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1、分子营养学,哈尔滨工业大学 食品科学与工程学院 2010.6,王振宇,,主要内容,,一、分子营养学定义,近几十年，随着分子生物学理论与实验技术在生命科学领域各个学科的渗透及应用，产生了许多新兴学科。分子营养学就是营养学与现代分子生物学原理和技术有机结合而产生的一门新兴边缘学科。 分子营养学(molecular nutrition)主要是研究营养素与基因之间的相互作用（包括营养素与营养素之间、营养素与基因之间和基因与基因之间的相互作用）及其对机体健康影响的规律和机制，并据此提出促进健康和防治营养相关疾病措施的一门学科。,,二、分子营养学的研究对象,2. 基因表达的过程及其产物（mRNA、蛋 白质
2、）。,1.与营养相关的基因结构及其相关的DNA 和染色体结构。,3. 膳食因素（营养素、植物化学物等其他 非营养素）和膳食构成。,4. 机体健康的作用。,,三、分子营养学的主要研究内容,筛选和鉴定机体对营养素作出应答反应的基因。 明确受膳食调控基因的功能。 研究营养素对基因表达和基因组结构的影响及其作用机 制，一方面可从基因水平深入理解营养素发挥已知生理 功能的机制，另一方面有助于发现营养素新的功能。 鉴定与营养相关疾病有关的基因，并明确在疾病发生、 发展和疾病严重程度中的作用。,,利用营养素修饰基因表达或基因结构，以促进有益健康基因的表达，抑制有害健康基因的表达。 筛选和鉴定机体对营养素反应
3、存在差异的基因多态性或变异gene polymorphism and genetic variation。 基因多态性或变异对营养素消化、吸收、分布、代谢和排泄的影响及其对生理功能的影响。 基因多态性对营养素需要量的影响。 基因多态性对营养相关疾病发生发展和疾病严重程度的影响。,分子营养学实际应用价值,,营养素与基因相互作用导致营养相关疾病和先天代谢性 缺陷的过程及机制。 生命早期饮食经历对成年后营养相关疾病发生的影响及 机制。 根据上述研究结果，为促进健康和防治营养相关疾病， 制定膳食干预方案；个体化的营养素需要量；特殊人群 （营养相关疾病敏感人群）的特殊膳食指南及营养素供 给量；营养相关疾
4、病病人的特殊食疗配方等。 根据基因与营养素相互作用的原理，构建转基因动物， 开展基因治疗和以营养素为母体开发治疗营养相关疾病 的药物。,分子营养学实际应用价值,,营养素调控基因表达的基本途径,营 养 素,细 胞,受体结合,调节酶,转录因子基因,功 能 基 因 表 达,,蛋白质合成,营养素调控基因表达,DNA,转录前,RNA聚合酶,转录,转录后,翻译,蛋白质,翻译后,甲 基 化 修 饰,顺 式,反 式 调 整,作用元素：肽类激素、固醇 激素、维生素、矿物元素,启 动 子,增 强 子,沉 寂 子,去 鳞 酸 化,磷 酸 化,糖 基 化,戴 帽 ： 甲 基 化 形 成 帽 子 结 构,加 尾 ： m
5、RNA 前 体 de 3-OH 添 加 100200 polyA,循 环 一 次,乙 酰 化,葡萄糖、去甲基肾上腺 素、铁、硒对蛋白受体,,以酶为靶标筛选功能因子,酶为靶标筛选功能因子 成为研究热点,酶参与机体的各种代谢活动 (消化吸收、代谢排泄、激素调节、造血功能、 神经调节、免疫反应）,人体发生的任何病变 都有酶的作用参与,通过促进或者抑制酶的活性可以达到 改善生理功能的作用,使疾病得到控制和根治,,酶与疾病的关系,1.血管紧张素转移酶-高血压 2.酪氨酸酶-老年癍/黑色素 3.一氧化氮合酶-心脑血管疾病 4.乙酰胆碱酯酶-老年痴呆症 5.环加氧酶-炎症 6.醛糖还原酶-糖尿病 7.黄嘌呤
6、氧化酶-痛风 8.拓扑异构酶-肿瘤,,受体-细胞膜/细胞内大分子(糖蛋白/脂蛋白) 特异性识别和结合细胞外信息分子(配体)-环腺苷酸载体-信息分子-传送-细胞内-细胞效应 药物/激素/神经递质/ 抗原/病毒,受体功能:,信息分子(化学信使):,受体靶标筛选功能因子,,受体(环腺苷酸),特异性 识别基团,信号分子,细胞,生物效应,受体作用模型,,1.胰岛素受体-肥胖症 2.儿茶酚胺受体-哮喘病 3.肾上腺受体-心脑血管疾病 4.生长因子受体-恶性肿瘤 5.神经递质受体-神经精神病 6.细胞粘附受体-炎症/血栓形成,受体与发病关系,受体是功能因子作用的重要靶标之一,,通过受体阻断开发功能性食品及药
