比較法在《生物化學(xué)》物質(zhì)代謝教學(xué)中的運(yùn)用

王峰

（山東協(xié)和學(xué)院醫(yī)學(xué)院 山東濟(jì)南 250000）

摘 要：生物化學(xué)中的物質(zhì)代謝過(guò)程復(fù)雜，恰當(dāng)運(yùn)用比較法能夠化難為易，便于理解與記憶。對(duì)糖、蛋白質(zhì)、脂類、核酸等物質(zhì)的代謝從三個(gè)方面進(jìn)行了比較，即消化吸收過(guò)程的比較、合成與分解代謝的比較及循環(huán)代謝的比較。

關(guān)鍵詞：比較法 物質(zhì)代謝

比較是指將各事物加以對(duì)比分析，確定它們的相同點(diǎn)、不同點(diǎn)及其相互關(guān)系的過(guò)程。在教學(xué)中，恰當(dāng)運(yùn)用比較法能夠化難為易，化繁為簡(jiǎn)，便于理解與記憶。

一、消化吸收過(guò)程的比較

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，都是在酶的催化下分解為小分子物質(zhì)，然后被吸收。但由于脂類物質(zhì)大多不溶于水，因而脂類的消化吸收具有三個(gè)顯著的特點(diǎn)：一是需要膽汁酸鹽的參與；二是脂類物質(zhì)的消化產(chǎn)物不需載體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)而直接被吸收到細(xì)胞內(nèi)；三是在小腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)，被吸收的脂類與載脂蛋白結(jié)合形成乳糜微粒。

二、合成與分解代謝的比較

在生物體內(nèi)物質(zhì)的合成并不是其分解的簡(jiǎn)單逆過(guò)程，兩者存在或多或少的差異。

1.同一物質(zhì)的合成與分解差異較小的例子

這些物質(zhì)合成與分解過(guò)程中出現(xiàn)的中間代謝產(chǎn)物多數(shù)相同或相似。

根據(jù)合成與分解過(guò)程中多數(shù)反應(yīng)是否可逆，分為兩類。一類是合成與分解過(guò)程中多數(shù)反應(yīng)是由相同的酶催化的可逆反應(yīng)，其差異主要體現(xiàn)在少數(shù)不可逆反應(yīng)由不同的酶催化；一類是分解與合成過(guò)程中多數(shù)反應(yīng)的代謝物雖然相同，但反應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化的途徑上不同，在酮體合成過(guò)程中乙酰乙酰輔酶A轉(zhuǎn)化為乙酰乙酸要經(jīng)過(guò)中間產(chǎn)物HMGCoA，在酮體分解過(guò)程中乙酰乙酸轉(zhuǎn)化為乙酰乙酰輔酶A不經(jīng)過(guò)這種中間產(chǎn)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(guò)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(yīng)。在糖原的合成中有中間產(chǎn)物UDP—葡萄糖的生成，但糖原在分解過(guò)程中并不產(chǎn)生這種物質(zhì)。

2.同一物質(zhì)的合成與分解差異較大的例子

核酸與蛋白質(zhì)的合成過(guò)程遠(yuǎn)比分解過(guò)程復(fù)雜，因?yàn)楹怂崤c蛋白質(zhì)的合成需要把模板所蘊(yùn)含的信息準(zhǔn)確的體現(xiàn)在所要合成的物質(zhì)上。如蛋白質(zhì)的合成需要三種RNA、氨基酰tRNA合成酶、肽酶以及眾多蛋白質(zhì)因子的參與，氨基酸先與tRNA相結(jié)合，然后在核糖體上聚合，以確保蛋白質(zhì)中氨基酸的排列次序與模板所蘊(yùn)含的信息一致；而蛋白質(zhì)的分解則是由蛋白質(zhì)內(nèi)切酶或外切酶直接對(duì)肽鍵進(jìn)行切割，無(wú)須RNA及蛋白質(zhì)因子的參與。由此可見(jiàn)，蛋白質(zhì)的合成除需要酶的參與外，還需要其他眾多成分的參與，過(guò)程復(fù)雜，而蛋白質(zhì)的分解則僅需要酶的參與，過(guò)程簡(jiǎn)單；參與蛋白質(zhì)合成的酶與參與蛋白質(zhì)分解的酶完全不同。

3.不同物質(zhì)分解代謝的比較

大分子物質(zhì)分解代謝的共同點(diǎn)是都要分解為小分子物質(zhì)，然后再?gòu)氐追纸鉃槎趸?、水及其他代謝廢物。其中糖、脂肪、蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)物最終都進(jìn)入三羧酸循環(huán)進(jìn)行徹底分解。但糖與脂肪是通過(guò)分解為乙酰輔酶A進(jìn)入三羧酸循環(huán)的，而蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)物氨基酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑比較多。有些氨基酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A進(jìn)入三羧酸循環(huán)，有些氨基酸轉(zhuǎn)化為三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物進(jìn)入三羧酸循環(huán)。

