1、分子營(yíng)養(yǎng)學(xué),哈爾濱工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院 2010.6,王振宇,主要內(nèi)容,一、分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)定義,近幾十年，隨著分子生物學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域各個(gè)學(xué)科的滲透及應(yīng)用，產(chǎn)生了許多新興學(xué)科。分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)就是營(yíng)養(yǎng)學(xué)與現(xiàn)代分子生物學(xué)原理和技術(shù)有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興邊緣學(xué)科。 分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)(molecular nutrition)主要是研究營(yíng)養(yǎng)素與基因之間的相互作用（包括營(yíng)養(yǎng)素與營(yíng)養(yǎng)素之間、營(yíng)養(yǎng)素與基因之間和基因與基因之間的相互作用）及其對(duì)機(jī)體健康影響的規(guī)律和機(jī)制，并據(jù)此提出促進(jìn)健康和防治營(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病措施的一門學(xué)科。,二、分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)的研究對(duì)象,2. 基因表達(dá)的過程及其產(chǎn)物（mRNA、蛋 白質(zhì)）。,

2、1.與營(yíng)養(yǎng)相關(guān)的基因結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的DNA 和染色體結(jié)構(gòu)。,3. 膳食因素（營(yíng)養(yǎng)素、植物化學(xué)物等其他 非營(yíng)養(yǎng)素）和膳食構(gòu)成。,4. 機(jī)體健康的作用。,三、分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容,篩選和鑒定機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)素作出應(yīng)答反應(yīng)的基因。 明確受膳食調(diào)控基因的功能。 研究營(yíng)養(yǎng)素對(duì)基因表達(dá)和基因組結(jié)構(gòu)的影響及其作用機(jī) 制，一方面可從基因水平深入理解營(yíng)養(yǎng)素發(fā)揮已知生理 功能的機(jī)制，另一方面有助于發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)素新的功能。 鑒定與營(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病有關(guān)的基因，并明確在疾病發(fā)生、 發(fā)展和疾病嚴(yán)重程度中的作用。,利用營(yíng)養(yǎng)素修飾基因表達(dá)或基因結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)有益健康基因的表達(dá)，抑制有害健康基因的表達(dá)。 篩選和鑒定機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)素反應(yīng)存在差異的

3、基因多態(tài)性或變異gene polymorphism and genetic variation。 基因多態(tài)性或變異對(duì)營(yíng)養(yǎng)素消化、吸收、分布、代謝和排泄的影響及其對(duì)生理功能的影響。 基因多態(tài)性對(duì)營(yíng)養(yǎng)素需要量的影響。 基因多態(tài)性對(duì)營(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展和疾病嚴(yán)重程度的影響。,分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,營(yíng)養(yǎng)素與基因相互作用導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病和先天代謝性 缺陷的過程及機(jī)制。 生命早期飲食經(jīng)歷對(duì)成年后營(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病發(fā)生的影響及 機(jī)制。 根據(jù)上述研究結(jié)果，為促進(jìn)健康和防治營(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病， 制定膳食干預(yù)方案；個(gè)體化的營(yíng)養(yǎng)素需要量；特殊人群 （營(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病敏感人群）的特殊膳食指南及營(yíng)養(yǎng)素供 給量；營(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病病人的特殊

4、食療配方等。 根據(jù)基因與營(yíng)養(yǎng)素相互作用的原理，構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動(dòng)物， 開展基因治療和以營(yíng)養(yǎng)素為母體開發(fā)治療營(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病 的藥物。,分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,營(yíng)養(yǎng)素調(diào)控基因表達(dá)的基本途徑,營(yíng) 養(yǎng) 素,細(xì) 胞,受體結(jié)合,調(diào)節(jié)酶,轉(zhuǎn)錄因子基因,功 能 基 因 表 達(dá),蛋白質(zhì)合成,營(yíng)養(yǎng)素調(diào)控基因表達(dá),DNA,轉(zhuǎn)錄前,RNA聚合酶,轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄后,翻譯,蛋白質(zhì),翻譯后,甲 基 化 修 飾,順 式,反 式 調(diào) 整,作用元素：肽類激素、固醇 激素、維生素、礦物元素,啟 動(dòng) 子,增 強(qiáng) 子,沉 寂 子,去 鱗 酸 化,磷 酸 化,糖 基 化,戴 帽 ： 甲 基 化 形 成 帽 子 結(jié) 構(gòu),加 尾 ： mRNA 前 體

5、de 3-OH 添 加 100200 polyA,循 環(huán) 一 次,乙 酰 化,葡萄糖、去甲基腎上腺 素、鐵、硒對(duì)蛋白受體,以酶為靶標(biāo)篩選功能因子,酶為靶標(biāo)篩選功能因子 成為研究熱點(diǎn),酶參與機(jī)體的各種代謝活動(dòng) (消化吸收、代謝排泄、激素調(diào)節(jié)、造血功能、 神經(jīng)調(diào)節(jié)、免疫反應(yīng)）,人體發(fā)生的任何病變 都有酶的作用參與,通過促進(jìn)或者抑制酶的活性可以達(dá)到 改善生理功能的作用,使疾病得到控制和根治,酶與疾病的關(guān)系,1.血管緊張素轉(zhuǎn)移酶-高血壓 2.酪氨酸酶-老年癍/黑色素 3.一氧化氮合酶-心腦血管疾病 4.乙酰膽堿酯酶-老年癡呆癥 5.環(huán)加氧酶-炎癥 6.醛糖還原酶-糖尿病 7.黃嘌呤氧化酶-痛風(fēng) 8.拓

