“生物化學(xué)”教學(xué)思路的探索與實(shí)踐
——審視機(jī)體物質(zhì)代謝中的“廉政之美”

李善妮，劉燦華，馬昌杯，陳淑華

（中南大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410013）

2016年，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上提出：“要堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，……要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，……使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)?！保?］2020年，教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》提出，高校要深化教育教學(xué)改革，課程思政建設(shè)要在全國(guó)所有高校、所有學(xué)科專業(yè)全面推進(jìn)［2］?！吧锘瘜W(xué)”是生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要研究生物體的化學(xué)組成及其化學(xué)變化過(guò)程。學(xué)生普遍認(rèn)為這門課程內(nèi)容多、抽象難懂、枯燥乏味、較難學(xué)習(xí)。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通俗易懂地傳授“生物化學(xué)”課程知識(shí)，并將德育潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲地滲透、貫穿教學(xué)的全過(guò)程，成為當(dāng)今所有“生物化學(xué)”課程教師共同面對(duì)的課題［3-5］。

物質(zhì)代謝是“生物化學(xué)”課程的主要內(nèi)容之一，包括各類生物分子在體內(nèi)的合成和分解代謝過(guò)程，以及伴隨的能量變化。其中，糖、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容。其實(shí)，體內(nèi)物質(zhì)代謝世界是非常和諧、奇妙的。下面結(jié)合物質(zhì)代謝中的一些案例分析，我們嘗試從審美的角度重新審視物質(zhì)代謝的特點(diǎn)，展示機(jī)體代謝中的廉政之美。

一、肝組織中轉(zhuǎn)葡萄糖，合成肝糖原——微利經(jīng)營(yíng)

肝臟是外源性葡萄糖從門靜脈到體循環(huán)的中轉(zhuǎn)站。肝細(xì)胞主要以氧化脂肪酸作為能量來(lái)源。進(jìn)食后葡萄糖被吸收入血，再進(jìn)入組織細(xì)胞則需依賴葡糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Glucose Transporter,GLUT）的作用。不同組織分布的GLUT不同，GLUT1和GLUT3廣泛分布于全身各組織，對(duì)葡萄糖的Km值（約1mmol/L）低，是細(xì)胞攝取葡萄糖的基本轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可不斷將葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)；GLUT2主要存在于肝細(xì)胞和胰腺β細(xì)胞，對(duì)葡萄糖的Km值（15～20mmol/L）特別高，與葡萄糖的親和力較低，因此肝細(xì)胞只能從餐后血中攝取過(guò)量的葡萄糖。肝中葡糖激酶（己糖激酶Ⅳ型）的Km（約10 mmol/L）相對(duì)于肝外組織的己糖激酶（約0.1 mmol/L）也高得多，而且不受其反應(yīng)產(chǎn)物葡糖-6-磷酸反饋抑制，有利于肝在飽食狀態(tài)下血糖濃度很高時(shí)，持續(xù)將葡萄糖磷酸化成葡糖-6-磷酸。在饑餓后進(jìn)食初期血糖雖然明顯升高，但仍未達(dá)到葡糖激酶作用的有效底物濃度，難以合成肝糖原。然而，肝組織可將相當(dāng)一部分葡糖-6-磷酸先分解成丙酮酸、乳酸等三碳化合物，后者再異生成糖，進(jìn)而合成肝糖原。在進(jìn)食2～3小時(shí)內(nèi)，肝內(nèi)糖異生高度活躍，此即肝糖原合成的三碳途徑。肝將餐后多余的葡萄糖儲(chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)再進(jìn)行分解，可維持血糖水平的恒定。盡管餐后肝細(xì)胞攝取葡萄糖的能力低，仍可合成糖原，即肝細(xì)胞在微利環(huán)境下的系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)能源物質(zhì)的合理配置。

