植物丙酮酸脱氢酶系及其调节酶的研究进展

糖类需氧氧化过程的限速步骤是丙酮酸的脱羧氧化,催化此反应的酶是丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydroge-nase complex,PDC)。PDC存在于线粒体中,其核心结构由三种酶组成。丙酮酸脱氢酶激酶(pyruvate dehydrogenase kinase,PDK),是PDC的负调控酶,负责催化丙酮酸脱氢酶(Pyruvate dehydrogenase,PDH)磷酸化使其失活。丙酮酸脱氢酶磷酸酶(Pyruvate dehydrogenase phosphatase,PDP)则催化已磷酸化的PDH去磷酸化使其复活。本文主要从酶的结构及作用机制方面作简单概述。     

螺旋藻β-胡萝卜素代谢控制分析及其新方法的研究

代谢控制分析(MCA)的两大难题是获得酶活性的扰动和通量控制系数(FCC)的计算,需要借助基因操作和复杂的计算推理。研究表明数量性状基因座(QTL)效应和通量控制系数(FCC)具有极其相似的分布规律,均呈L形分布,即代谢通量具有与数量性状一致的遗传变异规律。因此,本实验将螺旋藻(Spirulina)β-胡萝卜素(β-carotene)的代谢通量作为一个数量性状,运用主成分分析、通径分析等数量遗传学分析方法研究其代谢途径中酶对通量的影响方式和程度。在相关分析的基础上计算得到了基于主成分分析的控制系数Cpi和基于通径分析的控制系数R2i,对比分析表明这两组控制系数的变化规律基本一致,表明螺旋藻β-胡萝卜素合成途径中番茄红素-β-环化酶(LYC-B,CpLYC-B=0.161,R2LYC-B=0.2601)、RuBP羧化酶(RuBisCO,CpRuBisCO=0.121,R2RuBisCO=0.2453)、磷酸甘油酸变位酶(PGM,CpPGM=0.163,R2PGM=0.2320)、丙酮酸脱氢酶(PDHC,CpPDHC=0.119,R2PDHC=0.1584)和异柠檬酸脱氢酶(ICDH,CpICDH=0.172,R...     

乳酸代谢通量调控规律的研究

选取了8株嗜酸乳杆菌进行分批发酵培养,分别测定了它们对数生长期乳酸发酵途径中10种相关酶的活性,分析了乳酸的代谢通量,并首次引入数量遗传学方法利用通径分析研究了酶活性对乳酸通量的直接和间接影响,建立了类似于代谢控制系数的决定系数R2(i)。该系数实际上反映了酶对乳酸通量的控制程度,研究结果显示,丙酮酸激酶(R2(PK)=0.3705)、己糖激酶(R2(HK)=0.3053)、磷酸丙糖异构酶(R2(TPI)=0.2733)和乳酸脱氢酶(R2(LDH)=0.2601)对乳酸通量具有相对较高的决定系数,对乳酸通量起主要控制作用;3-磷酸甘油醛脱氢酶(R2(GAPDH)= -0.1320)的决定系数为负值,对乳酸通量具有较为明显的负控制作用。本文首次应用数量遗传学方法研究相关酶对乳酸代谢通量的控制作用,这将为代谢控制分析提供新的思路。     

白藜芦醇对大鼠代谢网络通量的影响

本研究设置了对照组以及白藜芦醇低、中、高3 个剂量（2、20、200 mg/kg）实验组,每组各6 只雄性大鼠,对灌胃后的大鼠建立代谢网络模型,进行乳酸代谢网络通量的研究。结果表明：在给大鼠喂食2 mg/kg的白藜芦醇时,机体分解代谢降低,但当白藜芦醇的剂量为20 mg/kg时,机体分解代谢增加,当白藜芦醇剂量为200 mg/kg时,机体分解代谢增加趋势更为明显。在白藜芦醇剂量为2 mg/kg时,机体分解代谢最低,低剂量的白藜芦醇可能有助于现代文明病的预防和治疗。当剂量达到200 mg/kg时,机体分解代谢明显增强,说明它可能会对机体造成毒副作用。显然,白藜芦醇只能在一定的剂量范围内发挥保健作用。     

