营养生物化学与分子生物学 课件全套 第1-14章 绪论、核酸与人体健康- 营养素与表观遗传学

第一章绪论营养生物化学与分子生物学研究内容营养生物化学与分子生物学的发展历史本章目录一二营养生物化学与分子生物学的发展趋势学习方法及要求三四本章重难点掌握熟悉营养生物化学与分子生物学的定义、研究内容、研究方法；学习营养生物化学与分子生物学课程内容的优良方法。营养生物化学与分子生物学与营养与健康各学科的关系；本学科的基本理论与基本技术在营养学研究领域中的应用。了解营养生物化学与分子生物学发展的简史及新的研究领域和进展。第一节营养生物化学与分子生物学的发展历史生物化学（Biochemistry）：即生命的化学（chemistryoflife），是运用化学的理论和方法研究生物体的化学组成和生命过程中的化学变化规律的一门科学。自从20世纪50年代，J.Watson和F.Crick提出DNA双螺旋结构模型后，生物化学进入了分子生物学时期，开展了DNA复制、基因转录和蛋白质生物合成的深入研究。分子生物学（molecurbiology）：从分子水平研究生物大分子核酸和蛋白质的结构与功能、生物合成与分解，以及生物大分子间相互作用，从而阐明生命现象本质的一门科学。生物化学与分子生物学关系紧密，因此，人们将两者融合作为一门学科，共同探索和阐明生命的现象和本质。营养生物化学与分子生物学（NutritionalBiochemistryandMolecularbiology）：重点研究营养素和其他食物成分的对机体的影响机制。研究重点是它们的功能以及对人体生理、健康和行为的影响。一、定义生物分子的结构与功能：生物化学研究构成生物体的基本物质糖类、脂质、蛋白质（酶）和核酸的结构、性质与功能，这部分内容通常称为静态生物化学。分子生物学则主要侧重研究生物大分子蛋白质和核酸的结构与功能、生物合成与相互作用。物质代谢与调节：原子间通过相反电荷吸收力形成非共价键，主要包括氢键（hydrogenbond）、离子键（ionic）研究构成生物体的基本物质在生命活动过程中进行的化学反应过程，即新陈代谢过程，以及它们在代谢过程中能量的转换和调节规律，这部分通常称为动态生物化学。遗传信息的表达与调控：研究生物体遗传信息载体DNA和RNA的结构与功能，阐明DNA复制、RNA转录和蛋白质生物合成的规律，这些是分子生物学研究重点，也是生物化学与分子生物研究的交汇点。二、主要研究内容第二节营养生物化学与分子生物学研究内容1877年佩·赛勒（HoppeSeyler）首次提出德文biochemie，译成英文即biochemistry；1903年，生物化学成为一门独立的学科；1905年JBC杂志创刊。1890—1907年，Fisher提出酶的“锁钥假说”，并证明蛋白质是由氨基酸缩合形成的多肽。1926年，J.B.Sumner第提纯和结晶出尿素酶，继而有学者结晶出胰蛋白酶、胃蛋白酶、黄酶、细胞色素C等，证明酶的本质都是蛋白质。EmilFisherJ.B.Sumner一、萌芽期1904年.Knoop发现了脂肪酸的β-氧化。1932年，H.Kre和K.Henseleit发现尿素合成的鸟氨酸循环。1937年，H.Krebs揭示了三羧环机制。1948年，E.Kennedy和A.Lehnier发现线粒体是真核生物氧化磷酸化场所。至此，以三羧酸循环为核心，汇集葡萄糖、脂肪酸和氨基酸氧化分解生成二氧化碳、水和能量（ATP）的代谢途径已经阐明。Hans·KrebsAlbertLehninger二、发展的蓬勃期1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.Crick）提出的DNA双螺旋结构模型则成为分子生物学诞生的里程碑。这一时期，生物化学与分子生物学研究领域群星璀璨，成果丰硕，产生了众多诺贝尔奖获得者，在此就不一一罗列，充分反映了该学科在生命科学研究中的重要地位和影响力。J.Watson和F.CrickM.NirengbergP.BergF.Sanger三、发展期我国很早就已运用生物化学知识和技术为生产和生活服务。公元前21世纪，我国人民已能造酒，这是用“曲”作“媒”（即酶）催化谷物淀粉发酵的实践。近代生物化学发展时期，生物化学家吴宪等在血液化学分析方面创立了血滤液的制备法和血糖测定法；在蛋白质研究方面提出了蛋白质变性学说。1965年我国在世界上首先用人工方法合成有生物活性的结晶牛胰岛素，1971年完成了用X射线衍射方法测定牛胰岛素的分子空间结构，分辨率达0.18nm。