377.[63]㊀HARDINGHP,ZHANGY,ZENGH,etal.Aninte⁃gratedstressresponseregulatesaminoacidmetabolismandresistancetooxidativestress[J].MolecularCell,2003,11(3):619-633.[64]㊀YEJB,KUMANOVAM,HARTLS,etal.TheGCN2⁃ATF4pathwayiscriticalfortumourcellsur⁃vivalandproliferationinresponsetonutrientdepriva⁃tion[J].TheEMBOJournal,2010,29(12):2082-2096.[65]㊀KIMBALLSR,DOAND,KUTZLERL,etal.RapidturnoverofthemTORcomplex1(mTORC1)re⁃pressorREDD1andactivationofmTORC1signalingfollowinginhibitionofproteinsynthesis[J].TheJour⁃nalofBiologicalChemistry,2008,283(6):3465-3475.[66]㊀JINHO,SEOSK,WOOSH,etal.SP600125nega⁃tivelyregulatesthemammaliantargetofrapamycinviaATF4⁃inducedRedd1expression[J].FEBSLetters,2009,583(1):123-127.[67]㊀ANTHONYTG,MCDANIELBJ,BYERLEYRL,etal.Preservationofliverproteinsynthesisduringdiet⁃aryleucinedeprivationoccursattheexpenseofskele⁃943㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报27卷talmusclemassinmicedeletedforeIF2kinaseGCN2[J].TheJournalofBiologicalChemistry,2004,279(35):36553-36561.[68]㊀GUOFF,CAVENERDR.TheGCN2eIF2αkinaseregulatesfatty⁃acidhomeostasisintheliverduringdeprivationofanessentialaminoacid[J].CellMetab⁃olism,2007,5(2):103-114.[69]㊀DEVALC,CHAVEROUXC,MAURINAC,etal.A⁃minoacidlimitationregulatestheexpressionofgenesinvolvedinseveralspecificbiologicalprocessesthroughGCN2⁃dependentandGCN2⁃independentpathways[J].TheFEBSJournal,2009,276(3):707-718.[70]㊀HINNEBUSCHAG.TranslationalregulationofGCN4andthegeneralaminoAcidcontrolofyeast[J].AnnualReviewofMicrobiology,2005,59:407-450.[71]㊀KILBERGMS,PANYX,CHENH,etal.Nutritionalcontrolofgeneexpression:howmammaliancellsre⁃spondtoaminoacidlimitation[J].AnnualReviewofNutrition,2005,25:59-85.[72]㊀ZHANGPC,MCGRATHBC,REINERTJ,etal.TheGCN2eIF2αkinaseisrequiredforadaptationtoami⁃noaciddeprivationinmice[J].MolecularandCellularBiology,2002,22(19):6681-6688.[73]㊀DESOUSA⁃COELHOAL,MARREROPF,HAROD.Activatingtranscriptionfactor4⁃dependentinduc⁃tionofFGF21duringaminoaciddeprivation[J].Bio⁃chemicalJournal,2012,443(1):165-171.[74]㊀ENDOY,FUZW,ABEK,etal.Dietaryproteinquantityandqualityaffectrathepaticgeneexpression[J].TheJournalofNutrition,2002,132(12):3632-3637.[75]㊀KOEHNLETJ,RUSSELLMC,MORINAS,etal.Dietsdeficientinindispensableaminoacidsrapidlydecreasetheconcentrationofthelimitingaminoacidintheanteriorpiriformcortexofrats[J].TheJournalofNutrition,2004,134(9):2365-2371.[76]㊀郑溜丰,彭健.中枢神经系统整合外周信号调节采食量的分子机制[J].动物营养学报,2013,25(10):2212-2221.[77]㊀MAURINAC,JOUSSEC,AVEROUSJ,etal.TheGCN2kinasebiasesfeedingbehaviortomaintainami⁃noacidhomeostasisinomnivores[J].CellMetabo⁃lism,2005,1(4):273-277.[78]㊀DEVERTE,HINNEBUSCHAG.GCN2whetstheappetiteforaminoacids[J].MolecularCell,2005,18(2):141-142.[79]㊀HAOSZ,SHARPJW,ROSS⁃INTACM,etal.Un⁃chargedtRNAandsensingofaminoaciddeficiencyinmammalianpiriformcortex[J].Science,2005,307(5716):1776-1778.[80]㊀LEEJI,DOMINYJE,Jr,SIKALIDISAK,etal.HepG2/C3Acellsrespondtocysteinedeprivationbyinductionoftheaminoaciddeprivation/integratedstressresponsepathway[J].PhysiologicalGenomics,2008,33(2):218-229.0532期许丹丹等:氨基酸感知与代谢调控的研究进展∗Correspondingauthor,professor,E⁃mail:hegen@ouc.edu.cn(责任编辑㊀菅景颖)AdvancesinAminoAcidSensingandMetabolicRegulationXUDandan㊀HEGen∗(KeyLaboratoryofAquacultureNutritionandFeedsofMinistryofAgriculture,KeyLaboratoryofMaricultureofMinistryofEducation,OceanUniversityofChina,Qingdao266003,China)Abstract:Aminoacids,consideredastheimportantbuildingblocksforthesynthesisofproteinandothernitro⁃gencompounds,haverecentlyshowntoactasmodulatorsofintracellularsignaltransductionpathways.Toa⁃dapttointracellularaminoaciddeprivation,multipleadaptivemechanismshaveevolved,includingaquickces⁃sationofnewproteinsynthesis,anincreaseinaminoacidtransportandbiosynthesis,andautophagy.Evidencehasaccumulatedthataminoacidsalsofunctionassignalmoleculewhichprofoundeffectsonregulationofcellsignalingandgeneexpression.Metabolicadaptationincludinglipidandenergymetabolismisrequiredtocopewithepisodesofproteinoraminoacidsavailableleadingtooverallmetabolicchangesinmulticellutarorgan⁃isms.Here,thecurrentknowledgeaboutthemechanismsofintracellularaminoacidsensingandresponse,in⁃volvingintheaminoacidresponse(AAR)pathwayandthetargetofrapamycin(TOR)signalingpathway,andhowthesetwopathwaysregulatedownstreamnutrientsmetabolismwerereviewed.[ChineseJournalofAnimalNutrition,2015,27(2):342⁃351]Keywords:aminoacidsensing;TOR;AAR;metabolism153。

