課程思政理念下三羧酸循環(huán)途徑的教學(xué)設(shè)計(jì)

劉曉飛，劉 寧，關(guān)樺楠，張 娜

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076)

充分發(fā)揮課堂教學(xué)的主渠道作用，提升思想政治教育的親和力及針對(duì)性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待。上海高校進(jìn)行試點(diǎn)課程思政教學(xué)改革，采用搭建思政課程、綜合素養(yǎng)課程、專業(yè)課程相結(jié)合的思想政治教育課程體系，探索專業(yè)課程與思政課同向同行，實(shí)現(xiàn)相得益彰的渠道。注重啟發(fā)性教育，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，提高思考問題、解決問題的能力。不斷挖掘能夠融入課堂的思政元素，實(shí)現(xiàn)全方位育才理念?！陡叩葘W(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》為構(gòu)建課程思政給出了明確方向，課程思政要以社會(huì)主義核心價(jià)值觀為核心，以中國優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化教育為輔助，從專業(yè)知識(shí)角度融入，引入匠人精神，激勵(lì)學(xué)生建立正確的職業(yè)道德操守。以食品工程學(xué)院食品生物化學(xué)課程中的三羧酸循環(huán)為例，探討如何將思政教育元素有機(jī)融入專業(yè)課教學(xué)中，發(fā)揮其思想政治教育功能，實(shí)現(xiàn)思想政治教育與知識(shí)體系教育有機(jī)統(tǒng)一的思政教育模式。

食品生物化學(xué)課是食品科學(xué)與工程專業(yè)、食品質(zhì)量與安全專業(yè)和生物工程專業(yè)的專業(yè)必修課及研究生入學(xué)考試專業(yè)課，總84學(xué)時(shí)?！叭人嵫h(huán)”是糖、脂肪、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)的代謝樞紐，是本課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，深入挖掘此知識(shí)點(diǎn)中的思政元素，既有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，還能幫助學(xué)生樹立正確的社會(huì)價(jià)值觀。

1 “三羧酸循環(huán)”課程設(shè)計(jì)

三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle，TCA cycle)又稱Krebs循環(huán)，是糖有氧氧化的第三個(gè)階段(第一個(gè)階段是糖酵解階段，從葡萄糖生成到丙酮酸的過程；第二個(gè)階段丙酮酸從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入線粒體分解為乙酰CoA的過程；第三個(gè)階段TCA循環(huán)過程；第四個(gè)階段TCA循環(huán)中產(chǎn)生的NADH和FADH2，經(jīng)呼吸鏈的電子傳遞生成H2O，氧化磷酸化生成ATP的過程)，介紹TCA循環(huán)的發(fā)現(xiàn)、反應(yīng)步驟、生理意義及其調(diào)節(jié)機(jī)制。

1.1 TCA循環(huán)發(fā)現(xiàn)

Hans Krebs選擇鴿子的飛行肌為實(shí)驗(yàn)材料，研究有機(jī)酸在有氧代謝中的相互關(guān)系。證實(shí)琥珀酸是有氧氧化中的一種成分，發(fā)現(xiàn)草酰乙酸、α-酮戊二酸、異檸檬酸和順烏頭酸對(duì)丙酮酸的氧化具有促進(jìn)作用，并提出其可能的轉(zhuǎn)變途徑。一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)此反應(yīng)為環(huán)式的代謝通路。Hans Krebs孜孜不倦的求學(xué)態(tài)度發(fā)現(xiàn)TCA循環(huán)途徑的可能性，每個(gè)人都應(yīng)具有勇于探索的創(chuàng)新精神，將創(chuàng)新立足于國情，使更多人能夠分享創(chuàng)新成果。

1.2 TCA循環(huán)反應(yīng)過程

將丙酮酸氧化脫羧生成的乙酰CoA徹底氧化分解為機(jī)體供能需要八步反應(yīng)，如圖1所示。

①合成檸檬酸：乙酰CoA和草酰乙酸在檸檬酸合酶的作用下生成檸檬酸，此反應(yīng)不可逆，是TCA循環(huán)中唯一一個(gè)C-C鍵形成反應(yīng)。檸檬酸合酶是TCA循環(huán)的第一個(gè)關(guān)鍵酶，由于產(chǎn)物檸檬酸不能決定TCA循環(huán)的流向，所以檸檬酸合酶的作用稍弱于其他的關(guān)鍵酶，此反應(yīng)不可逆。