外源褪黑素对‘爱媛38号’柑橘品质和乙醇代谢的影响

将采摘后的‘爱媛38号’柑橘果实经1. 0 g/L褪黑素浸泡处理,在低温(6～8℃)贮藏过程中测定果实品质和乙醇代谢相关指标的变化。结果表明,与对照相比,采后褪黑素处理能使果实的新鲜度和Vc含量分别提高21. 40%和8. 85%(P <0. 05),同时提升了果实的风味与可溶性固形物含量,抑制了果实的呼吸强度。贮藏60 d时,经褪黑素处理后的果实丙酮酸含量上升了17. 42%,乙醇、乙醛含量分别减少了52. 21%、36. 85%(P <0. 05),丙酮酸脱羧酶(pyruvate decarboxylase,PDC)和乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,ADH)的基因表达量与酶活性均呈下降趋势。综上,以质量浓度为1. 0 g/L的褪黑素处理可以有效减少柑橘果实中乙醇的积累,提高果实贮藏品质。     

二氧化硫对葡萄采后有机酸含量及苹果酸代谢途径的调控作用

为探究二氧化硫(sulfur dioxide,SO_2)对木纳格葡萄采后果实中有机酸含量及苹果酸代谢调控的影响。基于高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)测定果实贮藏过程中酒石酸、L-苹果酸、L-抗坏血酸和柠檬酸含量的变化,采用转录组测序(RNAsequencing,RNA-Seq)分析SO_2调控果实苹果酸代谢的主要途径。并通过测定苹果酸脱氢酶基因(malate dehydrogenase,MDH)、细胞质苹果酸脱氢酶基因(cytoplasmic malate dehydrogenase,cyt MDH)、线粒体苹果酸脱氢酶基因(mitochondrial malate dehydrogenase,mt MDH)、乳酸脱氢酶基因(L-lactate dehydrogenase,LDH)、NADP-苹果酸酶基因(NADP-dependent malic enzyme,NADP-ME)、丙酮酸脱羧酶1基因(pyruvate decarboxylase1,PDC1)、丙酮酸脱羧酶2基因(pyruvate decarboxylase2,PDC2)和乙醇脱氢酶基因(alcoholdehydrogenase,ADH)的表达差异性,进一步验证转录组测序的结果。结果表明:贮藏第60d,SO_2处理组果实中酒石酸、L-抗坏血酸和柠檬酸分别比CK组高0.13 mg/g、0.34 mg/100 g、0.02 mg/g;L-苹果酸比CK组低0.64 mg/g。SO_2可以维持木纳格葡萄果实中的酒石酸、L-抗坏血酸和柠檬酸含量,通过上调mt MDH、LDH、NADP-ME、PDC1和下调MDH、cyt MDH、PDC2、ADH的相对表达量,促进果实中L-苹果酸含量的分解,保持果实的风味特征。本研究为研究SO_2对鲜食葡萄采后果实有机酸代谢的调控作用提供理论依据。     

南美白对虾响应急冷与无水暴露双重胁迫的生理变化特征

为揭示南美白对虾响应急冷与无水暴露双重胁迫的生理调节机制，优化南美白对虾无水保活运输管理和提升运输存活质量，本实验模拟南美白对虾无水保活流通环境，探究急冷（acute cold exposure,AC）与无水暴露（waterless duration,WD）双重胁迫（AC+WD）对南美白对虾机体代谢途径及肝胰腺组织结构的影响。结果表明，在胁迫进程中，对虾血清乳酸（lactic acid,LD）浓度、肝胰腺和肌肉中乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase,LDH）活力上升，血清LDH、己糖激酶（hexokinase,HK）、琥珀酸脱氢酶（succinatedehydrogenase,SDH）、磷酸果糖激酶（phosphofructokinase,PFK）、丙酮酸激酶（pyruvate kinase,PK）、Na+/K+-ATPase活力均先升高后降低，而肌肉三磷酸腺苷（adenosine triphosphate,ATP）和肝胰腺糖原（glycogen,Gn）含量降低。复苏后血清葡萄糖（glucose,Glu）和LD浓度分别为（23.92±0.59）mmol/L和（6.27...     

