水產(chǎn)動物生理學(xué)課件：chapt 4 代謝與生長

1、第四章 代謝與生長CatabolismAnabolismBuild upBreak-ing down第一節(jié) 代謝/#/map/1Fatty liverMetabolism Issue of fishIntestine damage Carbohydrate Amino acid 攝入總能(IE)糞能(FE)消化能(DE)代謝能(ME)凈能(NE)生產(chǎn)能(RE)a生長b體脂c繁殖維持熱(HEm)a基礎(chǔ)代謝(HeE)b隨意運動(HjE)c體溫調(diào)節(jié)(HcE)熱增耗(HiE)a代謝廢物形成和排泄(HwE)b物質(zhì)形成與轉(zhuǎn)化(HrE)c營養(yǎng)物消化吸收(HeE)鰓分泌物(ZE)尿(UE)排泄損失熱損失能量利

2、用影響代謝水平的主要因素 魚類的MO2受到魚體大小、季節(jié)、水中氧含量、溫度、光照、食物豐度、營養(yǎng)水平、性腺發(fā)育和生殖活動、內(nèi)分泌活動、運動能力和水平、疾病、鹽度等等的影響。 （1）MO2與魚體大?。w重）的關(guān)系MO2的對數(shù)和體重的對數(shù)相關(guān)各點作圖，使成一傾斜的直線，直線的斜率大致接近0.8。 MO2=KW0.8MO2和魚體重量關(guān)系圖 (依D. J. Randall) K各種魚的常數(shù)； W魚體重MO2的體重比(weight specific MO2)，即MO2/體重，則隨著體重的增加而減少。亦即大魚有較小的相對MO2（除以體重），而小魚有較大的相對MO2 （除以體重）。 MO2 /體重依魚體重增

3、加而減少的一般規(guī)律是：W-0.2，即直線的斜率為-0.2， MO2 /W=KW-0.2。MO2 /體重依魚體重增加而減少的關(guān)系(依D. J. Randall) （2）MO2和魚體生理狀況的關(guān)系魚類的MO2隨著溫度的升高而增加。但它們之間的確切關(guān)系是依不同的種類、魚所適應(yīng)的溫度以及環(huán)境溫度的變化范圍等等而有所不同。溫度在魚所適應(yīng)（馴化）的溫度10的范圍內(nèi)，溫度變化10，MO2 的變化大約是2.3的因數(shù)。魚類的標(biāo)準(zhǔn)MO2與活動MO2和溫度的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)MO2 魚類在適應(yīng)溫度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其代謝水平的基本機(jī)理 是酶活性，特別是參與代謝活動的各種酶活性的調(diào)節(jié)：酶濃度（分泌量）變化：包括許多參與分解代謝活動的酶

4、類，如氧化磷酸化作用的乳酸脫氫酶 、蘋果酸脫氫酶 、琥珀酸脫氫酶 等。酶類型（質(zhì)）的變化：變溫動物包括魚類的一些酶在不同溫度條件下能產(chǎn)生“冷的”和“熱的”變型或者同功酶 ，如丙酮酸激酶。這些同功酶在不同的溫度下表現(xiàn)明顯不同的酶-底物親和力。 酶活性的變化： Km 值表示酶反應(yīng)速度達(dá)到 最大反應(yīng)速度一半時的底物 濃度； Km值最低時的溫度正是魚 所馴化的溫度。虹鱒丙酮酸激酶和底物磷酸烯醇丙酮酸(PEP)在馴化溫度2和18時的親和力(Km值) (參考D. J. Randall)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境和組成的變化包括細(xì)胞內(nèi)pH值、離子組成和膜構(gòu)造的變化。如冷處理引起線粒體膜脂類的變化，對金魚琥珀酸脫氫酶的活性有