②異檸檬酸的生成：檸檬酸在順烏頭酸酶的作用下生成中間物順烏頭酸，通過脫H2O，加H2O轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕?。此步反?yīng)是TCA循環(huán)中必不可少的，檸檬酸在結(jié)構(gòu)上并不是氧化反應(yīng)的良好底物，但檸檬酸不同，經(jīng)過異構(gòu)化，其三級(jí)羥基變成易氧化的二級(jí)羥基。

③異檸檬酸氧化脫羧：異檸檬酸以NAD+為輔酶，需要Mn2+或Mg2+作為激活劑時(shí)，經(jīng)異檸檬酸脫氫酶催化脫氫脫羧生成α-酮戊二酸、NADH+H+和CO2。此反應(yīng)是TCA循環(huán)中第一次氧化脫羧，屬于β-氧化脫羧，異檸檬酸脫氫酶是TCA循環(huán)的關(guān)鍵酶、限速酶，是最主要的調(diào)節(jié)點(diǎn)，此反應(yīng)不可逆。

④α-酮戊二酸氧化脫羧：在TPP、硫辛酸、CoA、GDP、NAD+存在下，由α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體催化脫氫脫羧生成琥珀酰CoA、GTP、NADH+H+、CO2和H2O，此反應(yīng)是TCA循環(huán)中第二次氧化脫羧。α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體是TCA循環(huán)的關(guān)鍵酶[1]，此反應(yīng)不可逆。

⑤琥珀酸生成：琥珀酰CoA在GDP、無機(jī)磷酸和Mg2+存在下，經(jīng)琥珀酰CoA合成酶催化脫去CoA，釋放的自由能用于生成ATP，這是TCA循環(huán)中唯一的一次底物水平磷酸化產(chǎn)能過程。

⑥琥珀酸脫氫：TCA的第三次脫氫反應(yīng)，琥珀酸在有FAD存在下經(jīng)琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸生成延胡索酸或富馬酸。琥珀酸脫氫酶的輔酶是FAD，脫氫后生成FADH2，經(jīng)線粒體的電子呼吸鏈傳遞生成1.5分子ATP。

⑦蘋果酸的生成：延胡索酸在延胡索酸酶催化作用下生成L-蘋果酸。延胡索酸酶僅對(duì)反丁烯二酸(富馬酸)發(fā)生催化，而對(duì)順式雙鍵形式的馬來酸毫無作用。延胡索酸酶的催化作用具有高度的立體特異性，其催化產(chǎn)物是L-蘋果酸而不是D-蘋果酸。

⑧草酰乙酸的再生：TCA的第四次脫氫反應(yīng)，在蘋果酸脫氫酶的催化作用下，蘋果酸仲醇基脫氫氧化成羰基，形成草酰乙酸，NAD+是脫氫酶的輔酶接納脫下來的H生成NADH+H+。草酰乙酸又可以與乙酰CoA不斷合成檸檬酸。

生成的草酰乙酸又可參與到TCA循環(huán)中與乙酰CoA進(jìn)行TCA循環(huán)的第一個(gè)反應(yīng)中生成檸檬酸，由此可知，草酰乙酸似乎并沒有損失，通過循環(huán)只是乙酰CoA分子中的乙?；粩啾谎趸蒀O2、H2O和釋放出能量。

TCA循環(huán)總的反應(yīng)方程式是：

乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3NADH+3H++3FADH2+GTP+CoA-SH

TCA循環(huán)總結(jié)：循環(huán)發(fā)生在線粒體中，為不可逆反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)可以概括為“一二三四”，即一次底物水平磷酸化(第五步反應(yīng))、兩次脫羧生成CO2(第三步、第四步反應(yīng))、三個(gè)關(guān)鍵酶(檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體)、四次脫氫反應(yīng)(第三步、第四步、第六步和第八步反應(yīng))[2]。

1.3 TCA循環(huán)

糖的有氧氧化是動(dòng)物機(jī)體生理活動(dòng)所需能量的主要來源，1 mol葡萄糖徹底氧化成CO2和H2O可以生成30 mol(在有氧條件下，按照NADH+在呼吸鏈傳遞產(chǎn)生2.5分子ATP計(jì)，F(xiàn)ADH2在呼吸鏈傳遞產(chǎn)生1.5分子ATP計(jì))或32 mol ATP(由于糖酵解中3-磷酸甘油醛在3-磷酸甘油醛脫氫酶的作用下生成1，3-二磷酸甘油酸的同時(shí)生成NADH+H+，取決于NADH+H+借助不同的穿梭途徑進(jìn)入呼吸鏈)，產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)高于糖酵解產(chǎn)生的ATP數(shù)。雖然糖酵解產(chǎn)能效率遠(yuǎn)低于糖的有氧代謝，但卻是不可替代的，沒有細(xì)胞核的紅細(xì)胞、厭氧生物都是以糖酵解作為產(chǎn)生ATP的唯一途徑。TCA循環(huán)是糖類、脂肪和蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化的共同代謝途徑，也是糖類、脂肪和蛋白質(zhì)及其他有機(jī)物質(zhì)代謝的聯(lián)系樞紐[3]。