螺旋藻β-胡萝卜素代谢通量调控规律的研究

结合细胞组成数据建立了螺旋藻β-胡萝卜素的代谢通量分析模型,对不同温度下培养的螺旋藻β-胡萝卜素的代谢通量进行了分析.结果显示,温度对β-胡萝卜素的代谢通量影响较为明显,33℃下通量最高,为6.51.测定了不同培养温度下β-胡萝卜素合成途径中11种相关酶的活性,并利用相关分析和主成分分析研究了酶活性对β-胡萝卜素通量的调控规律,建立了基于相关分析和主成分分析的类似与代谢控制系数的分析参数Cci,很好地反映了酶对通量的控制程度.结果显示,RuBP羧化酶(CcRuBisCO=0.296),葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(CcG6PD=0.23)和丙酬酸脱氢酶(CcPDHC=0.221)对β-胡萝卜素通量具有相对较高的控制作用,说明它们对通量起着主要控制作用;α-酮戊二酸脱氢酶(Ccα-KODHC=-0.102)、磷酸甘油酸变位酶(CcPGM=-0.081)和异柠檬酸脱氢酶(CcICDH=-0.074)的系数为负值,说明它们对通量具有一定程度的负控制作用.     

凡纳滨对虾在二氧化碳麻醉无水保活过程中呼吸代谢及免疫的变化

为了研究凡纳滨对虾在二氧化碳麻醉无水保活过程中呼吸代谢及免疫的变化,本文分析了未处理(对照)、无水保活和复苏3种状态下,凡纳滨对虾葡萄糖(Glu)、乳酸(LD)及鳃中3种糖酵解关键酶、有氧代谢和无氧代谢关键酶、免疫相关酶及血淋巴细胞总数(THC)变化。结果显示:无水保活中对虾Glu浓度低于对照组,LD浓度则显著高于对照组;己糖激酶(HK)、果糖磷酸激酶(PFK)和丙酮酸激酶(PK)这3种糖酵解关键酶活力均高于对照组;反映有氧代谢水平的琥珀酸脱氢酶(SDH)活力低于对照组,反映无氧代谢水平的乳酸脱氢酶(LDH)则相反;对虾THC随着保活时间延长显著低于对照组(p<0.05),超氧化歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活力先低于对照组后高于对照组。复苏后,HK、PK、SOD和POD恢复到对照组水平,Glu、LD、PFK、SDH、LDH和THC均与对照有显著差异。无水保活过程中,凡纳滨对虾糖酵解加快以及无氧代谢加强,同时体液免疫功能正常发挥作用,无水保活8 h未造成其代谢及免疫功能紊乱。本研究结果可为对虾类无水保活技术提供理论依据。     

乳酸盐代谢及其在健康中的关键作用

为什么乳酸菌及其发酵食品往往有利于健康？或许这正是由于其产乳酸盐的作用。乳酸盐代谢已经得到了生理和生物化学家的广泛关注。然而,20世纪的前叶,乳酸盐还一直被作为废物,特别是作为肌肉疲劳的罪魁祸首。但是最近,越来越多的研究结果证明,乳酸盐在多细胞有机体中发挥了关键性作用。已经证明乳酸有多种生理功能,可以作用于机体的激素释放、调节多种酶活性,控制机体代谢平衡。此外,这些特性还直接关系到病理作用的发生和发展,如糖尿病和癌症。乳酸盐不能简单地认为是一种厌氧发酵产物,其实更应该把它作为一个调节分子,可以调节和整合多条代谢途径。虽然乳酸盐本身并不是一种具氧化还原作用的化合物,但是,它作为一种重要的中间代谢产物参与了糖酵解、生物氧化和生物合成。乳酸盐在胞浆中由糖酵解途径合成,通过和丙酮酸之间的互相转化与NADH/NAD＋偶联,由乳酸脱氢酶催化。所以乳酸盐在NADH/NAD＋、pH值、ATP、生物氧化与合成的动态平衡中发挥着重要作用。也正是因为这些生物活性,乳酸盐已经被广泛应用于发酵和功能性食品生产、肉类食品质量保护和护色、防癌、抗癌;同时,乳酸盐还是生理变化、应激和病理评估的理想标志物。     

