非线性规划在生物代谢仿真过程中的应用

随着系统生物学研究的不断深入,生物过程网络的规模逐步拓展,其模型的复杂程度也越来越高,数值积分等常规方法很难求解生物代谢网络这类大规模复杂动态系统,客观上需要新的分析方法去应对。针对典型的酿酒酵母糖酵解途径的动态模型,首先利用Matlab进行常规的数值积分求解,以此作为参照,提出将糖酵解的动态模型离散化后利用非线性规划解题器IPOPT进行动态仿真的思路,采用不同的离散步长,计算得到不同的仿真结果。计算结果显示,通过调整计算参数,IPOPT可得到与参照一致的仿真结果,这表明非线性规划可作为分析优化生物过程这类大规模复杂动态系统的新方法,为下一步进行模型参数估计、多目标动态优化等打下基础。     

乌珠穆沁羊与小尾寒羊一磷酸腺苷激活蛋白激酶酶活性与肉品质的关系研究

摘 要：目的 研究乌珠穆沁羊与小尾寒羊不同生长阶段、不同部位骨骼肌一磷酸腺苷激活蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)活性、糖酵解与肉质相关指标的内在变化规律。方法 通过夹心酶联免疫吸附法测定6月龄和8月龄乌珠穆沁羊与小尾寒羊的股二头肌、背最长肌与臂三头肌AMPK活性,比色法测定乳酸(lactic acid,LA)含量,微量法测定肌糖原含量和分光光度法测定己糖激酶(hexokinase,HK)含量以及常规法测定肉品质等相关性指标。结果 两个品种的肉羊之间AMPK活性无显著差异(P>0.05);AMPK活性升高同时pH24值、L*值、b*值与剪切力降低(P<0.05),LA、肌糖原含量、a*值和HK活性升高(P<0.05)。被激活的AMPK能够刺激产能过程糖酵解的HK活性、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶,酶活性与LA含量呈正相关,宰后呼吸方式的改变导致pH快速下降剪切力增大,嫩度与熟肉率降低。结论 表明宰后羊肉AMPK活性与糖酵解和肉品质之间存在一定的影响。AMPK活性以及糖酵解的程度不同,可能导致了肉的剪切力、瘦肉率以及嫩度等差异,AMPK活性增强糖酵解的关键酶被激活活性增加,加快糖酵解进程从而影响肉品质。     

米根霉F1-ATPase活性降低突变株的筛选研究

本实验采用同步辐射软X射线Nk诱变米根霉,获得一株新霉素抗性突变株NA-2,该菌株F1-ATPase活性降低86.82%,胞内ATP含量下降18.99%,最终菌体浓度为出发菌株的79.22%,发酵周期缩短了12h,葡萄糖平均消耗速度和L-乳酸生产强度分别高出25.17%和32.57%,平均葡萄糖消耗比速(qs)、L-乳酸生成比速(qp)和细胞比生长速率(μ)分别提高86.42%、128.13%和60.0%,但胞内能荷变化不明显。进一步研究发现,突变株糖酵解途径中关键酶磷酸果糖激酶(PEK)、丙酮酸激酶(PK)和磷酸甘油醛激酶(GAPDH)的活性较原始菌株提高了58.34%、23.53%和11.29%,乙醇脱氢酶(ADH)活性降低了32.11%,乳酸脱氢酶(LDH)活性提高了42.27%。结果表明,降低米根霉F1-ATPase活性有效地提高了糖酵解关键酶活性而加速葡萄糖代谢,提高了L-乳酸生产强度。     