1.4 TCA循環(huán)的生理學(xué)意義

TCA循環(huán)是糖、脂肪、蛋白質(zhì)為機(jī)體提供能量的最終路徑，TCA循環(huán)從乙酰CoA生成檸檬酸開始，乙酰CoA不僅由糖代謝的產(chǎn)物，也可以是脂肪或蛋白質(zhì)代謝的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)變而來，因此糖、脂肪、蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)物主要經(jīng)過TCA循環(huán)途徑徹底分解成為CO2、H2O和ATP。TCA循環(huán)實(shí)際上是三種主要營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化功能的共同通路。

糖有氧氧化是糖、脂肪、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝的紐帶，糖有氧氧化使三大物質(zhì)代謝通過一些共同的中間代謝物或代謝環(huán)節(jié)廣泛地連接形成網(wǎng)絡(luò)，不僅有相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，還有相互協(xié)調(diào)和相互制約關(guān)系。

1.5 TCA循環(huán)調(diào)節(jié)

TCA循環(huán)有著嚴(yán)密的調(diào)控體系，主要由三個(gè)關(guān)鍵酶進(jìn)行調(diào)控(分別是檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體)，異檸檬酸脫氫酶是最主要的調(diào)節(jié)點(diǎn)，其次是α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體，最后是檸檬酸合酶，因?yàn)闄幟仕岷厦干傻臋幟仕岵⒉荒軟Q定TCA循環(huán)的流動(dòng)方向，檸檬酸生成過多時(shí)會(huì)通過線粒體內(nèi)膜上的檸檬酸-丙酮酸穿梭系統(tǒng)，將線粒體基質(zhì)內(nèi)的乙酰CoA轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，基質(zhì)中的乙酰CoA先與草酰乙酸縮合成檸檬酸，經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，在線粒體基質(zhì)中，檸檬酸在檸檬酸裂解酶的作用下裂解為乙酰CoA和草酰乙酸，乙酰CoA成為合成脂肪酸的原料，所以說檸檬酸合酶是TCA循環(huán)中作用排名第三的關(guān)鍵酶。

2 思政元素融入體會(huì)

課堂中適時(shí)適度地引入和融合思政元素，真正做到潤物細(xì)無聲。以校訓(xùn)“求真至善，修德允能”為道德規(guī)范指南，時(shí)刻堅(jiān)守道德紅線。以我國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化為基石，以歷史為借鑒，以事實(shí)為案例，以身邊的榜樣為力量，積極引導(dǎo)當(dāng)代學(xué)生樹立正確的國家觀、民族觀、歷史觀、文化觀，在潛移默化中引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的社會(huì)價(jià)值觀。

思政元素融入切莫生搬硬套，對(duì)于專業(yè)課程的思政元素融入可以參照《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，要從歷史出發(fā)，深入探索與本專業(yè)相關(guān)的社會(huì)價(jià)值觀和內(nèi)在底蘊(yùn)，演繹大國工匠的本色與追求，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，立足行業(yè)，心系國家發(fā)展，做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

構(gòu)建有思政教師參與的課程思政團(tuán)隊(duì)，在思政教師的幫助下從思政課程角度協(xié)助專業(yè)課程，齊心協(xié)力探究專業(yè)課中的思政元素。教師要提升自身思政素養(yǎng)和綜合素質(zhì)，為學(xué)生搭建堅(jiān)固的職業(yè)道德情操，立足專業(yè)奉獻(xiàn)社會(huì)。

從我國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化角度出發(fā)，將儒家文化中的“仁、義、禮、智、信”五常之道。作為道德準(zhǔn)則和依據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生提升處理人際關(guān)系和構(gòu)建和諧社會(huì)的能力。深入挖掘與本課程相關(guān)的思政元素，精準(zhǔn)定位思政切入點(diǎn)。借助云計(jì)算、學(xué)習(xí)分析等信息技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化課程評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)思政課程的自然融入。任課教師從教案設(shè)計(jì)、課內(nèi)實(shí)施、評(píng)價(jià)體系建立和反饋修正等方面進(jìn)行探索和研究。相關(guān)部門要將構(gòu)建課程思政工作納入教師工作量，激發(fā)教師參與的積極性和主動(dòng)性，通過制度，為課程思政的構(gòu)建保駕護(hù)航。