脂肪酸β—氧化與糖有氧氧化中的三羧酸循環(huán)看似兩個(gè)完全不同的過(guò)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(huán)中從琥珀酸到草酰乙酸的三步反應(yīng)也同樣遵循著脫氫成烯、加水成羥、再脫氫成酮的規(guī)律。

4.不同物質(zhì)合成代謝的比較

糖原、脂肪、核酸與蛋白質(zhì)都是由小分子物質(zhì)作為基本單位來(lái)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(zhì)合成的基本單位是氨基酸。其中，核酸與蛋白質(zhì)的合成需要模板。

DNA、RNA與蛋白質(zhì)的合成都需要模板，但合成核酸的模板是DNA，而合成蛋白質(zhì)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(kāi)始的，而嘧啶核苷酸的從頭合成卻是先合成嘧啶環(huán)，然后磷酸核糖化。

三、循環(huán)代謝的比較

生物化學(xué)中有一些循環(huán)代謝，如三羧酸循環(huán)、鳥(niǎo)氨酸循環(huán)、甲硫氨酸循環(huán)、嘌呤核苷酸循環(huán)等。其特點(diǎn)是：第一步反應(yīng)中的一種反應(yīng)物經(jīng)過(guò)一至多步反應(yīng)后又重新生成。循環(huán)代謝往往以這種反應(yīng)物命名。循環(huán)代謝的第一步反應(yīng)至少包含兩種反應(yīng)物，其中一種反應(yīng)物是最后一步反應(yīng)的產(chǎn)物，另一種反應(yīng)物是循環(huán)代謝的起始物，循環(huán)代謝的最后一步反應(yīng)至少包含兩種產(chǎn)物，其中一種產(chǎn)物作為反應(yīng)物參與第一步反應(yīng)，另一種產(chǎn)物是循環(huán)代謝的最終產(chǎn)物。

最簡(jiǎn)單的循環(huán)反應(yīng)由兩步反應(yīng)完成，如由轉(zhuǎn)氨酶和谷氨酸脫氫酶催化的聯(lián)合脫氨基作用，參與第一步反應(yīng)的α—酮戊二酸在第二步又重新生成。而三羧酸循環(huán)卻經(jīng)過(guò)八步反應(yīng)才完成，參與第一步反應(yīng)的草酰乙酸要在第八步才重新生成。

有些物質(zhì)的代謝過(guò)程中包含多個(gè)連續(xù)的循環(huán)反應(yīng)，如嘌呤核苷酸循環(huán)包含三個(gè)連續(xù)的循環(huán)反應(yīng)，而還原氫在呼吸鏈上的傳遞則包含更多的循環(huán)反應(yīng)。

三羧酸循環(huán)與鳥(niǎo)氨酸循環(huán)，是生物化學(xué)中最經(jīng)典的兩個(gè)循環(huán)代謝。這兩個(gè)循環(huán)代謝有三個(gè)明顯的差異。第一，它們的中間循環(huán)產(chǎn)物草酰乙酸和鳥(niǎo)氨酸在循環(huán)中具有不同的反應(yīng)特點(diǎn)。草酰乙酸經(jīng)過(guò)一輪循環(huán)后有兩個(gè)碳原子轉(zhuǎn)移到二氧化碳中，重新生成的草酰乙酸中有兩個(gè)碳原子是來(lái)自參與第一步反應(yīng)的乙?；?，因而草酰乙酸在循環(huán)中不能保持碳骨架的完整性。但鳥(niǎo)氨酸在循環(huán)反應(yīng)中除了γ—NH2中的一個(gè)氫原子發(fā)生轉(zhuǎn)移外，其余的原子都不轉(zhuǎn)移，保持了自身碳骨架的完整性。第二，三羧酸循環(huán)僅包含一個(gè)循環(huán)反應(yīng)，而完整的鳥(niǎo)氨酸循環(huán)卻包含三個(gè)循環(huán)反應(yīng)。第三，三羧酸循環(huán)幾乎發(fā)生在人體除成熟紅細(xì)胞之外的所有的細(xì)胞中，而鳥(niǎo)氨酸循環(huán)主要發(fā)生在肝細(xì)胞中；三羧酸循環(huán)發(fā)生在線粒體，鳥(niǎo)氨酸循環(huán)的第一步發(fā)生在線粒體，其余反應(yīng)都在線粒體外。這兩個(gè)循環(huán)也通過(guò)延胡索酸這個(gè)共同的中間代謝產(chǎn)物而聯(lián)系起來(lái)。

恰當(dāng)運(yùn)用比較法，不僅使繁雜的物質(zhì)代謝變得簡(jiǎn)潔，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。在物質(zhì)代謝的教學(xué)中，應(yīng)善于引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用比較法來(lái)學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

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