課程思政理念下三羧酸循環途徑的教學設計

劉曉飛，劉 寧，關樺楠，張 娜

(哈爾濱商業大學食品工程學院，哈爾濱 150076)

充分發揮課堂教學的主渠道作用，提升思想政治教育的親和力及針對性，滿足學生成長發展需求和期待。上海高校進行試點課程思政教學改革，采用搭建思政課程、綜合素養課程、專業課程相結合的思想政治教育課程體系，探索專業課程與思政課同向同行，實現相得益彰的渠道。注重啟發性教育，引導學生發現問題、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，實現全方位育才理念。《高等學校課程思政建設指導綱要》為構建課程思政給出了明確方向，課程思政要以社會主義核心價值觀為核心，以中國優秀的傳統文化教育為輔助，從專業知識角度融入，引入匠人精神，激勵學生建立正確的職業道德操守。以食品工程學院食品生物化學課程中的三羧酸循環為例，探討如何將思政教育元素有機融入專業課教學中，發揮其思想政治教育功能，實現思想政治教育與知識體系教育有機統一的思政教育模式。

食品生物化學課是食品科學與工程專業、食品質量與安全專業和生物工程專業的專業必修課及研究生入學考試專業課，總84學時。“三羧酸循環”是糖、脂肪、蛋白質三大物質的代謝樞紐，是本課程的重點和難點，深入挖掘此知識點中的思政元素，既有助于學生對知識點的理解，還能幫助學生樹立正確的社會價值觀。

1 “三羧酸循環”課程設計

三羧酸循環(tricarboxylic acid cycle，TCA cycle)又稱Krebs循環，是糖有氧氧化的第三個階段(第一個階段是糖酵解階段，從葡萄糖生成到丙酮酸的過程；第二個階段丙酮酸從細胞質進入線粒體分解為乙酰CoA的過程；第三個階段TCA循環過程；第四個階段TCA循環中產生的NADH和FADH2，經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循環的發現、反應步驟、生理意義及其調節機制。

1.1 TCA循環發現

Hans Krebs選擇鴿子的飛行肌為實驗材料，研究有機酸在有氧代謝中的相互關系。證實琥珀酸是有氧氧化中的一種成分，發現草酰乙酸、α-酮戊二酸、異檸檬酸和順烏頭酸對丙酮酸的氧化具有促進作用，并提出其可能的轉變途徑。一系列的實驗數據證實此反應為環式的代謝通路。Hans Krebs孜孜不倦的求學態度發現TCA循環途徑的可能性，每個人都應具有勇于探索的創新精神，將創新立足于國情，使更多人能夠分享創新成果。

1.2 TCA循環反應過程

將丙酮酸氧化脫羧生成的乙酰CoA徹底氧化分解為機體供能需要八步反應，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，此反應不可逆，是TCA循環中唯一一個C-C鍵形成反應。檸檬酸合酶是TCA循環的第一個關鍵酶，由于產物檸檬酸不能決定TCA循環的流向，所以檸檬酸合酶的作用稍弱于其他的關鍵酶，此反應不可逆。

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轉變為異檸檬酸。此步反應是TCA循環中必不可少的，檸檬酸在結構上并不是氧化反應的良好底物，但檸檬酸不同，經過異構化，其三級羥基變成易氧化的二級羥基。

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，經異檸檬酸脫氫酶催化脫氫脫羧生成α-酮戊二酸、NADH+H+和CO2。此反應是TCA循環中第一次氧化脫羧，屬于β-氧化脫羧，異檸檬酸脫氫酶是TCA循環的關鍵酶、限速酶，是最主要的調節點，此反應不可逆。

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

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

⑥琥珀酸脫氫：TCA的第三次脫氫反應，琥珀酸在有FAD存在下經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。延胡索酸酶僅對反丁烯二酸(富馬酸)發生催化，而對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，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循環中與乙酰CoA進行TCA循環的第一個反應中生成檸檬酸，由此可知，草酰乙酸似乎并沒有損失，通過循環只是乙酰CoA分子中的乙酰基不斷被氧化成CO2、H2O和釋放出能量。