5、直接影響；加入從低溫馴化魚得到的脂比從高溫馴化魚得到的脂類能較好地激活琥珀酸脫氫酶。不同來源的脂類對提純的琥珀酸脫氫酶的活化情況(脂類為從在5和25馴化后魚的游離線粒體提純的線粒體脂類) (依D. J. Randall) （2）MO2和魚體生理狀況的關(guān)系游 泳魚類在游泳時，MO2 能以10的因數(shù)而增加，少數(shù)游泳能力特別強的魚類MO2 可以增加15倍。在一般情況下，魚類的游泳速度每增加一個體長單位，即體長/秒(body length/second)，MO2 以大約2.3的因數(shù)增加。爆發(fā)性運動：速度快、游泳時間200 min，能量來自于需氧代謝；游泳時間介于20s與200min之間的游泳速度（運動

6、）魚類運動根據(jù)游泳速度可分三類：3.2 不同游泳速度魚類的氧消耗率實驗魚體重和水溫如下: Atlantic salmon (Salmo salar), 1kg 10 ; European eel (Anguilla anguilla), 0.643 kg 18 ; sea bass (Dicentrarchus labrax), 0.325 kg 18 ; bluefin tuna (Thunnus thynnus), 8.3kg 20 ; saithe (Pollachius virens), 0.485 kg 10 ; Chinook salmon (Oncorhynchus tshawy

7、tscha), 0.387 kg 10 .支持運動肌肉代謝需求升高的心呼吸變化心血管系統(tǒng)心血管氧氣運輸至肌肉心血輸出靜脈血中的氧氣水流毛細(xì)血管擴(kuò)散增加毛細(xì)血管大面積鰓氣體擴(kuò)散第二節(jié) 生 長一、魚類生長的基本特點生長：生物體積增大或者細(xì)胞數(shù)量增多-能量儲存 一、魚類生長的基本特點生長的評價指標(biāo)：體長、體重、肥滿度、耳石微細(xì)結(jié)構(gòu)的增長變化、氮的存留量（氮保留率）、RNA:DNA補償生長（compensatory growth）無限生長（indeterminate growth）-肌纖維增生（Hyperplasia）與肥大（Hypertrophy）脅迫-生長停滯或負(fù)增長-快速的迸發(fā)式的生長魚類生長階

8、段劃分的依據(jù)：1、身體結(jié)構(gòu)的再組織；2、體型、附肢長度或消化道長度和構(gòu)造發(fā)生 顯著變化；3、主要生理功能發(fā)生變化；4、生長率突然增快或者減慢。二、影響魚類生長的因素外因：環(huán)境、餌料、密度、病害、種間競爭；內(nèi)因： 代謝情況（蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)）三、魚類生長的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)控（一）生長激素的結(jié)構(gòu)和功能生長激素(Growth Hormone，GH)是所有脊椎動物腦垂體前葉嗜酸性細(xì)胞合成并分泌的一種單鏈多肽激素，屬于GH/PRL/SL家族，其與催乳激素(prolactin，PRL)和生長催乳素(Somatolactin，SL)同屬一個基因家族。5個外顯子和 4個內(nèi)含子，基因的長度為 2.5-3.0 kb。6個外

9、顯子和 5個內(nèi)含子，基因的長度為 4.5-5.0 kb，如虹鱒、蛙、大鱗大馬哈魚、羅非魚、澳洲肺魚。但是鯉魚和草魚等理科魚類的 GH 卻只有 5 個外顯子和 4 個內(nèi)含子，與哺乳類的 GH結(jié)構(gòu)相似。魚類GH基因結(jié)構(gòu)類型：魚類GH蛋白結(jié)構(gòu)特點：魚類的GH由173188個氨基酸組成它們和哺乳類GH化學(xué)結(jié)構(gòu)的主要相同特征是：有4個半胱氨酸殘基 (鯉魚類有5個) 而形成兩個雙硫鏈；在第82位置上都保留一個色氨酸殘基；有四個相同的氨基酸順序區(qū) (功能性區(qū)段)：即由第6到第22，第60到第82，第110到第119，第158到第180位的氨基酸殘基。每個GH有兩個生長激素結(jié)合蛋白（Growth Hormon