氧化还原电位调控对钝齿棒杆菌代谢通量分布的影响

研究不同氧化还原电位对钝齿棒杆菌厌氧发酵特性的影响,并对菌株的代谢通量分布特征进行了分析。结果表明,氧化还原电位由－56 mV降为－400 mV时,发酵液中琥珀酸质量浓度由14 g/L上升为20.2 g/L,乳酸质量浓度由44.9 g/L下降为35.2 g/L。代谢通量分析结果表明,降低氧化还原电位对6-磷酸葡萄糖与磷酸烯醇式丙酮酸节点处的代谢流分布影响显著。氧化还原电位为－400 mV时,胞内戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway,HMP）代谢通量与－56 mV相比增加了1.74 倍,由磷酸烯醇式丙酮酸流向C4途径的代谢通量与－56 mV相比增加了78%,琥珀酸通量由31.73 mmol/（L·g·h）增加到56.53 mmol/（L·g·h）,乳酸代谢通量由159.73 mmol/（L·g·h）下降为133.50 mmol/（L·g·h）。研究结果表明6-磷酸葡萄糖与磷酸烯醇式丙酮酸节点是影响钝齿棒杆菌厌氧发酵产琥珀酸的关键节点,为后期通过菌种改造以调节乳酸和琥珀酸的生成比、实现乳酸与琥珀酸联产奠定了基础。     

母乳和牛乳中乳脂肪球膜蛋白质的差异分析

为比较乳脂肪球膜（milk fat globule membrane,MFGM）蛋白在母乳和牛乳中的差异,采用有机试剂提取法,从母乳和牛乳中提取分离出MFGM蛋白,经皮尔斯TM去垢小柱去除十二烷基硫酸钠后,通过液相色谱-质谱联用技术检测分析,检测结果根据特异性肽段匹配数不小于1筛选后,在母乳和牛乳中分别检测到863 种和454 种蛋白,其中二者共有175 种,分别独有688 种和279 种。将母乳中差异表达的688 种蛋白质按PANTHER数据库进行蛋白质的Gene Ontology（GO）功能注释,这些蛋白主要是细胞部分、细胞器、细胞膜等组分,参与的生物途径有新陈代谢过程、生物调节、刺激性反应、免疫系统过程、再生作用等,具有催化、黏合、转运、酶调节等多种分子功能。另外,母乳中的这些差异蛋白参与氨酰tRNA生物合成、致病性大肠杆菌感染、脂肪酸代谢、丙酸代谢、甾体合成、酸降解等都是牛乳中的乳脂肪球膜蛋白不具有的功能。通过分析得出母乳和牛乳中的MFGM蛋白具有明显差异,虽然有部分组成和功能的重叠,但在丰度和代谢路径上,牛乳MFGM蛋白不能替代母乳MFGM蛋白。     

热处理对哈密瓜蔗糖和乳酸通量的影响

对哈密瓜进行热处理会更好地提高其贮藏品质,从蔗糖积累和呼吸代谢的角度研究热处理更能揭示其作用的本质。以哈密瓜为材料,研究热处理对哈密瓜代谢网络通量的影响。将哈密瓜分别经过45、50、55 ℃热处理3 h之后立即置于最适贮藏温度5 ℃条件下贮藏21 h,以单一5 ℃处理24 h为对照,得到在不同温度条件下哈密瓜不同空间位置糖酵解途径、三羧酸循环、蔗糖合成途径、戊糖磷酸途径的代谢通量。结果显示：45 ℃和50 ℃处理组都有较高的蔗糖和乳酸通量,但以45 ℃处理组通量最高,作为热处理温度最为合适;而55 ℃处理组与空白对照无较大差别。本实验从代谢的角度深入研究果实的热处理贮藏,以期为提高果实的贮藏品质提供参考。     

谷氨酰胺产生菌NS611的代谢流分析

建立并完善了谷氨酸棒杆菌NS611生产谷氨酰胺的中心碳代谢网络.研究了菌体生长和生产阶段的代谢流分布,结果说明该菌葡萄糖的代谢以糖酵解途径为主,在产酸阶段丙酮酸羧化反应的代谢流量较大。NADPH不是谷氨酸棒杆菌NS611代谢的限制性因素.研究了氮饥饿处理对代谢流分布的影响,提出要提高谷氨酰胺的产量必须适当保留α-酮戊二酸的向下氧化的功能,以保证能量供给.     