1979年用人工方法合成酵母丙氨酸转运核糖核酸。近年来，我国在基因工程、蛋白质工程、人类基因组计划以及新基因的克隆与功能研究等方面均取得了重要成果，正朝着国际先进水平迈进。三、我国科学家的贡献第三节营养生物化学与分子生物学发展趋势一、基于生物化学与分子生物学的营养方案精细化趋势认知深化的历程逐渐从整个机体水平向分子水平深入认识生命现象。传统营养学主要集中在机体水平的研究。营养学发展的需求随着生物化学与分子生物学技术成熟，渗透到整个生物领域。营养学需要从细胞分子水平阐明调控机体营养分配与代谢的途径与机理。营养生物化学与分子生物学的崛起研究成果为设计基于营养的公共卫生干预措施提供基础。直接关联人类常见疾病和残疾，特定营养素与疾病直接相关。与健康的紧密联系不良饮食习惯增加发病率和死亡率的风险。疾病包括出生缺陷、糖尿病、心血管疾病、肥胖症和某些癌症。营养物质对机体的影响特定营养素、食物成分或代谢物单独或组合作用，导致疾病风险增加。科学的营养设计可以预防特定疾病的发生。遗传因素的影响细微遗传变异对饮食成分与疾病关联有强烈影响。单核苷酸多态性在制定营养素需要量和供给量时需要考虑。展望大量基础研究：筛选机体对营养素反应存在差异的基因多态性或变异。基因多态性对营养素的消化、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。精细化营养方案的未来类似了解血型的方式，了解个体的营养需要类型。针对不同基因型的人群制定个性化营养方案，降低疾病发生率，保障身心健康一、基于生物化学与分子生物学的营养方案精细化趋势二、营养生物化学与分子生物学为疾病干预提供新途径1.营养物质在生理活动中的作用食物经消化转化为氨基酸、单糖、脂肪酸等被吸收。营养素不仅提供能量，还直接或间接参与基因转录。2.营养素在疾病治疗中的作用被逐渐认知营养素调节基因、酶、激素，为治疗代谢和基因相关疾病提供新途径。分子营养学揭示个体间营养素吸收差异，为个体化治疗方案奠定基础。3.遗传因素导致的营养素吸收差异被揭示维生素D受体等位基因差异导致钙吸收差异。通过深入研究基因突变，实现更个体化、合理化的治疗方案。4.营养学在多种疾病中的干预效果被证实营养学在肥胖症、糖尿病、心血管疾病等患者治疗中的成功案例。个性化饮食疗法降低疾病发病率，改善生活质量。二、营养生物化学与分子生物学为疾病干预提供新途径5成功的饮食疗法历史叶酸强化谷物产品预防出生缺陷。食盐碘​​化预防克汀病。地中海饮食与心理健康关联。6.营养学对细胞和组织的影响现代研究揭示了营养素如何影响细胞和组织的生长、发育和稳态。重要机理研究为开发新的营养预防策略提供支持。三、多学科交叉融合日趋明显1.学科的综合性营养生物化学与分子生物学整合了生物化学、营养学、分子生物学等多学科知识。2.生命科学领域的迅速发展生物化学与分子生物学领域是生命科学发展最迅速的学科之一。新技术的涌现促进了学科的不断发展。3.养基因组计划的推动营养基因组计划寻找对膳食成分应答的基因及其多态性。基因多态性决定个体对营养素的敏感性，个体之间存在大差异。4.化的营养素需求基于特异基因或基因型的知识，可以了解每个人的营养素需要类型。个体化的推荐摄入量（RNI）考虑了基因型，有助于促进有利基因的表达。5.营物化学与分子生物学的新视角将生物学理论和技术应用于膳食计划、代谢疾病干预、疾病预防等。通过学科的交叉，取长补短，为健康领域带来新的发展方向。6.未来展趋势在多学科的交叉融合下，营养生物化学与分子生物学有望取得更多突破性成果。将推动营养学科发展进入新的高潮，为人类健康作出更大的贡献二本章小结营养生物化学与分子生物学是一门既古老又年轻的学科，自诞生至今的100多年间，取得了丰硕的研究成果，产生了众多的诺贝尔奖获得者，极大地促进了生命科学的发展。营养化学与分子生物学是食品营养研究领域一门非常重要的基础学科，对其它专业课程的学习、产品研发具有重要的指导意义和应用价值。营养生物与分子生物学涉及多学科交叉，内容丰富，希望同学们采用科学的学习方法，刻苦努力，克服困难，为今后学习和科研创新奠定基础。第二章核酸与人体健康核酸的组成核酸的营养健康价值本章目录一二本章重难点掌握掌握核酸的生物学功能核酸在体内的代谢了解核酸与营养相关疾病第一节核酸的组成一、核酸的组成及结构二、核酸在体内的合成与代谢一、核酸的组成及结构核酸（Nucleicacids）是一种通常位于细胞内的大型生物分子，主要负责生物体遗传信息的携带和传递。