二、成熟紅細(xì)胞運(yùn)輸氧氣——無(wú)償擺渡

紅細(xì)胞是哺乳動(dòng)物體內(nèi)通過(guò)血液運(yùn)輸氧氣的最主要媒介，被稱為“氧氣運(yùn)輸員”。人體成熟的紅細(xì)胞呈雙凹圓盤狀，無(wú)細(xì)胞核和各種細(xì)胞器。成熟紅細(xì)胞高度分化的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其自身的代謝率大大降低，有利于氧氣運(yùn)輸。由于缺乏線粒體，成熟紅細(xì)胞只能依靠糖的無(wú)氧氧化來(lái)供能，不消耗氧氣。而發(fā)育早期的紅細(xì)胞有細(xì)胞核和細(xì)胞器，在發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞核、器均逐漸消失，血紅蛋白充滿紅細(xì)胞。血紅蛋白是成熟紅細(xì)胞中的主要成分，能攜帶氧氣。紅細(xì)胞的糖酵解還存在2,3-二磷酸甘油支路，高濃度的2,3-二磷酸甘油能調(diào)節(jié)血紅蛋白的運(yùn)氧功能。紅細(xì)胞通過(guò)在血液中不斷流動(dòng)，把血紅蛋白結(jié)合的氧氣輸送到全身各組織細(xì)胞以供利用。成熟紅細(xì)胞不耗氧卻不斷將氧氣運(yùn)輸至全身各組織細(xì)胞，無(wú)償擺渡，為民服務(wù)。

三、肝糖原用于補(bǔ)充血糖，肌糖原用于肌肉收縮快速供能——?？顚Ｓ?/h2>

肝組織利用飽食后部分多余的葡萄糖或非糖物質(zhì)合成肝糖原并儲(chǔ)存，肝糖原約占肝重的5%，總量約90～100g。肌肉組織則只利用葡萄糖合成肌糖原并儲(chǔ)存，肌肉中糖原約占總量的1%～2%，總量約200～400g。在餐后12～18小時(shí)，肝糖原會(huì)分解消耗殆盡，用于補(bǔ)充血糖。肌糖原分解則主要為肌肉收縮快速供能。由于肌肉組織缺乏葡糖-6-磷酸酶，劇烈運(yùn)動(dòng)使肌糖原分解產(chǎn)生的葡糖-6-磷酸不能生成葡萄糖即不能補(bǔ)充血糖；由于肌肉組織缺乏葡糖-6-磷酸脫氫酶，葡糖-6-磷酸不能直接進(jìn)入磷酸戊糖途徑以合成磷酸核糖和NADPH；肌肉組織內(nèi)葡糖-6-磷酸只能進(jìn)入糖酵解途徑分解產(chǎn)能，且在相對(duì)缺氧環(huán)境下生成大量乳酸。而在靜息時(shí)骨骼肌主要通過(guò)氧化脂肪酸供能。因此，在體內(nèi)肝糖原和肌糖原是專款專用，肝糖原分解用于維持血糖濃度的相對(duì)恒定，肌糖原專供肌肉緊張運(yùn)動(dòng)應(yīng)急所需能量，保障了機(jī)體生命活動(dòng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

四、肝內(nèi)生酮肝外利用——甘為他人作嫁衣

酮體包括乙酰乙酸、β-羥丁酸和丙酮，是肝內(nèi)脂肪酸不完全氧化的產(chǎn)物。肝是機(jī)體合成酮體的唯一器官。在肝細(xì)胞的線粒體中具有合成酮體的酶系卻缺乏利用酮體的酶系，故酮體在肝細(xì)胞合成之后需經(jīng)血液輸送到肝外組織如腦、心肌、骨骼肌和腎等而被氧化利用。酮體是肝向肝外組織輸出能源的一種形式，特別是在機(jī)體糖不足（饑餓）或存在糖的利用障礙（糖尿?。r(shí)，肝組織輸出的酮體對(duì)保障大腦的能量供應(yīng)具有非常重要的意義。肝組織自身能合成酮體卻不利用酮體，甘為他人作嫁衣，無(wú)私奉獻(xiàn)。

五、白色脂肪組織合成、儲(chǔ)存、動(dòng)員脂肪——甘于奉獻(xiàn)

機(jī)體的脂肪分為白色脂肪和褐色脂肪。白色脂肪組織只能利用糖酵解途徑生成的磷酸二羥丙酮轉(zhuǎn)化成3-磷酸甘油作為骨架，用于合成甘油三酯即脂肪，并主要儲(chǔ)存于內(nèi)臟和皮下。在饑餓或運(yùn)動(dòng)等時(shí)，機(jī)體分泌的脂解激素可引發(fā)脂肪動(dòng)員，將脂肪分解為甘油和脂肪酸。由于在白色脂肪細(xì)胞中缺乏甘油激酶或甘油激酶的活性極低，脂肪分解產(chǎn)生的甘油在白色脂肪細(xì)胞內(nèi)既不能被氧化分解，也不能被重新利用再合成脂肪。并且白色脂肪細(xì)胞缺乏利用脂肪酸的酶系，也不能利用游離脂肪酸。因此，脂肪動(dòng)員的產(chǎn)物即甘油和脂肪酸只能釋放入血供其他組織如心肌、骨骼肌和肝等攝取利用。甘油主要被肝攝取進(jìn)行糖異生，也可氧化分解供能。白色脂肪組織可合成和儲(chǔ)存脂肪，還可分解脂肪，但不能利用脂肪動(dòng)員的產(chǎn)物，甘于奉獻(xiàn)。

