比較法在《生物化學》物質代謝教學中的運用

王峰

（山東協和學院醫學院 山東濟南 250000）

摘 要：生物化學中的物質代謝過程復雜，恰當運用比較法能夠化難為易，便于理解與記憶。對糖、蛋白質、脂類、核酸等物質的代謝從三個方面進行了比較，即消化吸收過程的比較、合成與分解代謝的比較及循環代謝的比較。

關鍵詞：比較法 物質代謝

比較是指將各事物加以對比分析，確定它們的相同點、不同點及其相互關系的過程。在教學中，恰當運用比較法能夠化難為易，化繁為簡，便于理解與記憶。

一、消化吸收過程的比較

營養物質的消化吸收，都是在酶的催化下分解為小分子物質，然后被吸收。但由于脂類物質大多不溶于水，因而脂類的消化吸收具有三個顯著的特點：一是需要膽汁酸鹽的參與；二是脂類物質的消化產物不需載體蛋白的轉運而直接被吸收到細胞內；三是在小腸黏膜上皮細胞內，被吸收的脂類與載脂蛋白結合形成乳糜微粒。

二、合成與分解代謝的比較

在生物體內物質的合成并不是其分解的簡單逆過程，兩者存在或多或少的差異。

1.同一物質的合成與分解差異較小的例子

這些物質合成與分解過程中出現的中間代謝產物多數相同或相似。

根據合成與分解過程中多數反應是否可逆，分為兩類。一類是合成與分解過程中多數反應是由相同的酶催化的可逆反應，其差異主要體現在少數不可逆反應由不同的酶催化；一類是分解與合成過程中多數反應的代謝物雖然相同，但反應不可逆，需不同的酶催化。

酮體的合成與分解的比較。酮體由乙酰輔酶A合成，也要轉化為乙酰輔酶A再氧化分解；酮體的合成與分解共用兩種酶，β—羥丁酸脫氫酶與硫解酶。但兩者在乙酰乙酸與乙酰乙酰輔酶A相互轉化的途徑上不同，在酮體合成過程中乙酰乙酰輔酶A轉化為乙酰乙酸要經過中間產物HMGCoA，在酮體分解過程中乙酰乙酸轉化為乙酰乙酰輔酶A不經過這種中間產物；酮體的合成是在肝臟，酮體的利用卻是在肝外組織。[1]

葡萄糖合成糖原與糖原分解為葡萄糖過程的比較。葡萄糖合成糖原與糖原分解為葡萄糖，兩者只共用一種酶，即磷酸葡萄糖變位酶。糖原合成酶與糖原磷酸化酶、分支酶與脫支酶可看做催化相反方向的反應。在糖原的合成中有中間產物UDP—葡萄糖的生成，但糖原在分解過程中并不產生這種物質。

2.同一物質的合成與分解差異較大的例子

核酸與蛋白質的合成過程遠比分解過程復雜，因為核酸與蛋白質的合成需要把模板所蘊含的信息準確的體現在所要合成的物質上。如蛋白質的合成需要三種RNA、氨基酰tRNA合成酶、肽酶以及眾多蛋白質因子的參與，氨基酸先與tRNA相結合，然后在核糖體上聚合，以確保蛋白質中氨基酸的排列次序與模板所蘊含的信息一致；而蛋白質的分解則是由蛋白質內切酶或外切酶直接對肽鍵進行切割，無須RNA及蛋白質因子的參與。由此可見，蛋白質的合成除需要酶的參與外，還需要其他眾多成分的參與，過程復雜，而蛋白質的分解則僅需要酶的參與，過程簡單；參與蛋白質合成的酶與參與蛋白質分解的酶完全不同。

3.不同物質分解代謝的比較

大分子物質分解代謝的共同點是都要分解為小分子物質，然后再徹底分解為二氧化碳、水及其他代謝廢物。其中糖、脂肪、蛋白質的分解產物最終都進入三羧酸循環進行徹底分解。但糖與脂肪是通過分解為乙酰輔酶A進入三羧酸循環的，而蛋白質的分解產物氨基酸進入三羧酸循環的途徑比較多。有些氨基酸轉化為乙酰輔酶A進入三羧酸循環，有些氨基酸轉化為三羧酸循環的中間產物進入三羧酸循環。