10、e Binding Protein，GHBP）或生長激素受體（Growth Hormone Receptor，GHR）的結(jié)合位點。魚類GH蛋白結(jié)構(gòu)特點：（二）生長激素分泌活動的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)1、刺激性神經(jīng)內(nèi)分泌因子（1）生長激素釋放素（GHRH） 主要的功能是和垂體的 GH 分泌細(xì)胞上表達(dá)的 GHRH 受體(GHRH receptor, GHRH-R)結(jié)合, 刺激 GH 的釋放。（1）生長激素釋放素（GHRH） 2007 年，最早的一批魚類 GHRH cDNA 在斑馬魚和金魚中被克隆鑒定, 由 27 個氨基酸組成的魚類 GHRH 成熟多肽和人類的 GHRH 相應(yīng)部分同源性高達(dá) 81.5%。 迄

11、今，GHRH/GHRH-R 體系已在一些硬骨魚類中被發(fā)現(xiàn)報道, 包括牙鲆、河豚、青鳉、虹鱒 、半滑舌鰨以及石 斑魚等。1：嗅球2: 端腦3: 小腦 4: 間腦 5: 延髓, 6: 脊髓7: 下丘腦, 8: 垂體 9: 肝臟, 10: 胸腺, 11: 卵巢, 12: 心臟13: 腎臟 14: 脾臟GHRH促進(jìn)斜帶石斑魚GH合成及分泌效果研究（Qian等，2012）1、刺激性神經(jīng)內(nèi)分泌因子垂體腺苷酸環(huán)化酶激活多肽(PACAP)(Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide)從非哺乳類如雞、蛙、硬骨魚類以及板鰓亞綱魚類分離到 PACAPs (即

12、 PACAP-38 和-27, PACAP-38 也是硬骨魚類腦中 PACAP 主要形式。不同來源的PACAP均可刺激離體或在體魚類腦垂體釋放GH 。Sherwood首次報道, PACAP參與魚類垂體激素(如GH)分泌調(diào)節(jié)； 在金魚, 兩種形式的PACAP-38（PACAP-38a和38b）被克隆, 均可誘導(dǎo)金魚和鯉腦垂體細(xì)胞GH分泌; 腹腔注射 PACAP-38a 和-38b, 也可升高金魚血清GH水平； 此外, 不同來源PACAP也可誘導(dǎo)金魚、歐洲鰻鱺、草魚和鯉腦垂體 GH 釋放。1、刺激性神經(jīng)內(nèi)分泌因子1、刺激性神經(jīng)內(nèi)分泌因子（2）GhrelinGHS-R Ghrelin生長激素促釋放素

13、GHS GH 促生長激素釋放激素（GHRH）生長抑素（SRIF）（3）促性腺激素釋放激素1、刺激性神經(jīng)內(nèi)分泌因子研究證實 GnRH 及其高活性類似物能刺激金魚、鯉魚、羅非魚和虹鱒腦垂體釋放 GH；腹腔注射鮭魚 GnRH 或 LHRH 的高活性類似物可以促進(jìn)草魚血清 GH 含量升高，還能顯著加快生長速率；使用靜態(tài)培養(yǎng)的方法，外源性促性腺激素可以直接誘導(dǎo)草魚垂體細(xì)胞的GHmRNA表達(dá)和GH分泌。（4）神經(jīng)肽Y1、刺激性神經(jīng)內(nèi)分泌因子注射人或金魚NPY能夠促進(jìn)金魚在體和離體GH釋放；在金魚中的研究發(fā)現(xiàn), 5min的NPY脈沖對GH分泌的效應(yīng), 在性腺退化期(7 月)的魚類中較小, 在性腺恢復(fù)期(12

14、月)的魚類居中, 在性腺成熟期(5月)的魚類中效應(yīng)最大。（4）神經(jīng)肽Y1、刺激性神經(jīng)內(nèi)分泌因子NPY與腦垂體GH細(xì)胞YI-型受體結(jié)合；與腦垂體和下丘腦視前核的神經(jīng)內(nèi)分泌末梢的Y2-型受 體相結(jié)合而刺激GnRH釋放，從而促進(jìn)GH釋放1、刺激性神經(jīng)內(nèi)分泌因子（5）多巴胺（DA）多巴胺以及它的激動劑阿樸嗎啡和前體L多巴等，都已被證明能促進(jìn)金魚、鯉魚和草魚的GH釋放；相反，兒茶酚胺能的神經(jīng)毒素6羥多巴胺以及L多巴與多巴胺的合成抑制劑甲基P酪氨酸則抑制GH釋放。這證明多巴胺確實起著刺激GH釋放的作用。使用不同類型多巴胺受體激動劑和拮抗物的綜合研究證明多巴胺是和金魚腦垂體生長激素細(xì)胞的D1型受體相結(jié)合而刺