六、脂肪肝——“腐化墮落的公仆”

肝臟能合成和利用脂肪，但不能儲(chǔ)存脂肪，它只是脂肪儲(chǔ)存的中轉(zhuǎn)站或處理脂肪的“化工廠”。肝可有效協(xié)調(diào)脂肪酸氧化供能和酯化合成甘油三酯兩條途徑。在肝細(xì)胞內(nèi)的脂肪酸可進(jìn)入兩種代謝途徑：（1）β氧化作用，脂肪酸通過(guò)β氧化生成乙酰CoA，一部分乙酰CoA 用于合成酮體后進(jìn)入血液循環(huán)；另一部分乙酰CoA 則進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化產(chǎn)生ATP，滿足肝細(xì)胞的能量需求。（2）脂肪酸在肝細(xì)胞內(nèi)被酯化成甘油三酯，堆積在肝細(xì)胞內(nèi)形成脂肪小滴，脂肪必須通過(guò)與肝臟自身合成的膽固醇、磷脂、載脂蛋白等組裝成極低密度脂蛋白（very low density lipoprotein,VLDL）形式才能分泌入血，從而將肝合成的內(nèi)源性甘油三酯運(yùn)輸至肝外組織利用。一般人體正常的肝臟脂肪含量不超過(guò)肝重的5%。而由各種原因引起的肝細(xì)胞內(nèi)脂肪堆積過(guò)多而導(dǎo)致的病變即脂肪肝［6，7］，比如在長(zhǎng)期營(yíng)養(yǎng)不良的人群體內(nèi)由于缺少蛋白質(zhì)，會(huì)引起肝臟脂蛋白合成障礙；肥胖癥患者的脂肪肝患病率更高達(dá)60%～90%，嚴(yán)重影響肝功能，威脅人類的健康。在營(yíng)養(yǎng)不良或肥胖等情況下的脂肪肝，肝可謂“腐化墮落的公仆”。

結(jié)語(yǔ)

在物質(zhì)代謝過(guò)程中，正是由于機(jī)體細(xì)胞利用相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，保證了相應(yīng)資源的合理分配。比如肝細(xì)胞富含GLUT2，在餐后將多余的葡萄糖以糖原形式儲(chǔ)存起來(lái)；成熟紅細(xì)胞富含結(jié)合氧氣的血紅蛋白，保證了全身各組織細(xì)胞的氧供。由于葡糖6-磷酸酶的組織特異性分布，使糖原代謝具有組織特異性，從而保障了肝糖原和肌糖原各司其職。由于白色脂肪組織具有合成、儲(chǔ)存、動(dòng)員脂肪的酶系但缺乏利用脂肪的酶系，肝組織具有合成酮體的酶系卻缺乏利用酮體的酶系，避免了這些細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)物質(zhì)代謝的無(wú)效循環(huán)，也為機(jī)體其他組織保障了持續(xù)可利用的能源物質(zhì)。

機(jī)體中的物質(zhì)代謝以一種獨(dú)特的形式詮釋著廉政思想。廉政是永不過(guò)時(shí)的，包括正確處理個(gè)人利益與社會(huì)公共利益的關(guān)系，做到為民服務(wù)、為民造福［8］。人類很多病變或慢性疾病就是由于機(jī)體的代謝紊亂所致，如脂肪肝和糖尿病等。通過(guò)引入機(jī)體代謝中的案例，引導(dǎo)學(xué)生感悟：人類社會(huì)就像一個(gè)不斷代謝的機(jī)體，只有每個(gè)人廉潔自律、樂(lè)于奉獻(xiàn)，才能構(gòu)建和諧社會(huì)及弘揚(yáng)中華民族傳統(tǒng)美德，從而培育學(xué)生正確的價(jià)值觀和高尚的道德情操。本文只展示了物質(zhì)代謝中的幾個(gè)代表性例子，引導(dǎo)學(xué)生用審美的眼光學(xué)習(xí)“生物化學(xué)”，領(lǐng)悟機(jī)體代謝中的廉政之美。線上問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，95.7%（112/117）的學(xué)生對(duì)此深表認(rèn)同，認(rèn)為展示的思想政治案例生動(dòng)、貼切。這表明采用這種結(jié)合審美和課程思政的新教學(xué)思路取得了良好的教學(xué)效果，希望為其他同行的“生物化學(xué)”教學(xué)和課程思政建設(shè)起到一定的借鑒作用。