TCA循環總的反應方程式是：

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

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

1.3 TCA循環

糖的有氧氧化是動物機體生理活動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+在呼吸鏈傳遞產生2.5分子ATP計，FADH2在呼吸鏈傳遞產生1.5分子ATP計)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生成NADH+H+，取決于NADH+H+借助不同的穿梭途徑進入呼吸鏈)，產生的能量遠高于糖酵解產生的ATP數。雖然糖酵解產能效率遠低于糖的有氧代謝，但卻是不可替代的，沒有細胞核的紅細胞、厭氧生物都是以糖酵解作為產生ATP的唯一途徑。TCA循環是糖類、脂肪和蛋白質在體內氧化的共同代謝途徑，也是糖類、脂肪和蛋白質及其他有機物質代謝的聯系樞紐[3]。

1.4 TCA循環的生理學意義

TCA循環是糖、脂肪、蛋白質為機體提供能量的最終路徑，TCA循環從乙酰CoA生成檸檬酸開始，乙酰CoA不僅由糖代謝的產物，也可以是脂肪或蛋白質代謝的中間產物轉變而來，因此糖、脂肪、蛋白質的分解產物主要經過TCA循環途徑徹底分解成為CO2、H2O和ATP。TCA循環實際上是三種主要營養物質在體內氧化功能的共同通路。

糖有氧氧化是糖、脂肪、蛋白質三大物質代謝的紐帶，糖有氧氧化使三大物質代謝通過一些共同的中間代謝物或代謝環節廣泛地連接形成網絡，不僅有相互轉化關系，還有相互協調和相互制約關系。

1.5 TCA循環調節

TCA循環有著嚴密的調控體系，主要由三個關鍵酶進行調控(分別是檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復合體)，異檸檬酸脫氫酶是最主要的調節點，其次是α-酮戊二酸脫氫酶復合體，最后是檸檬酸合酶，因為檸檬酸合酶生成的檸檬酸并不能決定TCA循環的流動方向，檸檬酸生成過多時會通過線粒體內膜上的檸檬酸-丙酮酸穿梭系統，將線粒體基質內的乙酰CoA轉運到細胞質基質中，基質中的乙酰CoA先與草酰乙酸縮合成檸檬酸，經轉運進入細胞質基質中，在線粒體基質中，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循環中作用排名第三的關鍵酶。

2 思政元素融入體會

課堂中適時適度地引入和融合思政元素，真正做到潤物細無聲。以校訓“求真至善，修德允能”為道德規范指南，時刻堅守道德紅線。以我國優秀傳統文化為基石，以歷史為借鑒，以事實為案例，以身邊的榜樣為力量，積極引導當代學生樹立正確的國家觀、民族觀、歷史觀、文化觀，在潛移默化中引導學生樹立正確的社會價值觀。

思政元素融入切莫生搬硬套，對于專業課程的思政元素融入可以參照《高等學校課程思政建設指導綱要》，要從歷史出發，深入探索與本專業相關的社會價值觀和內在底蘊，演繹大國工匠的本色與追求，激發學生的愛國情懷，立足行業，心系國家發展，做出應有的貢獻。

構建有思政教師參與的課程思政團隊，在思政教師的幫助下從思政課程角度協助專業課程，齊心協力探究專業課中的思政元素。教師要提升自身思政素養和綜合素質，為學生搭建堅固的職業道德情操，立足專業奉獻社會。

從我國優秀傳統文化角度出發，將儒家文化中的“仁、義、禮、智、信”五常之道。作為道德準則和依據，指導學生提升處理人際關系和構建和諧社會的能力。深入挖掘與本課程相關的思政元素，精準定位思政切入點。借助云計算、學習分析等信息技術進行精細化課程評價，實現思政課程的自然融入。任課教師從教案設計、課內實施、評價體系建立和反饋修正等方面進行探索和研究。相關部門要將構建課程思政工作納入教師工作量，激發教師參與的積極性和主動性，通過制度，為課程思政的構建保駕護航。