Practical implications of lactate and pyruvate metabolism by lactic acid bacteria in food and beverage fermentations

This article reviews the metabolism of pyruvate and lactate by lactic acid bacteria (LAB) involved in food and beverage fermentations with an emphasis on practical implications. First, the formation of pyruvate and lactate from a range of substrates, including carbohydrates, organic acids and amino acids, is briefly described. The catabolism of pyruvate and lactate by LAB is then reviewed. This is followed by a discussion of lactate degradation and racemisation by LAB from specific fermented foods and beverages. Finally, the impact of environmental factors and metabolic engineering on pyruvate and lactate metabolism by LAB is evaluated with regard to practical significance.     

山西老陈醋对大鼠机体影响的代谢组学研究

采用基于核磁共振氢谱（1H nuclear magnetic resonance,1H NMR）的代谢组学技术,结合代谢通路分析,对山西老陈醋对大鼠机体代谢组学的影响进行研究。结果表明：给予山西老陈醋后,大鼠的血清和尿液内源性代谢物发生明显变化,其中α-葡萄糖、β-葡萄糖、乳酸、柠檬酸、苹果酸、脂质和马尿酸等代谢物含量变化较大。代谢通路分析发现,山西老陈醋能显著影响大鼠机体的酮体合成与降解、淀粉和蔗糖代谢以及三羧酸循环和丁酸甲酯代谢,这些影响主要与能量代谢、糖代谢、脂肪代谢等过程密切相关。本研究从代谢组学的角度分析了山西老陈醋对大鼠正常机体代谢物的影响,为其抗疲劳、降糖、降脂等保健作用提供了研究依据。     

Analysis of cellular metabolism of hybridoma cells at distinct physiological states

Hybridoma cells were cultivated in a chemically defined medium in continuous cultures. These cultures reached different steady states marked by distinctive cell metabolism depending on the culture conditions leading to the steady state. Those steady states with different metabolism are characterized by different stoichiometric ratios of lactate production to glucose consumption (deltaL/deltaG). The specific consumption rates of glucose, glutamine and other amino acids are reduced when DeltaL DeltaG reduces. Those steady states do not have a few discrete values of deltaL/deltaGs , rather they span from a high deltaL/deltaG state (> 1.0) to an intermediate state (0.1 < or = deltaL/deltaG < or = 1.0), and reduces even further at a low deltaL/deltaG state (< 0.1). Metabolic flux analysis was performed to compare energy metabolism of cells in cultures representing these three distinct metabolic states. The material balance on carbon and nitrogen was facilitated by the use of chemically defined medium. The formation of biomass was systematically estimated. It was revealed that all glycolysis and TCA cycle fluxes are reduced as deltaL/deltaG decreases. At the low deltaL/deltaG state, a reduction in amino acid specific consumption rate is accompanied by a reduction in all the fluxes around pyruvate. The analysis also shows that the outflux from the TCA cycle to form pyruvate, which contributes to lactate formation, is possibly linked to the higher consumption rate of amino acids at the high deltaL/deltaG state. Taken together the results suggest the amino acid metabolism plays an important role in reducing lactate production in mammalian cell culture.     

‘印度青’苹果合成与分解代谢通量研究及贮藏温度的优化

本研究以‘印度青’苹果为原料，研究在不同贮藏温度下合成与分解代谢网络通量，并在此基础上优化其贮藏温度。将‘印度青’苹果放置在7 个不同温度（0、2、5、10、15、20、40 ℃）条件下，测定‘印度青’苹果不同部位糖酵解途径、三羧酸循环、蔗糖合成途径、磷酸戊糖途径的代谢通量。结果显示：2 ℃时蔗糖有较高的合成通量，由外到内4 个部位分别为32、42、47和33，乳酸盐也在2 ℃时有较高的代谢通量，由外到内4 个部位分别为1.87、1.86、1.86和1.86，在此温度下有较低的分解代谢和较高的蔗糖合成代谢，因此，2 ℃是‘印度青’苹果较好的贮藏温度。通过不同温度下‘印度青’苹果的各个部位之间代谢通量上的变化，可以建立以乳酸盐与蔗糖通量为评价标准的定量化模型，这可为今后更好地研究延长水果的贮藏寿命提供新的研究方法和理论参考。