“生物化學”教學思路的探索與實踐
——審視機體物質代謝中的“廉政之美”

李善妮，劉燦華，馬昌杯，陳淑華

（中南大學 生命科學學院，湖南 長沙 410013）

2016年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上提出：“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，……要用好課堂教學這個主渠道，……使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。”［1］2020年，教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》提出，高校要深化教育教學改革，課程思政建設要在全國所有高校、所有學科專業全面推進［2］。“生物化學”是生命科學和醫學等領域的一門重要的專業基礎課程，主要研究生物體的化學組成及其化學變化過程。學生普遍認為這門課程內容多、抽象難懂、枯燥乏味、較難學習。如何激發學生的學習興趣，通俗易懂地傳授“生物化學”課程知識，并將德育潤物細無聲地滲透、貫穿教學的全過程，成為當今所有“生物化學”課程教師共同面對的課題［3-5］。

物質代謝是“生物化學”課程的主要內容之一，包括各類生物分子在體內的合成和分解代謝過程，以及伴隨的能量變化。其中，糖、脂質和蛋白質三大營養物質的代謝是學習的重點內容。其實，體內物質代謝世界是非常和諧、奇妙的。下面結合物質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代謝的特點，展示機體代謝中的廉政之美。

一、肝組織中轉葡萄糖，合成肝糖原——微利經營

肝臟是外源性葡萄糖從門靜脈到體循環的中轉站。肝細胞主要以氧化脂肪酸作為能量來源。進食后葡萄糖被吸收入血，再進入組織細胞則需依賴葡糖轉運蛋白（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，對葡萄糖的Km值（約1mmol/L）低，是細胞攝取葡萄糖的基本轉運蛋白，可不斷將葡萄糖轉運到細胞內；GLUT2主要存在于肝細胞和胰腺β細胞，對葡萄糖的Km值（15～20mmol/L）特別高，與葡萄糖的親和力較低，因此肝細胞只能從餐后血中攝取過量的葡萄糖。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，而且不受其反應產物葡糖-6-磷酸反饋抑制，有利于肝在飽食狀態下血糖濃度很高時，持續將葡萄糖磷酸化成葡糖-6-磷酸。在饑餓后進食初期血糖雖然明顯升高，但仍未達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，進而合成肝糖原。在進食2～3小時內，肝內糖異生高度活躍，此即肝糖原合成的三碳途徑。肝將餐后多余的葡萄糖儲存起來，在需要時再進行分解，可維持血糖水平的恒定。盡管餐后肝細胞攝取葡萄糖的能力低，仍可合成糖原，即肝細胞在微利環境下的系統經營，實現能源物質的合理配置。

二、成熟紅細胞運輸氧氣——無償擺渡

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

三、肝糖原用于補充血糖，肌糖原用于肌肉收縮快速供能——專款專用

肝組織利用飽食后部分多余的葡萄糖或非糖物質合成肝糖原并儲存，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，肝糖原會分解消耗殆盡，用于補充血糖。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，劇烈運動使肌糖原分解產生的葡糖-6-磷酸不能生成葡萄糖即不能補充血糖；由于肌肉組織缺乏葡糖-6-磷酸脫氫酶，葡糖-6-磷酸不能直接進入磷酸戊糖途徑以合成磷酸核糖和NADPH；肌肉組織內葡糖-6-磷酸只能進入糖酵解途徑分解產能，且在相對缺氧環境下生成大量乳酸。而在靜息時骨骼肌主要通過氧化脂肪酸供能。因此，在體內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恒定，肌糖原專供肌肉緊張運動應急所需能量，保障了機體生命活動的正常運轉。

四、肝內生酮肝外利用——甘為他人作嫁衣

酮體包括乙酰乙酸、β-羥丁酸和丙酮，是肝內脂肪酸不完全氧化的產物。肝是機體合成酮體的唯一器官。在肝細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，故酮體在肝細胞合成之后需經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，特別是在機體糖不足（饑餓）或存在糖的利用障礙（糖尿病）時，肝組織輸出的酮體對保障大腦的能量供應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，無私奉獻。

五、白色脂肪組織合成、儲存、動員脂肪——甘于奉獻

機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，并主要儲存于內臟和皮下。在饑餓或運動等時，機體分泌的脂解激素可引發脂肪動員，將脂肪分解為甘油和脂肪酸。由于在白色脂肪細胞中缺乏甘油激酶或甘油激酶的活性極低，脂肪分解產生的甘油在白色脂肪細胞內既不能被氧化分解，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，脂肪動員的產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行糖異生，也可氧化分解供能。白色脂肪組織可合成和儲存脂肪，還可分解脂肪，但不能利用脂肪動員的產物，甘于奉獻。

六、脂肪肝——“腐化墮落的公仆”

肝臟能合成和利用脂肪，但不能儲存脂肪，它只是脂肪儲存的中轉站或處理脂肪的“化工廠”。肝可有效協調脂肪酸氧化供能和酯化合成甘油三酯兩條途徑。在肝細胞內的脂肪酸可進入兩種代謝途徑：（1）β氧化作用，脂肪酸通過β氧化生成乙酰CoA，一部分乙酰CoA 用于合成酮體后進入血液循環；另一部分乙酰CoA 則進入三羧酸循環徹底氧化產生ATP，滿足肝細胞的能量需求。（2）脂肪酸在肝細胞內被酯化成甘油三酯，堆積在肝細胞內形成脂肪小滴，脂肪必須通過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，從而將肝合成的內源性甘油三酯運輸至肝外組織利用。一般人體正常的肝臟脂肪含量不超過肝重的5%。而由各種原因引起的肝細胞內脂肪堆積過多而導致的病變即脂肪肝［6，7］，比如在長期營養不良的人群體內由于缺少蛋白質，會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60%～90%，嚴重影響肝功能，威脅人類的健康。在營養不良或肥胖等情況下的脂肪肝，肝可謂“腐化墮落的公仆”。

結語

在物質代謝過程中，正是由于機體細胞利用相關轉運蛋白，保證了相應資源的合理分配。比如肝細胞富含GLUT2，在餐后將多余的葡萄糖以糖原形式儲存起來；成熟紅細胞富含結合氧氣的血紅蛋白，保證了全身各組織細胞的氧供。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、儲存、動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，避免了這些細胞內相應物質代謝的無效循環，也為機體其他組織保障了持續可利用的能源物質。

機體中的物質代謝以一種獨特的形式詮釋著廉政思想。廉政是永不過時的，包括正確處理個人利益與社會公共利益的關系，做到為民服務、為民造福［8］。人類很多病變或慢性疾病就是由于機體的代謝紊亂所致，如脂肪肝和糖尿病等。通過引入機體代謝中的案例，引導學生感悟：人類社會就像一個不斷代謝的機體，只有每個人廉潔自律、樂于奉獻，才能構建和諧社會及弘揚中華民族傳統美德，從而培育學生正確的價值觀和高尚的道德情操。本文只展示了物質代謝中的幾個代表性例子，引導學生用審美的眼光學習“生物化學”，領悟機體代謝中的廉政之美。線上問卷調查結果顯示，95.7%（112/117）的學生對此深表認同，認為展示的思想政治案例生動、貼切。這表明采用這種結合審美和課程思政的新教學思路取得了良好的教學效果，希望為其他同行的“生物化學”教學和課程思政建設起到一定的借鑒作用。