肿瘤细胞能量代谢特点及应用.ppt

癌细胞能量代谢的特点及代谢中的应用 1 能量代谢的定义？ 能量代谢:指体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移、贮存和利用的过程。也就是从能量方面来观察物质代谢。 在能量代谢方面，在化学键能（呼吸、发酵）或光能（光合成）直接转化成热量前转换成ATP，但是转化的效率为30—60％，转化成热能的一部分用于维持体温，或补偿由于蒸发而散失的热量等。捕获和贮藏的化学能根据需要而转换成力学能、电能、光能等。 生物体的能量代谢也服从于热力学第二定律。如果对生物界能量代谢的能流追根问底的话，那么太阳能几乎是一切能的来源。 动物机体能量来源与去路图 植物能量代谢图 Part2：生物氧化 生物氧化 糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化（biological oxidation），其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。在真核细胞内生物氧化多在线粒体内进行；在不含线粒体的原核生物（如细胞）体内生物氧化则在细胞膜上进行。 高能磷酸化合物 高能磷酸化合物在生物机体的能量转换过程中起着很重要的作用，在机体内有很多高能磷酸化合物，其磷酸键中贮存有大量的能量，这种能量称为磷酸键能。这类化合物的典型代表是三磷酸腺苷（ATP) 其他高能化合物 高能化合物之间的转换 呼吸链（respiratory chain) 概念：线粒体内膜中的一系列递氢和递电子酶及其辅酶按照一定顺序排列成的连锁性氧化还原体系。 氧化磷酸化（oxidativephosphorylation） 呼吸链中电子的传递过程偶联ADP磷酸化，生成ATP的方式，称为氧化磷酸化；是体内产生ATP的主要方式。 part3 肿瘤细胞能量代谢特点及应用 肿瘤细胞与人体正常细胞在代谢上有些不同, 这主要体现在能量代谢和物质代谢上。肿瘤细胞能量代谢的特点表现在活跃地摄取葡萄糖和谷胺酰胺, 进行有氧糖酵解(Warburg效应)。这种看上去很不经济的能量供给方式对肿瘤细胞却是必需的, 它既为肿瘤细胞的不断生长提供能量, 也为它们提供了生物合成的原料。 正常细胞的能量代谢 细胞代谢依赖ATP提供能量。细胞产生ATP的方式主要有两种, 糖酵解和氧化磷酸化。糖酵解是指在细胞质中分解葡萄糖生成丙酮酸的过程, 此过程仅产生2个ATP。正常细胞从糖酵解中获取大约20%~30%自身代谢所需的能量。在有氧条件下, 丙酮酸被转运至线粒体内进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环（ TCA cycle), 经氧化磷酸化完全分解成水和二氧化碳并产生ATP和NADPH。这一过程提供了细胞代谢所需能量的70%。在缺氧条件下丙酮酸被乳酸脱氢酶A (lactate dehydrogenase A, LDH-A)还原为乳酸, 伴有NADH的氧化过程, 形成的NAD+对维持糖酵解过程是必需的 肿瘤细胞七大特性 1肿瘤的自我增殖能力 2凋亡抵抗 3无限的复制潜能 4对抗生长信号的不敏感性 5持续的血管生成能力 6组织侵袭转移能力 7有氧糖酵解能力非常强 肿瘤细胞糖酵解代谢活跃的机制 1：HIF的激活导致肿瘤细胞糖酵解增加 肿瘤组织由于其快速生长的特点, 加之肿瘤组织的血管结构异常导致供血减少, 因此缺氧是肿瘤细胞普遍存在的状态。缺氧的微环境会刺激细胞低氧诱导因子(hypoxia induciblefactor, HIF)基因的转录而HIF1的激活使葡萄糖转运子糖酵解酶的表达增加并加速糖酵解，结果使乳酸产生增多，增加肿瘤微环境的酸性进而促进糖酵解，此外，HIF1也能激活丙酮酸脱氢酶激酶 （PDKs) ， PDKs使线粒体中的丙酮酸脱氢酶复合体失活，减少葡萄糖来源的丙酮酸进入三羧酸循环，因此使氧化磷酸化和氧消耗减少，使肿瘤细胞的糖酵解增加，并在低氧条件下节约氧，因此进一步促进了肿瘤的有氧糖酵解的发生。 2基因表达的异常改变 糖酵解关键酶或载体活性或数量的改变也与基因的异常改变密切相关，如原癌基因Ras,Myc等异常活化，或是抑癌基因如P53突变等的失活。癌组织中普遍存在的缺氧微环境会进一步增加这些基因和酶的活性。缺氧和Ras蛋白也通过增加 HIF-1α和HIF-β2上调糖酵解。HIF-1的激活在癌细胞糖酵解相关酶或载体的转录和翻译过程中扮演重要角色。 3线粒体氧化磷酸化功能的损害 有氧糖酵解的另一个重要环节是线粒体功能缺陷, 会造成线粒体氧化磷酸化功能的损害。引起线粒体氧化磷酸化功能的损害的原因有多种, 如线粒体DNA变异、电子传递链机能障碍、能量代谢相关酶类的表达异常等。 葡萄糖经GLUT进入细胞后经糖酵解生成丙酮酸，在正常条件下丙酮酸在线粒体内进行氧化磷酸化，而在缺氧