15、激GH釋放的。2、抑制性神經(jīng)內(nèi)分泌因子（1）生長激素抑制素（SS，SRIF，Somatostatin）生長激素抑制素(SS)是最初從羊的下丘腦中分離到的14氨基酸的多肽, 能夠抑制垂體的GH分泌。（1）生長激素抑制素（SS，SRIF，Somatostatin）免疫細(xì)胞化學(xué)研究證實虹鱒和金魚腦垂體含有SRIF物質(zhì);外源的 SRIF 可以降低金魚和銀大麻哈魚血清中GH水平;SRIF 能夠抑制虹鱒、斜帶石斑魚或羅非魚GH的釋放，但不抑制 GH 基因的轉(zhuǎn)錄，表明生長抑素通過翻譯后調(diào)節(jié)影響 GH 蛋白的合成和分泌;目前發(fā)現(xiàn) SRIF 在魚類中有三種類型。2、抑制性神經(jīng)內(nèi)分泌因子（2）去甲腎上腺(nore

16、pinephrine, NE) 和5-羥色胺(5-hydroxytryptamine, 5-HT)在金魚中, 去甲腎上腺素和 5-羥色胺的腹腔注射會導(dǎo)致血液中GH水平下降, 而且用其體外處理金魚垂體細(xì)胞培養(yǎng)物, 也均抑制GH的分泌。2、抑制性神經(jīng)內(nèi)分泌因子（3）胰島素樣生長因子（IGF：insulin growth factor）IGF的負(fù)反饋調(diào)節(jié)3、性類固醇激素對金魚和鯉魚的研究表明，性類固醇激素特別是雌二 醇對血液GH含量的季節(jié)性變化起著調(diào)節(jié)作用；埋植雌二醇能使雌金魚和雌鯉魚血液GH含量增加， 但埋植睪酮的作用不明顯；離體的試驗還證明雌二醇能明顯提高腦垂體生長激素細(xì)胞對sGnRH刺激GH釋

17、放的反應(yīng)強度，這說明魚類性腺產(chǎn)生的雌二醇對生長激素細(xì)胞反應(yīng)性的調(diào)節(jié)起著重要的正反饋作用。3、性類固醇激素性類固醇激素影響GH分泌活動的作用機(jī)理：1、在腦垂體水平增強GH的合成；2、修飾下丘腦各種神經(jīng)內(nèi)分泌因子的活性；3、修飾腦垂體生長激素細(xì)胞對下丘腦各種神經(jīng)內(nèi)分泌 因子的反應(yīng)性。4、甲狀腺素（1）影響腦垂體GH的合成與釋放量；（2）增強魚體組織和細(xì)胞對GH反應(yīng)的敏感性。（三）生長激素促進(jìn)生長的作用利用外源的GH或者刺激GH釋放的神經(jīng)內(nèi)分泌因子通過注射、浸泡、埋植、灌喂和投喂等方式都能促進(jìn)魚類生長-GH是促進(jìn)魚類生長的主要激素。類胰島素生長因子(IGF) IGF-I在脊椎動物的進(jìn)化過程中相當(dāng)保守， IGF-II和哺乳類同源性較低；肝臟是IGF-I合成的主要器官。在腦、肌肉、心臟、腸道、胰臟、腎臟、性腺、脂肪組織和脾臟等都可以檢測到IGF-I的mRNA。魚類血液循環(huán)中的IGF是與分子量相當(dāng)大的結(jié)合蛋白特異性地結(jié)合。魚類存在著和哺乳類IGF-I型受體相類似的受體，但是，未能發(fā)現(xiàn)和哺乳類相類似的IGF-II型的受體。IGF由GH誘導(dǎo)產(chǎn)生，并且至少能部分地傳遞GH促進(jìn)魚類生長的作用。通過腦神經(jīng)分泌因子-生長激素-類胰島素生長因子軸