代谢控制发酵

代谢控制发酵

第一章:微生物代谢小结:1、能量代谢是生物新陈代谢的核心2、化能异养微生物的生物氧化必须经历脱氢、递氢和受氢3个阶段,依据受体的不同将生物氧化分为三种:呼吸、无氧呼吸和发酵3、化能自养微生物利用无机氧化获得ATP,产能少,生长得率极低4、字样微生物通过光和磷酸化获得ATP,包括循环光合酸化、分循环光和磷酸化和紫膜光合磷酸化三种5、微生物具有固氮作用复习题:1、名词解释:生物氧化:在生物体内,从代谢物脱下的氢及电子﹐通过一系列酶促反应与氧化合成水﹐并释放能量的过程。

有氧呼吸:微生物在降解底物过程中,将释放出电子传给NAD(P)+、FAD或FMN等电子载体,在经电子传递系统传给外源电子受体,以分子氧作为最终电子受体,从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程无氧呼吸:微生物在降解底物过程中,将释放出电子传给NAD(P)+、FAD或FMN等电子载体,在经电子传递系统传给外源电子受体,以氧化型化合物作为最终电子受体,从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程发酵:是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物,同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。

电子传递链(呼吸链):多种递电子体或递氢体按次序排列的连接情况。

生物氧化过程中各物质氧化脱下的氢,大多由辅酶接受,这些还原性辅酶的氢在线粒体内膜上经一系列递电子体(或递氢体)形成的连锁链,逐步传送到氧分子而生成水。

此种连锁过程与细胞内呼吸过程密切相关。

植物的叶绿体中则存在光合电子传递链以传递电子,完成光合作用中水分解出氧,形成NADPH的过程。

光和磷酸化(循环/非循环):一种存在于厌氧光合细菌中的利用光能产生ATP的磷酸化反应,由于它是一种在光驱动下通过电子的循环式传递而完成的磷酸化,故称循环光合磷酸化。