宰后肌肉能量代谢对肉品质的影响研究进展

肉色、嫩度、保水性等肉的品质特性一直是影响消费者购买意愿的重要因素,而肌肉能量代谢会影响肌肉的生长、发育、成熟过程,并最终影响肉的食用品质。磷酸肌酸系统、糖酵解途径和氧化磷酸化是肌肉中ATP主要来源,并在宰后不同时期发挥主要作用。动物屠宰放血后,肌肉内环境发生变化,不同的供能方式会影响能量代谢过程,从而影响肌肉转化为“肉”的过程。本文综述宰后肌肉能量代谢过程及其对肉品质的影响,并阐述腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase,AMPK）和沉默信息调节因子（silent information regulators,SIRTs）家族对代谢过程的影响,以期为通过能量代谢过程调控肉品质的形成提供新的思路。     

酿酒酵母代谢过程的振荡分析

振荡现象是生物的固有特征,在不同生物动态过程中都起着重要作用。为探究生物代谢过程中振荡产生的条件,以典型的酿酒酵母发酵生产乙醇过程为研究对象,采用函数连续性分析方法对其数学模型进行深入研究。首先对系统进行仿真,结合相图确认该过程存在等幅持续振荡现象（极限环振荡）;以此为切入点,利用分叉分析方法考察模型参数对系统振荡现象的影响;最后根据结果分析系统产生振荡现象的条件。结果显示,该代谢途径中各步反应均有参数会对系统的振荡现象产生影响,得出产生极限环振荡的参数范围,同时根据结果分析,为今后抑制振荡或利用振荡有利特性提供指导。     

宰后早期猪肉、牛肉和鸡肉中能量代谢及蛋白质磷酸化

目的:探讨畜禽肉宰后能量代谢的差异及其可能的原因。方法:于宰后45 min测定鸡肉、灰白(pale soft exudative,PSE)猪肉、正常猪肉和牛肉中糖原、ATP/ADP/AMP含量及乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)活性,并提取肌浆和肌原纤维蛋白进行十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)和液相色谱-串联质谱鉴定,分析各组肉的磷酸化水平差异。结果:牛肉中糖原含量显著高于其他组(P0.05),正常猪肉组糖原和ATP含量显著高于PSE猪肉组和鸡肉组(P0.05),而PSE猪肉组的LDH活性显著高于其他组(P0.05);肌浆蛋白SDS-PAGE ProQ染色表明,宰后45 min PSE猪肉组中6个条带的磷酸化水平显著低于正常猪肉组(P0.05),而另有6个条带的磷酸化水平显著高于正常猪肉组(P0.05)。牛肉组和鸡肉组中分别有3个和1个条带的磷酸化水平偏低,1个条带和8个条带的磷酸化水平明显偏高。而肌原纤维蛋白电泳表明,牛肉中大部分蛋白质的磷酸化水平处于最高值,而鸡肉组处于最低值,猪肉介于两者之间;PSE猪肉组中7个条带的磷酸化水平显著低于正常猪肉(P0.05);6个条带的磷酸化水平显著高于正常猪肉(P0.05)。结论:宰后异质肉的形成受宰后糖原和ATP消耗速率、LDH活性的影响,同时与肌肉中糖酵解酶的磷酸化水平有关。     

3-溴丙酮酸联合多西他赛对人乳腺癌MDA-MB-231细胞增殖和凋亡的影响

目的: 观察3-溴丙酮酸（3-Bromopyruvic acid,3-BrPA）联合多西他赛（docetaxel,DTX）对乳腺癌MDA-MB-231细胞增殖和凋亡的影响,并探讨相关分子机制。方法: MTT实验检测不同药物处理后乳腺癌MDA-MB-231细胞株存活情况;流式细胞术PI单染法检测用药后细胞凋亡情况;ATP试剂盒检测3-BrPA对细胞内ATP水平的影响;线粒体膜电位检测试剂盒（JC-1）检测3-BrPA对细胞线粒体膜电位的影响;Western blot 检测用药后HexokinaseⅡ、Bax、Bcl-2和Mcl-1蛋白的表达情况。结果: 3-BrPA、DTX均可抑制MDA-MB-231细胞的生长,呈现浓度依赖性,低浓度3-BrPA明显增强DTX对MDA-MB-231细胞的抑制作用;3-BrPA作用于MDA-MB-231细胞5 h后,随药物浓度递增细胞内ATP水平递减;3-BrPA作用于MDA-MB-231细胞24 h后,HKⅡ表达减少,且使细胞线粒体膜电位发生降低; 40 μmol/L 3-BrPA联合2 μmol/L DTX处理24 h后,MDA-MB-231细胞凋亡率为63.5%,较单独用药组的凋亡率明显提高(P＜0.01)。3-BrPA与DTX联合作用于MDA-MB-231细胞后,凋亡相关蛋白Bcl-2和Mcl-1的表达减弱,Bax的表达增强。结论: 3-BrPA可增强DTX对乳腺癌MDA-MB-231细胞的增殖抑制作用以及凋亡诱导作用,其机制可能与下调Mcl-1和Bcl-2表达、上调Bax表达有关。     