6、撲異構(gòu)酶-腫瘤,受體-細(xì)胞膜/細(xì)胞內(nèi)大分子(糖蛋白/脂蛋白) 特異性識(shí)別和結(jié)合細(xì)胞外信息分子(配體)-環(huán)腺苷酸載體-信息分子-傳送-細(xì)胞內(nèi)-細(xì)胞效應(yīng) 藥物/激素/神經(jīng)遞質(zhì)/ 抗原/病毒,受體功能:,信息分子(化學(xué)信使):,受體靶標(biāo)篩選功能因子,受體(環(huán)腺苷酸),特異性 識(shí)別基團(tuán),信號(hào)分子,細(xì)胞,生物效應(yīng),受體作用模型,1.胰島素受體-肥胖癥 2.兒茶酚胺受體-哮喘病 3.腎上腺受體-心腦血管疾病 4.生長(zhǎng)因子受體-惡性腫瘤 5.神經(jīng)遞質(zhì)受體-神經(jīng)精神病 6.細(xì)胞粘附受體-炎癥/血栓形成,受體與發(fā)病關(guān)系,受體是功能因子作用的重要靶標(biāo)之一,通過受體阻斷開發(fā)功能性食品及藥物,1.Receptor b

7、locker 與受體具有親和力 2.無(wú)內(nèi)在活性 3.防礙化學(xué)信使與受體結(jié)合 4.阻斷相應(yīng)的生物效應(yīng) 5.割斷疾病產(chǎn)生源頭,受體阻斷劑 (receptor blocker):,1.血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE),舒緩激肽-分解-失活物質(zhì)-血壓升高 (舒緩激肽具有降壓作用),致病機(jī)理: 血管緊張素1-(ACE)-血管緊張素2,植物來(lái)源的酶抑制劑-血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)抑制劑地中海柏木-原花青素;枸杞-降壓肽;檳榔/麻黃/淫羊藿/大黃/肉桂/牡丹,酮類,2.酪氨酸酶,致病機(jī)理:,酪氨酸-(酪氨酸酶)-多巴-多巴氧化-多巴醌 -黑色素,植物來(lái)源的酶抑制劑-酪氨酸酶抑制劑,杜鵑科植物熊果,蒽醌,植物來(lái)源

8、的酶抑制劑-酪氨酸酶抑制劑,黃酮,植物來(lái)源的酶抑制劑-酪氨酸酶抑制劑,3.乙酰膽堿酯酶(AChE),乙酰膽堿-(乙酰膽堿酯酶)-分解 導(dǎo)致:,1.記憶下降 2.重癥肌無(wú)力 3.癡呆癥,植物來(lái)源的酶抑制劑-乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制劑,石杉屬植物千層塔提取物,香豆素類,植物來(lái)源的酶抑制劑-乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制劑,4.環(huán)加氧酶(COX-2),- 組織損傷后 - 導(dǎo)致細(xì)胞增殖- 癌癥,COX-2-炎癥細(xì)胞中一種可誘導(dǎo)酶.,COX-2,抑制調(diào)亡酶活,COX-2,調(diào)亡酶,環(huán)加氧酶(COX)-1/-2抑制劑,車前草分離得烏蘇酸,5.黃嘌呤氧化酶,致病機(jī)理: 黃嘌呤 -(黃嘌呤氧化酶)- 尿酸 -

9、 尿酸沉積 -高尿酸癥- 痛風(fēng),黃嘌呤氧化酶抑制劑,北美落葉松/喇叭花/肉桂/丁香/苷草/萬(wàn)壽菊,6.醛糖還原酶(AR)-糖代謝中得多元醇通路的限速酶,- 糖尿病并發(fā)癥,致病機(jī)理 (AR在高血糖時(shí)被激活),葡萄糖,-(AR)-,山梨醇,引起細(xì)胞損傷,植物來(lái)源的酶抑制劑-醛糖還原酶(AR)抑制劑,黃酮類 水飛薊/黃連素,植物來(lái)源的酶抑制劑-單胺氧化酶（MAO）抑制劑,7.拓?fù)洚悩?gòu)酶,拓?fù)洚悩?gòu)酶（Topo)抑制劑抗腫瘤藥物,生物堿,木脂素,拓?fù)洚悩?gòu)酶（Topo)抑制劑抗腫瘤藥物,8.磷酸二酯酶(PDE),環(huán)磷酸酰苷(cAMP)/環(huán)磷酸鳥苷(cGTP)-(PDE)-水解-5-AMP和5-GTP(無(wú)活

