不同生理状态达乌尔黄鼠的乳酸通量控制分析与细胞因子网络的研究

论文摘要

细胞代谢的调节和控制方式很多,其中以调控代谢通量（即代谢物生成与消耗的速率）的方式最重要。代谢控制分析（Metabolic Control Analysis,简称MCA）是在生化反应系统敏感性分析的基础上发展起来的一种以系统观点对细胞内代谢调控进行定量分析的理论和实验方法,是一种研究分析代谢途径中代谢控制在各个反应步骤之间如何分配的理论。代谢控制理论（MCT）认为指出了“限速步骤”观念的局限性,认为代谢途径中酶促反应步骤对代谢的控制作用随系统内外条件的改变而变化,对代谢通量起控制作用的往往是多步反应,控制步骤不一定发生在不可逆步骤,即所谓的“限速步骤”,可逆步骤也可能在通量控制中起重要作用。代谢控制分析常用的分析方法是一种基于扰动-响应的方法,即通过基因工程手段或加入抑制剂改变特定的酶的水平或活性,或者改变环境条件如底物浓度、PH值、温度等。这样可能存在通量控制系数的计算比较困难,需要对代谢途径中的酶进行基因操作来获得对酶活性的扰动,耗时费力等实际操作问题。温度是多数生物体代谢活动的重要环境因子。本实验室通过建立达乌尔黄鼠不同的生理状态以获得恒温哺乳动物的不同温度梯度,以此为“扰动”手段,运用相对简单并实用的分析方法,对达乌尔黄鼠进行乳酸代谢通量控制分析。成功地对达乌尔黄鼠的代谢网络进行了初步的重构并在此基础上,对整个代谢网络进行了子系统划分,以便对其进行后续的乳酸通量控制分析。研究结果表明,通过乳酸通量控制分析并结合主成分分析方法,发现在最优稳态下,脱氢酶对乳酸的通量具有非常大的调控作用,其中丙酮酸脱氢酶系、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶系、丙酮酸激酶和α-酮戊二酸脱氢酶系的正调控作用最大,其中以丙酮酸脱氢酶系CPDHCJ=0.28599、苹果酸脱氢酶CMDHJ=0.209252、异柠檬酸脱氢酶CICDHJ=0.194837最为明显,几乎占到了通量控制总和的60%。同时,通量控制系数的分析结果同样给出了在通量控制中起负调控作用的四个酶,分别是CLDHJ=-0.11172,CGAPDHJ=-0.08664,CTPIJ=-0.10533,CLDHJ=-0.11172。他们分别表示了对乳酸通量起负调控作用程度的大小。其中CLDHJ=-0.11172,这表明在乳酸通量的控制中,乳酸脱氢酶起到了负调控的作用。而传统观点中,对糖酵解过程起至关重要作用的己糖激酶与磷酸果糖激酶对乳酸通量的调控能力均较弱,分别为:CHKJ=0.063011,CPFKJ=0.050941。同时,本实验绘制了不同生理状态下达乌尔黄鼠的乳酸通量图谱,并进行了代谢通量分析,其结果提示我们当机体处于不同的生理状态时,乳酸可能起到了不同的生理作用。这主要包括两方面的内容,其中之一就是充当机体能量的“贮备池”的作用,而另一个更为重要的作用可能是对机体燃料选择的调节作用。本试验还测量了达乌尔黄鼠处于不同生理状态下的24种细胞因子,并根据秩和检验的结果—渐进性显著性P值的大小,从中筛选出了12种更为显著的细胞因子,为进一步的工作奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 乳酸及其生理功能
• 1.1.1 乳酸概述
• 1.1.2 乳酸的研究历史
• 1.1.3 乳酸的重要生理功能
• 1.2 代谢网络及其研究方法
• 1.2.1 代谢网络简述
• 1.2.2 代谢网络研究方法
• 1.3 温度对生物的生理调节作用
• 1.4 细胞因子与细胞因子网络概述
• 1.5 课题的研究依据
• 1.5.1 各种生理状态进行乳酸通量的研究依据
• 1.5.2 各种生理状态进行细胞因子网络的研究依据
• 1.5.3 选取达乌尔黄鼠进行研究的依据
• 1.6 课题的研究依据
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 达乌尔黄鼠
• 2.1.2 实验药品
• 2.1.3 实验试剂
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 达乌尔黄鼠不同生理状态生理模型的建立
• 2.3.2 达乌尔黄鼠代谢网络图谱模型的重构与乳酸通量确定
• 2.3.3 酶活性测定
• 2.3.4 蛋白质含量测定
• 2.3.5 代谢物浓度测定
• 2.3.6 主成分控制系数的确定
• 2.3.7 代谢通量控制系数的确定
• 2.3.8 不同生理状态下细胞因子的测定
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 达乌尔黄鼠不同生理状态生理模型的建立结果与讨论
• 3.2 达乌尔黄鼠代谢网络图谱模型的重构原则结果与讨论
• 3.2.1 达乌尔黄鼠代谢网络图谱模型的重构结果
• 3.2.2 重构达乌尔黄鼠代谢网络模型的表示方法结果
• 3.2.3 重构达乌尔黄鼠代谢网络模型的乳酸通量计算结果
• 3.3 酶活性测定结果与讨论
• 3.3.1 达乌尔黄鼠不同生理状态的在体酶量测定结果
• 3.3.2 不同生理状态温度测定结果
• 3.3.3 不同培养温度下的酶活性数据测定结果
• 3.3.4 达乌尔黄鼠不同生理状态的体外酶活测定结果
• 3.4 代谢物浓度测定结果与讨论
• 3.5 主成分控制系数的确定结果与讨论
• 3.5.1 相关分析结果
• 3.5.2 主成分分析结果
• 3.5.3 主成分控制系数的确定结果
• 3.6 代谢通量控制系数的确定结果与讨论
• 3.6.1 整体代谢网络切割结果
• 3.6.2 最优稳态的确定结果
• 3.6.3 最优稳态下子网络系统弹性系数与通量控制系数的确定结果
• 3.6.4 最优稳态下“分支点”通量控制系数的确定结果
• 3.6.5 最优稳态下整体代谢网络乳酸通量控制系数的确定
• 3.7 不同生理状态下细胞因子的测定结果与讨论
• 第四章 结论
• 4.1 代谢控制分析结论
• 4.2 代谢通量分析结果
• 4.3 细胞因子分析
• 4.4 实验所存在的问题
• 参考文献
• 发表论文、参加科研情况说明
• 致谢