脂肪酸β—氧化與糖有氧氧化中的三羧酸循環看似兩個完全不同的過程，但卻有共同之處。脂肪酸β—氧化的第一步是脫氫成烯，第二步是加水成羥，第三步是再脫氫成酮。而在三羧酸循環中從琥珀酸到草酰乙酸的三步反應也同樣遵循著脫氫成烯、加水成羥、再脫氫成酮的規律。

4.不同物質合成代謝的比較

糖原、脂肪、核酸與蛋白質都是由小分子物質作為基本單位來合成。糖原合成的基本單位是葡萄糖，脂肪合成的基本單位是乙酰輔酶A，核酸合成的基本單位是核苷酸，蛋白質合成的基本單位是氨基酸。其中，核酸與蛋白質的合成需要模板。

DNA、RNA與蛋白質的合成都需要模板，但合成核酸的模板是DNA，而合成蛋白質的模板卻是RNA。盡管合成DNA和RNA的模板都是DNA，但合成DNA的模板與合成RNA的模板也存在差異。合成DNA的模板是DNA的兩條整鏈，合成RNA的模板卻是DNA中一條鏈的部分片段。

嘌呤核苷酸的從頭合成是從磷酸核糖開始的，而嘧啶核苷酸的從頭合成卻是先合成嘧啶環，然后磷酸核糖化。

三、循環代謝的比較

生物化學中有一些循環代謝，如三羧酸循環、鳥氨酸循環、甲硫氨酸循環、嘌呤核苷酸循環等。其特點是：第一步反應中的一種反應物經過一至多步反應后又重新生成。循環代謝往往以這種反應物命名。循環代謝的第一步反應至少包含兩種反應物，其中一種反應物是最后一步反應的產物，另一種反應物是循環代謝的起始物，循環代謝的最后一步反應至少包含兩種產物，其中一種產物作為反應物參與第一步反應，另一種產物是循環代謝的最終產物。

最簡單的循環反應由兩步反應完成，如由轉氨酶和谷氨酸脫氫酶催化的聯合脫氨基作用，參與第一步反應的α—酮戊二酸在第二步又重新生成。而三羧酸循環卻經過八步反應才完成，參與第一步反應的草酰乙酸要在第八步才重新生成。

有些物質的代謝過程中包含多個連續的循環反應，如嘌呤核苷酸循環包含三個連續的循環反應，而還原氫在呼吸鏈上的傳遞則包含更多的循環反應。

三羧酸循環與鳥氨酸循環，是生物化學中最經典的兩個循環代謝。這兩個循環代謝有三個明顯的差異。第一，它們的中間循環產物草酰乙酸和鳥氨酸在循環中具有不同的反應特點。草酰乙酸經過一輪循環后有兩個碳原子轉移到二氧化碳中，重新生成的草酰乙酸中有兩個碳原子是來自參與第一步反應的乙酰基，因而草酰乙酸在循環中不能保持碳骨架的完整性。但鳥氨酸在循環反應中除了γ—NH2中的一個氫原子發生轉移外，其余的原子都不轉移，保持了自身碳骨架的完整性。第二，三羧酸循環僅包含一個循環反應，而完整的鳥氨酸循環卻包含三個循環反應。第三，三羧酸循環幾乎發生在人體除成熟紅細胞之外的所有的細胞中，而鳥氨酸循環主要發生在肝細胞中；三羧酸循環發生在線粒體，鳥氨酸循環的第一步發生在線粒體，其余反應都在線粒體外。這兩個循環也通過延胡索酸這個共同的中間代謝產物而聯系起來。

恰當運用比較法，不僅使繁雜的物質代謝變得簡潔，還能激發學生學習的興趣。在物質代謝的教學中，應善于引導學生運用比較法來學習。

參考文獻

[1] 王鏡巖，朱圣庚，徐長發.生物化學（下冊）[M].3版.北京：高等教育出版社，2002：311.