“生物化学”教学思路的探索与实践——审视机体物质代谢中的“廉政之美”

李善妮，刘灿华，马昌杯，陈淑华

（中南大学 生命科学学院，湖南 长沙 410013）

2016年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上提出：“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，……要用好课堂教学这个主渠道，……使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。”［1］2020年，教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》提出，高校要深化教育教学改革，课程思政建设要在全国所有高校、所有学科专业全面推进［2］。“生物化学”是生命科学和医学等领域的一门重要的专业基础课程，主要研究生物体的化学组成及其化学变化过程。学生普遍认为这门课程内容多、抽象难懂、枯燥乏味、较难学习。如何激发学生的学习兴趣，通俗易懂地传授“生物化学”课程知识，并将德育润物细无声地渗透、贯穿教学的全过程，成为当今所有“生物化学”课程教师共同面对的课题［3-5］。

物质代谢是“生物化学”课程的主要内容之一，包括各类生物分子在体内的合成和分解代谢过程，以及伴随的能量变化。其中，糖、脂质和蛋白质三大营养物质的代谢是学习的重点内容。其实，体内物质代谢世界是非常和谐、奇妙的。下面结合物质代谢中的一些案例分析，我们尝试从审美的角度重新审视物质代谢的特点，展示机体代谢中的廉政之美。

一、肝组织中转葡萄糖，合成肝糖原——微利经营

肝脏是外源性葡萄糖从门静脉到体循环的中转站。肝细胞主要以氧化脂肪酸作为能量来源。进食后葡萄糖被吸收入血，再进入组织细胞则需依赖葡糖转运蛋白（Glucose Transporter,GLUT）的作用。不同组织分布的GLUT不同，GLUT1和GLUT3广泛分布于全身各组织，对葡萄糖的Km值（约1mmol/L）低，是细胞摄取葡萄糖的基本转运蛋白，可不断将葡萄糖转运到细胞内；GLUT2主要存在于肝细胞和胰腺β细胞，对葡萄糖的Km值（15～20mmol/L）特别高，与葡萄糖的亲和力较低，因此肝细胞只能从餐后血中摄取过量的葡萄糖。肝中葡糖激酶（己糖激酶Ⅳ型）的Km（约10 mmol/L）相对于肝外组织的己糖激酶（约0.1 mmol/L）也高得多，而且不受其反应产物葡糖-6-磷酸反馈抑制，有利于肝在饱食状态下血糖浓度很高时，持续将葡萄糖磷酸化成葡糖-6-磷酸。在饥饿后进食初期血糖虽然明显升高，但仍未达到葡糖激酶作用的有效底物浓度，难以合成肝糖原。然而，肝组织可将相当一部分葡糖-6-磷酸先分解成丙酮酸、乳酸等三碳化合物，后者再异生成糖，进而合成肝糖原。在进食2～3小时内，肝内糖异生高度活跃，此即肝糖原合成的三碳途径。肝将餐后多余的葡萄糖储存起来，在需要时再进行分解，可维持血糖水平的恒定。尽管餐后肝细胞摄取葡萄糖的能力低，仍可合成糖原，即肝细胞在微利环境下的系统经营，实现能源物质的合理配置。

二、成熟红细胞运输氧气——无偿摆渡

红细胞是哺乳动物体内通过血液运输氧气的最主要媒介，被称为“氧气运输员”。人体成熟的红细胞呈双凹圆盘状，无细胞核和各种细胞器。成熟红细胞高度分化的结构特点使其自身的代谢率大大降低，有利于氧气运输。由于缺乏线粒体，成熟红细胞只能依靠糖的无氧氧化来供能，不消耗氧气。而发育早期的红细胞有细胞核和细胞器，在发育过程中，细胞核、器均逐渐消失，血红蛋白充满红细胞。血红蛋白是成熟红细胞中的主要成分，能携带氧气。红细胞的糖酵解还存在2,3-二磷酸甘油支路，高浓度的2,3-二磷酸甘油能调节血红蛋白的运氧功能。红细胞通过在血液中不断流动，把血红蛋白结合的氧气输送到全身各组织细胞以供利用。成熟红细胞不耗氧却不断将氧气运输至全身各组织细胞，无偿摆渡，为民服务。

三、肝糖原用于补充血糖，肌糖原用于肌肉收缩快速供能——专款专用

肝组织利用饱食后部分多余的葡萄糖或非糖物质合成肝糖原并储存，肝糖原约占肝重的5%，总量约90～100g。肌肉组织则只利用葡萄糖合成肌糖原并储存，肌肉中糖原约占总量的1%～2%，总量约200～400g。在餐后12～18小时，肝糖原会分解消耗殆尽，用于补充血糖。肌糖原分解则主要为肌肉收缩快速供能。由于肌肉组织缺乏葡糖-6-磷酸酶，剧烈运动使肌糖原分解产生的葡糖-6-磷酸不能生成葡萄糖即不能补充血糖；由于肌肉组织缺乏葡糖-6-磷酸脱氢酶，葡糖-6-磷酸不能直接进入磷酸戊糖途径以合成磷酸核糖和NADPH；肌肉组织内葡糖-6-磷酸只能进入糖酵解途径分解产能，且在相对缺氧环境下生成大量乳酸。而在静息时骨骼肌主要通过氧化脂肪酸供能。因此，在体内肝糖原和肌糖原是专款专用，肝糖原分解用于维持血糖浓度的相对恒定，肌糖原专供肌肉紧张运动应急所需能量，保障了机体生命活动的正常运转。