10、)-心力衰竭/心肌梗死/動(dòng)脈血栓 cAMP和cGTP-細(xì)胞內(nèi)信息傳遞的第二信使,調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的各種功能.,植物來(lái)源的酶抑制劑-磷酸二酯酶(PDE)抑制劑,生物堿,皂苷,植物來(lái)源的酶抑制劑-磷酸二酯酶(PDE)抑制劑,9.Na+，K+-ATP酶,Na+，K+-ATP酶- 導(dǎo)致體內(nèi)Na+，K+吸收 增多,尿中排Na+，K+- 減少- 腎炎,植物來(lái)源的酶抑制劑-Na+，K+-ATP酶抑制劑,酸摩大黃酚(蒽醌),10.-葡萄糖苷酶-人體對(duì)淀粉等碳水化合物的吸收主要依靠該酶的活性,淀粉/多糖-(a-葡萄糖苷酶)-非還原端切下葡萄糖,抑制a-葡萄糖苷酶-延緩碳水化合物的吸收- 降低餐后血糖的波動(dòng),對(duì)糖尿病及

11、其并發(fā)癥具有預(yù)防作用,淀粉/多糖,還原端,非還原端,a-葡萄糖苷酶,葡萄糖,植物來(lái)源的酶抑制劑-葡萄糖苷酶抑制劑,11.蛋白激酶C(PKC),PKC- 細(xì)胞膜- 信號(hào)傳遞 - 癌細(xì)胞增殖 抑制PKC - 抑制癌細(xì)胞增殖,PKC是一種Ca離子和磷脂酰絲氨酸激活的蛋白激酶,在細(xì)胞 跨膜信號(hào)中起傳遞作用,植物來(lái)源的酶抑制劑-蛋白激酶C抑制劑,12.艾滋病毒(HIV)逆轉(zhuǎn)錄酶,HIV-人免疫缺陷病毒 HIV逆轉(zhuǎn)錄酶-誘發(fā)細(xì)胞病變-HIV 抑制HIV逆轉(zhuǎn)錄酶的活性-預(yù)防AIDS-途徑 HIV抑制劑: 綠茶-(兒茶素);黃芩-(黃芩苷) 苦瓜-(苦瓜堿),腎上腺素能受體導(dǎo)致: 高血壓、充血性心力衰竭、心率

12、失常、 男性前列腺肥大,1.腎上腺素能受體,腎上腺素能受體阻斷劑,1受體阻斷劑：靜脈血管擴(kuò)張,-受體阻斷劑,乙酰膽堿能(ACh）受體分二種類型:,2.乙酰膽堿能(ACh）受體,M型,N型,M型:血管平滑肌、心肌、腺體細(xì)胞 眩暈病、感染性休克、心血管,N型：植物神經(jīng)末梢 肌肉松弛、肌肉萎縮,毒藫堿型（M型)Ach受體阻斷劑,植物來(lái)源的受體阻斷劑-乙酰膽堿能(ACh）受體阻斷劑,煙堿型（N型)Ach受體阻斷劑,DA-腦內(nèi)一種重要的神經(jīng)遞質(zhì),參與人類神經(jīng)的調(diào)節(jié) DA受體-神經(jīng)分裂癥/帕金森癥的主要靶標(biāo),3.多巴胺(DA)受體,阻斷神經(jīng)疾病發(fā)生的幻覺/錯(cuò)覺,多巴胺(DA)受體阻斷劑,血管緊張素 (A)

13、 與受體結(jié)合 收縮血管、升壓作用 阻斷血管緊張素(A)受體治療高血壓,4.血管緊張素 (A)受體,(A )受體阻斷劑,植物來(lái)源的受體阻斷劑-血管緊張素,血小板活化因子(PAF)-血小板/炎癥細(xì)胞產(chǎn)生的內(nèi)源性磷脂 血小板活化因子(PAF-血栓、中風(fēng)、過敏、炎癥、免疫功能下降,5.血小板活化因子(PAF)受體,PAF,內(nèi)源性磷脂,免疫功能下降,血栓,中風(fēng),過敏,炎癥,植物來(lái)源的受體阻斷劑-血小板活化因子(PAF)受體阻斷劑,木脂素類和新木脂素類,植物提取物阻斷血小板活化因子(PAF)受體,萜類化合物,植物來(lái)源的受體阻斷劑-血小板活化因子(PAF)受體阻斷劑,植物提取物阻斷血小板活化因子(PAF)受體,1.補(bǔ)陽(yáng)還五湯清代著名醫(yī)方： 地龍、川芎 2.紅花提取物 3.銀杏提取物 4.胡椒科植物,植物提取物阻斷血小板活化因子(PAF)受體,治療：中風(fēng)、血栓等,內(nèi)皮素(ET)-體內(nèi)活性多肽(強(qiáng)大收縮血管 作用) 內(nèi)皮素(ET)受體阻斷劑： 蛇毒、蜂毒、蝎毒與ET有60-80的同源性，相關(guān)肽由同一組基因演變,6.內(nèi)皮素(ET)受體,內(nèi)皮素(ET),高血壓、動(dòng)脈硬化、 心肌梗