细胞代谢通路 | CST 博客

细胞稳态受几个关键代谢通路的协调活动调节。这些过程包括碳水化合物代谢、脂质代谢、谷氨酰胺代谢和核苷酸代谢，可维持细胞的能量状态，并提供必要的组成部分以确保适当的细胞功能。继而，许多这些代谢通路受细胞外信号转导的调节。例如，胰岛素通过其同源受体起作用，作为控制关键能量功能（如葡萄糖和脂质代谢）的主要激素。

碳水化合物代谢

糖代谢涵盖所有负责形成、分解及相互转化糖类（由碳、氢和氧 (CHO) 组成的分子）以确保向活细胞恒定提供能量的生化过程。

• 葡萄糖是代谢的主要底物，被小肠吸收入血液，并循环到体内所有组织，在这些组织中，摄取受胰岛素信号转导调节，以提供个体大部分的日常能量需求。
• 葡萄糖通过称为糖酵解的过程进一步分解为丙酮酸，该过程可净生产三磷酸腺苷 (ATP)，这是活细胞的重要能量来源。
• ATP 主要在肝脏和骨骼肌中通过糖原生成作用转化为多糖糖原，在肝脏和骨骼肌中其充当可以通过糖原分解作用作为游离葡萄糖释放的紧急燃料储备。

α-淀粉酶是一种可以通过将长链糖或多糖分子分解成较小者（例如淀粉和葡萄糖）辅助消化的钙金属酶。上图：使用 α-Amylase (D55H10) XP^® Rabbit mAb #3796 对石蜡包埋的人胰腺组织进行免疫组织化学分析。

胰岛素信号转导

胰岛素是控制关键能量功能（包括葡萄糖和脂质代谢）的主要激素。

• 胰岛素结合并激活胰岛素受体酪氨酸激酶，该激酶主要通过 PI3K/AKT 和 ERK1/2 通路引发下游信号转导，随后磷酸化并募集底物衔接子，包括 IRS 蛋白质家族。
• 通过刺激脂肪和肌肉细胞摄取葡萄糖并减少肝脏中葡萄糖的合成来维持葡萄糖稳态。
• 胰腺的胰岛素分泌由血糖水平调节。

胰岛素受体信号转导通路。胰岛素是控制关键能量功能（如糖脂代谢）的主要激素。

脂质代谢

脂质代谢包括参与脂质合成或降解的生物过程，脂质是一类有机化合物，包括不溶于水但可溶于有机溶剂的脂肪酸或其衍生物。

• 脂质充当关键细胞结构（例如膜）的构建单元，在许多细胞信号转导网络中发挥作用，并且是用于支持细胞功能的富能燃料来源。
• 被称为甘油三酯的复合脂质在口腔和小肠的消化过程中被称为脂肪酶的酶分解，并通过脂蛋白在血液中运输。
• 脂肪酸既是细胞中的能量来源，又是细胞中的能量储存单位。脂肪酸在细胞胞质中从乙酰辅酶 A 和 NADPH 于脂肪酸合酶催化的过程中合成，随后代谢成充当细胞膜主要组分且还在细胞信号转导通路中起作的磷脂。

使用 Phospho-Acetyl-CoA Carboxylase (Ser79) (D7D11) Rabbit mAb #11818 对石蜡包埋的小鼠肝组织进行免疫组织化学分析。

脂肪酸合酶 (FASN) 催化乙酰辅酶 A 和丙二酰辅酶 A 合成长链脂肪酸。使用 Fatty Acid Synthase (C20G5) Rabbit mAb #3180（绿色）对 HeLa 细胞进行免疫荧光分析。肌动蛋白丝已用 DY-554 鬼笔环肽（红色）标记。伪彩蓝色 = DRAQ5™（荧光 DNA 染料）。

谷氨酸代谢

氨基酸谷氨酰胺是迅速增殖细胞的重要代谢燃料。

• 谷氨酰胺是循环中和细胞内库中最丰富的游离氨基酸。
• 充当底物，以满足分裂细胞中对 ATP、生物合成前体和还原剂不断增长的需求。
• 特定的氨基酸转运蛋白使谷氨酰胺进入细胞，然后在线粒体中转化为谷氨酸，后者是 TCA 循环中间体 α 酮戊二酸的前体。
• 癌细胞通常依赖谷氨酰胺代谢来满足增加的能量需求。

谷氨酰胺代谢通路。谷氨酰胺是一种重要的代谢燃料，有助于快速增殖的细胞满足对 ATP、生物合成前体和还原剂的日益增长的需求。 

核苷酸代谢

核苷酸代谢是合成和降解核酸、DNA 和 RNA 的基本构建单元所需的一系列生化反应。

• 嘌呤（腺嘌呤和鸟嘌呤）和嘧啶（胞苷、尿苷和胸苷）是两个主要核苷酸类群。所有核苷酸均由戊糖和磷酸组群组成，但嘌呤和嘧啶的氮碱基大小不同。
• 三磷酸核苷（ATP、GTP、CTP 和 UTP）形式的核苷酸充当许多细胞功能（包括氨基酸和蛋白质合成、细胞迁移和分裂）所需的化学能储存，这些能量通过去除磷酸盐来释放。
• 环状核苷酸 cGMP 和 cAMP 在受一类称为环核苷酸磷酸二酯酶的酶类修饰的许多细胞信号转导级联反应中充当关键的第二信使。

使用 CNPase (D83E10) XP^® Rabbit mAb #5664（绿色）和 α/β-Synuclein (Syn205) Mouse mAb #2644（红色）对大鼠小脑组织进行共聚焦免疫荧光分析。伪彩蓝色 = DRAQ5^® #4084（荧光 DNA 染料）。