牛α-乳白蛋白-油酸复合物对肿瘤细胞能量代谢的影响

本研究以人肝癌细胞(HepG2)为对象,分为α-LA-OA处理组、牛-α乳白蛋白(α-LA)处理组和溶剂对照组,以细胞的糖酵解和线粒体有氧呼吸2个过程中胞外酸化率和细胞耗氧率的变化水平为衡量指标,评估α-LA-OA对肿瘤细胞能量代谢的影响。结果表明,α-LA-OA能够显著性降低人肝癌细胞的糖酵解能力以及线粒体有氧呼吸能力,并降低ATP的产生量(P<0.05)和基础呼吸(P<0.05),而α-LA处理组和溶剂对照组均无上述作用(P>0.05)。结论:α-LA-OA能够降低肿瘤细胞的能量代谢水平。本研究为开发靶向能量代谢的抗肿瘤药物提供理论依据。     

巴美肉羊肌纤维特性与糖酵解潜力相关性的研究

以巴美肉羊为实验材料,测定了不同部位肌肉(背最长肌、股二头肌和冈上肌)肌纤维组织学特性和糖酵解潜力,研究了不同部位肌肉肌纤维组织学特性的差异,分析了肌纤维特性和糖酵解潜力之间的相关关系。结果表明,三个部位肌肉的肌纤维中以ⅡB型肌纤维为主。Ⅰ型、ⅡA型肌纤维在背最长肌中含量最少,股二头肌中次之,冈上肌中最多。ⅡB型肌纤维与之相反。Ⅰ型肌纤维直径和横截面积在三块肌肉间存在显著差异(p<0.05)。冈上肌中的ⅡA型肌纤维的直径和横截面积显著大于其他两个部位(p<0.05),背最长肌中的ⅡB型肌纤维的直径和横截面积小于其他两个部位(p<0.05)。背最长肌的糖酵解潜力值显著高于股二头肌和冈上肌的(p<0.05)。糖酵解潜力与Ⅰ型、ⅡA型肌纤维个数比例和面积比例成显著的负相关(p<0.05),与ⅡB型肌纤维数量比和面积比成显著的正相关(p<0.05)。     

巴寒杂交一代肉羊一磷酸腺苷激活蛋白激酶活性与肉品质的关系研究

选取巴寒杂交一代肉羊5月龄、6月龄、8月龄和12月龄不同部位骨骼肌,分别测定它们的一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)活性、糖酵解指标和肉质指标,研究不同月龄不同部位三者的差异,以探讨AMPK与宰后肌肉品质的相关性.结果表明:AMPK活性随着月龄的增加呈下降的趋势(p＜0.05),不同部位间背最长肌AMPK活性显著大于股二头肌和臂三头肌(p＜0.05);AMPK活性与pH24值呈极显著负相关(p＜0.01)、与肌糖元含量呈极显著正相关(p＜0.01),与L*值呈显著负相关(p＜0.05),与熟肉率呈显著正相关(p＜0.5).实验表明AMPK活性与pH24值、肌糖元含量、L*值和熟肉率具有显著相关性,AMPK可能通过调节糖酵解进程进而影响肉品质.