7、物,1.Receptor blocker 与受体具有亲和力 2.无内在活性 3.防碍化学信使与受体结合 4.阻断相应的生物效应 5.割断疾病产生源头,受体阻断剂 (receptor blocker):,,1.血管紧张素转换酶(ACE),舒缓激肽-分解-失活物质-血压升高 (舒缓激肽具有降压作用),致病机理: 血管紧张素1-(ACE)-血管紧张素2,,植物来源的酶抑制剂-血管紧张素转换酶(ACE)抑制剂 地中海柏木-原花青素;枸杞-降压肽;槟榔/麻黄/淫羊藿/大黄/肉桂/牡丹,酮类,,2.酪氨酸酶,致病机理:,酪氨酸-(酪氨酸酶)-多巴-多巴氧化-多巴醌 -黑色素,,植物来源的酶抑制剂-酪氨酸酶
8、抑制剂,杜鹃科植物熊果,,蒽醌,植物来源的酶抑制剂-酪氨酸酶抑制剂,,黄酮,植物来源的酶抑制剂-酪氨酸酶抑制剂,,3.乙酰胆碱酯酶(AChE),乙酰胆碱-(乙酰胆碱酯酶)-分解 导致:,1.记忆下降 2.重症肌无力 3.痴呆症,,植物来源的酶抑制剂-乙酰胆 碱酯酶(AChE)抑制剂,石杉属植物千层塔提取物,,香豆素类,植物来源的酶抑制剂-乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂,,4.环加氧酶(COX-2),- 组织损伤后 - 导致细胞增殖- 癌症,COX-2-炎症细胞中一种可诱导酶.,COX-2,抑制调亡酶活,COX-2,调亡酶,,环加氧酶(COX)-1/-2抑制剂,车前草分离得乌苏酸,,5.黄嘌呤氧
9、化酶,致病机理: 黄嘌呤 -(黄嘌呤氧化酶)- 尿酸 - 尿酸沉积 -高尿酸症- 痛风,,黄嘌呤氧化酶抑制剂,北美落叶松/喇叭花/肉桂/丁香/苷草/万寿菊,,,,6.醛糖还原酶(AR)-糖代谢中得多元醇通路的限速酶,- 糖尿病并发症,致病机理 (AR在高血糖时被激活),葡萄糖,-(AR)-,山梨醇,引起细胞损伤,,植物来源的酶抑制剂-醛糖还原酶(AR)抑制剂,黄酮类 水飞蓟/黄连素,,植物来源的酶抑制剂-单胺氧化酶（MAO）抑制剂,,,7.拓扑异构酶,,拓扑异构酶（Topo)抑制剂抗肿瘤药物,生物碱,,木脂素,拓扑异构酶（Topo)抑制剂抗肿瘤药物,,8.磷酸二酯酶(PDE),环磷酸酰苷(cA
10、MP)/环磷酸鸟苷(cGTP)-(PDE)-水解-5-AMP和5-GTP(无活)-心力衰竭/心肌梗死/动脉血栓 cAMP和cGTP-细胞内信息传递的第二信使,调节细胞内的各种功能.,,植物来源的酶抑制剂-磷酸二酯酶(PDE)抑制剂,生物碱,,皂苷,植物来源的酶抑制剂-磷酸二酯酶(PDE)抑制剂,,9.Na+，K+-ATP酶,Na+，K+-ATP酶- 导致体内Na+，K+吸收 增多,尿中排Na+，K+- 减少- 肾炎,,植物来源的酶抑制剂-Na+，K+-ATP酶抑制剂,酸摩大黄酚(蒽醌),,10.-葡萄糖苷酶-人体对淀粉等碳水化合物的吸收主要依靠该酶的活性,淀粉/多糖-(a-葡萄糖苷酶)-非还原
11、端切下葡萄糖,抑制a-葡萄糖苷酶-延缓碳水化合物的吸收- 降低餐后血糖的波动,对糖尿病及其并发症具有预防作用,淀粉/多糖,还原端,非还原端,a-葡萄糖苷酶,葡萄糖,,植物来源的酶抑制剂-葡萄糖苷酶抑制剂,,11.蛋白激酶C(PKC),PKC- 细胞膜- 信号传递 - 癌细胞增殖 抑制PKC - 抑制癌细胞增殖,PKC是一种Ca离子和磷脂酰丝氨酸激活的蛋白激酶,在细胞 跨膜信号中起传递作用,,植物来源的酶抑制剂-蛋白激酶C抑制剂,,12.艾滋病毒(HIV)逆转录酶,HIV-人免疫缺陷病毒 HIV逆转录酶-诱发细胞病变-HIV 抑制HIV逆转录酶的活性-预防AIDS-途径 HIV抑制剂: 绿茶-(儿茶素);黄芩-(黄芩苷) 苦瓜-(苦瓜碱),,肾上腺素能受体导致: 高血压、充血性心力衰竭、心率失常、 男性前列腺肥大,1.肾上腺素能受体,,肾上腺素能受体阻断剂,1受体阻断剂：静脉血管扩张,,,-受体阻断剂,,乙酰胆碱能(ACh）受体分二种类型:,2.乙酰胆碱能(ACh）受体,M型,N型,M型:血管平滑肌、心肌、腺体细胞 眩晕病、感染性休克、心血管,N型：植物神经末梢 肌肉松弛、肌肉萎缩,,毒藫碱型（M型)Ach受体阻断剂,植物来源的受体阻断剂-乙酰胆碱能(A