生物固氮:生物固氮是指分子氮通过固氮微生物固氮酶系的催化而形成氨的过程。

自生/共生/联合固氮菌:自生固氮菌:独立进行固氮,但并不将氨释放到环境中,而是合成氨基酸;固氮效率较低。

细胞代谢重编程实验方法

细胞代谢重编程实验方法1.引言1.1 概述细胞代谢重编程是指细胞在适应不同环境、应对内外界刺激时,通过调整代谢路线和代谢产物的分配,以实现生存和生长的必要转变。

正常细胞代谢pathways 的调控对维持细胞自身的稳态和功能至关重要。

然而,许多疾病,如癌症、糖尿病、心脏病等,都伴随着细胞代谢重编程的异常表现。

随着对细胞代谢调节的研究深入,科学家们逐渐认识到细胞代谢重编程对疾病治疗的重要性。

因此,对细胞代谢重编程的实验方法的研究也变得至关重要。

这些实验方法可以帮助我们理解细胞代谢调控的机制,揭示异常代谢是如何导致疾病发生的,并为新药物的研发提供理论基础。

在细胞代谢重编程实验方法中,研究人员通常使用多种技术手段,如代谢组学、转录组学、蛋白质组学等,来全面地了解细胞内代谢物的变化及相关代谢途径的调节。

其中,代谢组学作为研究细胞代谢调控的重要手段之一,可以用于检测和分析细胞内代谢产物的变化,并通过定量分析和比较来鉴定异常代谢的特征。

此外,转录组学和蛋白质组学也在细胞代谢重编程实验中发挥重要作用。

转录组学可以帮助研究人员了解基因表达调控与细胞代谢之间的关系,从而揭示细胞代谢调控的分子机制。

蛋白质组学则可以帮助研究人员全面了解细胞内蛋白质组的变化,进一步阐明细胞代谢调节的过程。

总之,细胞代谢重编程实验方法在揭示细胞代谢调控机制以及疾病病理的研究中具有重要的地位。

通过对细胞代谢重编程实验方法的持续优化和创新,我们有望进一步认识代谢调控的复杂性,为治疗疾病和开发新药物提供更加科学的依据。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式来撰写:文章结构部分旨在介绍本文的组织结构和各个章节的主旨内容,以帮助读者对全文有个整体的了解。

本文共分为三个部分:引言、正文和结论。

在引言部分,我们首先对细胞代谢重编程进行了概述,包括其定义、研究意义以及应用前景。

接着,我们介绍了本文的结构和各个章节的内容安排,以便读者能够更好地理解和阅读全文。

代谢简答

简答第一章1.试述生物膜的化学组成、结构特点和分布特征。

细胞膜:细胞质膜以及包裹各种细胞器的膜性结构化学组成:膜脂(约占生物膜40%-50%):磷脂(含量最多),糖脂,胆固醇膜蛋白(约占生物膜50%):外周蛋白(20-30%),内在蛋白(70-80%)膜糖类(约占生物膜〈10%):以寡糖链形式位于质膜外结构特点:生物膜是一种有序排列的、流动的、嵌有蛋白质和附着糖链的脂质双分子层结构。

糖、脂和蛋白质在膜中分布呈不对称和流动性。

膜脂:两性分子(一侧含亲水的头部:极性头;另一侧含疏水尾部:疏水尾);可在水溶液中自动形成团粒或片状双层结构膜蛋白:可单次或多次跨膜分布特征:膜蛋白分布在脂质双层两侧表面,有的部分或全部嵌入其内部,有的横跨膜层膜糖全部分布在膜的非胞质面膜脂分布不对称性:表现为各种组分含量比例上的差异膜蛋白分布不对称:有的蛋白质对膜的一侧结合得比另一侧紧密2.试述生物膜流动镶嵌模型的主要内容。

生物膜是一种有序排列的、流动的、嵌有蛋白质和附着糖链的脂质双分子层结构。

1.脂质双分子层是由磷脂和糖脂构成的连续体2.膜脂、膜蛋白和糖类在膜中呈不对称分布3.膜脂和膜蛋白主要进行侧向扩散运动4.膜蛋白功能需要其周围的界面脂来维系5.功能上相关联的膜蛋白常形成复合体3.举例说明脂质、蛋白质和糖链在膜中分布不对称的意义。

生物膜脂质、蛋白质和糖链在质膜两侧分布的不对称性,保证了生物膜执行功能的定向性和不对称性。

膜脂:1.脂双层两侧具有不同的流动性;2.有利于膜脂本身的代谢变化;3.使镶嵌蛋白具有特定的微环境;4.有利于生物膜发挥特殊功能膜蛋白:生物膜执行定向性功能。

寡糖链:参与细胞之间的相互识别、相互作用、信息传递等多方面功能。

举例:1.多数激素的受体分布在膜外侧面(配体来源于质膜外);2.腺苷酸环化酶分布在膜内侧面(作用的底物ATP来源于细胞内);3.镶嵌在膜中的Na+-K+-ATP酶(转运的Na+,K+分别来自于胞内,胞外)4.试述膜蛋白生物合成的信号假说要点,及其特征。