四、肝内生酮肝外利用——甘为他人作嫁衣

酮体包括乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮，是肝内脂肪酸不完全氧化的产物。肝是机体合成酮体的唯一器官。在肝细胞的线粒体中具有合成酮体的酶系却缺乏利用酮体的酶系，故酮体在肝细胞合成之后需经血液输送到肝外组织如脑、心肌、骨骼肌和肾等而被氧化利用。酮体是肝向肝外组织输出能源的一种形式，特别是在机体糖不足（饥饿）或存在糖的利用障碍（糖尿病）时，肝组织输出的酮体对保障大脑的能量供应具有非常重要的意义。肝组织自身能合成酮体却不利用酮体，甘为他人作嫁衣，无私奉献。

五、白色脂肪组织合成、储存、动员脂肪——甘于奉献

机体的脂肪分为白色脂肪和褐色脂肪。白色脂肪组织只能利用糖酵解途径生成的磷酸二羟丙酮转化成3-磷酸甘油作为骨架，用于合成甘油三酯即脂肪，并主要储存于内脏和皮下。在饥饿或运动等时，机体分泌的脂解激素可引发脂肪动员，将脂肪分解为甘油和脂肪酸。由于在白色脂肪细胞中缺乏甘油激酶或甘油激酶的活性极低，脂肪分解产生的甘油在白色脂肪细胞内既不能被氧化分解，也不能被重新利用再合成脂肪。并且白色脂肪细胞缺乏利用脂肪酸的酶系，也不能利用游离脂肪酸。因此，脂肪动员的产物即甘油和脂肪酸只能释放入血供其他组织如心肌、骨骼肌和肝等摄取利用。甘油主要被肝摄取进行糖异生，也可氧化分解供能。白色脂肪组织可合成和储存脂肪，还可分解脂肪，但不能利用脂肪动员的产物，甘于奉献。

六、脂肪肝——“腐化堕落的公仆”

肝脏能合成和利用脂肪，但不能储存脂肪，它只是脂肪储存的中转站或处理脂肪的“化工厂”。肝可有效协调脂肪酸氧化供能和酯化合成甘油三酯两条途径。在肝细胞内的脂肪酸可进入两种代谢途径：（1）β氧化作用，脂肪酸通过β氧化生成乙酰CoA，一部分乙酰CoA 用于合成酮体后进入血液循环；另一部分乙酰CoA 则进入三羧酸循环彻底氧化产生ATP，满足肝细胞的能量需求。（2）脂肪酸在肝细胞内被酯化成甘油三酯，堆积在肝细胞内形成脂肪小滴，脂肪必须通过与肝脏自身合成的胆固醇、磷脂、载脂蛋白等组装成极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein,VLDL）形式才能分泌入血，从而将肝合成的内源性甘油三酯运输至肝外组织利用。一般人体正常的肝脏脂肪含量不超过肝重的5%。而由各种原因引起的肝细胞内脂肪堆积过多而导致的病变即脂肪肝［6，7］，比如在长期营养不良的人群体内由于缺少蛋白质，会引起肝脏脂蛋白合成障碍；肥胖症患者的脂肪肝患病率更高达60%～90%，严重影响肝功能，威胁人类的健康。在营养不良或肥胖等情况下的脂肪肝，肝可谓“腐化堕落的公仆”。

结语

在物质代谢过程中，正是由于机体细胞利用相关转运蛋白，保证了相应资源的合理分配。比如肝细胞富含GLUT2，在餐后将多余的葡萄糖以糖原形式储存起来；成熟红细胞富含结合氧气的血红蛋白，保证了全身各组织细胞的氧供。由于葡糖6-磷酸酶的组织特异性分布，使糖原代谢具有组织特异性，从而保障了肝糖原和肌糖原各司其职。由于白色脂肪组织具有合成、储存、动员脂肪的酶系但缺乏利用脂肪的酶系，肝组织具有合成酮体的酶系却缺乏利用酮体的酶系，避免了这些细胞内相应物质代谢的无效循环，也为机体其他组织保障了持续可利用的能源物质。

机体中的物质代谢以一种独特的形式诠释着廉政思想。廉政是永不过时的，包括正确处理个人利益与社会公共利益的关系，做到为民服务、为民造福［8］。人类很多病变或慢性疾病就是由于机体的代谢紊乱所致，如脂肪肝和糖尿病等。通过引入机体代谢中的案例，引导学生感悟：人类社会就像一个不断代谢的机体，只有每个人廉洁自律、乐于奉献，才能构建和谐社会及弘扬中华民族传统美德，从而培育学生正确的价值观和高尚的道德情操。本文只展示了物质代谢中的几个代表性例子，引导学生用审美的眼光学习“生物化学”，领悟机体代谢中的廉政之美。线上问卷调查结果显示，95.7%（112/117）的学生对此深表认同，认为展示的思想政治案例生动、贴切。这表明采用这种结合审美和课程思政的新教学思路取得了良好的教学效果，希望为其他同行的“生物化学”教学和课程思政建设起到一定的借鉴作用。