高中生物第2章生物个体的内环境与稳态第1节人体的代谢

第2章 第1节 人体的代谢与稳态
第4课时 体温的平衡
[目标导读] 1.结合教材图2-9,阐明体温的相对稳定及意义。 2.通过分析表2-2,概述人体的产热和散热。 3.结合教材图2-10,探究体温的调节机制,分析体温调节障碍出现的 问题。 [重难点击] 体温的调节机制。
内容索引
一 体温的相对稳定和人体的产热、散热 二 体温的调节和调节障碍 当堂检测
行为性 调节
环境以祛寒避暑
处于寒风中衣衫单 薄的人们会出现打 寒战,皮肤的毛孔 收缩等变化,处于 炎热环境时会出现 发汗等现象
通过各种温度感受器 , 把温度变化的信息传递 给 体温调节中枢 ,经 传出神经或 体液 途径, _非__意_识__控__制__ 生理性调节 协调产热和散热,维持 体温稳定
(1)温度感受器:感受体内、温体度外变化信息的结构,包括: 温外度周感受器
D.劳动或运动时,骨骼肌是主要的产热器官
解析 答案
二 体温的调节和调节障碍
体温能够保持相对稳定,是在神经系统和内分泌系统等的共同调节作用下
的结果。
1.体温调节的方式 结合两个实例,分析体温调节的方式:
实例
调节途径 是否有意识 调节方式
冬冷夏热,人们能够根
据环境温度的不同来增 相应的_行__为__活__动__ _意__识__控__制__ 减衣着,创设人工气候
(3)体温相对稳定的意义:体内各种理化过程,特别是由各种酶参与的代
谢活动,都需要有一个适宜的温度范围,体温 过高或者,过都低将引起酶活性

改变或丧失 ,导致生理功能障碍,甚至危及生命,所以说体
温稳定是 机体正的常必生要命条活件动。
2.分析教材表2-2中数据,探究人体的产热和散热 (1)人体在安静状态下以内脏 产热为主,在劳动或运动时代谢增强,此时 以 骨骼肌 产热为主。说明体温来源于体内物质代谢 过程中所释放出来的 热量,所以人体产热量的多少与 代谢强度密切相关。

合成生物学与代谢工程

合成生物学与代谢工程一、概述合成生物学是一门新兴的交叉学科,它将工程学原理与设计技术相结合,旨在合成和改造生物系统,以满足人类社会对化学品、药物以及解决环境和能源问题的需求。

其核心思想是将基因、代谢途径和细胞等生物组分作为可调节和优化的模块进行组合和重组,以实现人为设计的生物系统的构建。

随着DNA重组技术的成熟和生物信息学的发展,合成生物学的研究和应用取得了显著的进展。

代谢工程作为合成生物学的一个重要应用领域,旨在通过调控和优化微生物的代谢途径,实现目标化合物的高效合成。

这一领域的发展不仅有助于替代传统的化工合成路线,降低能耗和污染,还能利用微生物的天然代谢途径合成高价值的化学品,如药物、燃料和特种化学品等。

合成生物学与代谢工程的结合具有重要的科学意义和实际应用价值。

在合成生物学与代谢工程的研究中,科学家们通过基因编辑、代谢途径重构和细胞工厂构建等手段,实现了对微生物代谢过程的精确调控和优化。

这些技术不仅提高了目标产物的合成效率和产量,还拓展了微生物在生物制造领域的应用范围。

合成生物学与代谢工程的研究还促进了与其他学科的交叉融合,如生物信息学、系统生物学和计算机科学等,共同推动了生物技术的发展和创新。

合成生物学与代谢工程作为现代生物技术的重要组成部分,具有广阔的发展前景和巨大的应用潜力。

随着技术的不断进步和研究的深入,这一领域将为人类社会带来更多的创新和福祉。

1. 合成生物学与代谢工程的概念及背景合成生物学是一门新兴的交叉学科,旨在运用工程学原理和方法,设计和构建新的生物系统或改造现有的生物系统,以实现特定的功能和性能。

它融合了生物学、工程学、计算机科学等多个领域的知识和技术,通过精确调控生物体内的基因表达、代谢途径以及信号传导等过程,创造出具有预定功能的生物体或生物系统。

代谢工程作为合成生物学的一个重要分支,主要关注于通过优化和改造生物体的代谢途径,以提高特定化合物的生产效率和质量。

代谢途径是生物体内一系列化学反应的集合,涉及酶催化、底物转运等过程,最终将原料转化为所需的产品。

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