脱氧核糖核酸核糖核酸人工合成的核酸类似物核酸的基本单位是核苷酸（Nucleotide）核苷酸则是由碱基（nucleobase）、戊糖和磷酸3种成分连接而成。一、核酸的组成及结构1碱基：一类含氮碱基（nitrogenousbase），在生物学上通常简称为碱基（base），是形成核酸DNA、RNA单体以及编码遗传信息的化学结构。含氮碱基是两种母体分子嘌呤（Purine）和嘧啶（Pyrimidine）的衍生物。一般组成核酸的碱基主要有5种腺嘌呤（Adenine,A）（1）鸟嘌呤（Guanine,G）（2）胞嘧啶（Cytosine,C）（3）尿嘧啶（Uracil,U）（4）胸腺嘧啶（Thymine,T）（5）一、核酸的组成及结构PurinePyrimidineAdenine(A)Guanine(G)Cytosine(C)Uracil(U)Thymine(T)腺嘌呤和鸟嘌呤属于嘌呤族，具有双环结构。胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶属于嘧啶族，它们的环系是一个六元杂环。除以上5种碱基外，部分核酸还含有特殊碱基，即稀有碱基，如5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、5-甲酰基胞嘧啶和5-羧基胞嘧啶。这几种碱基实际上都是由胞嘧啶经Tet蛋白修饰后形成。图2-1核酸碱基分子结构一、核酸的组成及结构核糖核苷的核糖上有3个自由羟基（图2-2a），而脱氧核糖核苷的脱氧核糖上只有2个自由羟基（图2-2b）。因此，核糖核苷的2'、3'和5'-端均可加上磷酸基团形成核苷酸，而脱氧核糖核苷只有3'和5'-端可以。2核苷：一种糖甘胺（glycosylamine）分子，由碱基和环状核糖或脱氧核糖通过核苷键连接形成。(a)(b)图2-2核苷分子结构（a：核糖核酸；b：脱氧核糖核酸）一、核酸的组成及结构核苷酸以碱基为核心，加上一个戊糖和一个或多个磷酸基团组成。戊糖为脱氧核糖，则成为脱氧核糖核酸（DNA的单体）。戊糖为核糖，则成为核糖核酸（RNA的单体）。3核苷酸：核酸的基本组成单位，其结构示意图如图2-3所示。图2-3核苷酸的结构一、核酸的组成及结构通过磷酸二酯键，核苷酸聚合而成线性聚合物。根据核苷酸数量，核苷酸可分为寡核苷酸（≤15个核苷酸）和多核苷酸（>15个核苷酸以上）。4磷酸二酯键：也称为“3’,5’-磷酸二酯键”或“磷酸双酯键”，是核酸分子中的磷酸基团的磷原子与另外两个戊糖分子的碳原子（3号碳和5号碳）之间形成的共价键（图2-4）。5’-端3’-端图2-3核苷酸的结构一、核酸的组成及结构RNA是由4种核糖核苷酸按照一定的序列连接成的多聚核苷酸，一般为单链。DNA是由4种脱氧核糖核苷酸按照一定的序列连接成的多聚脱氧核苷酸。DNA既可以以单链形式存在，也可以双链形成存在。在双链形式中，两股脱氧核糖核酸长链上的碱基以氢键相互吸引（遵循碱基互补配对原则），使双螺旋形态得以维持。两股脱氧核糖核酸长链会以右旋方式交互缠绕成双螺旋结构。5DNA与RNA：根据核酸中核糖的种类，核酸分为RNA和DNA两类，如图2-5所示。图2-5DNA和RNA的结构差异一、核酸的组成及结构6核苷酸：主要包括腺嘌呤核苷酸（Adenosinemonophosphate，AMP）、鸟嘌呤核苷酸（Gluanosinemonophosphate，GMP）、胞嘧啶核苷酸（Cytidinemonophosphate，CMP）和尿嘧啶核苷酸（Uridinemonophosphate，UMP）。其结构示意图如图2-6所示。图2-6四种核苷酸的分子结构尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（AMP）鸟嘌呤核苷酸（GMP）一、核酸的组成及结构7核苷酸衍生物：核苷酸具有多种衍生物，主要包括核苷多磷酸、寡核苷酸、多核苷酸、腺苷酸衍生物、胞苷酸衍生物和尿苷酸衍生物。图2-7三种常见核酸类似物PNALNAGNA(a)(b)(c)如肽核酸（Peptidenucleicacid,PNA）、锁核酸（Lockednucleicacid,LNA）、甘油核酸（Glycerolnucleicacid,GNA）、苏糖核酸（Threosenucleicacid,TNA）等（如图2-7）。一、核酸的组成及结构7核苷酸衍生物：核酸类似物通过不同的分子骨架而与自然产生的DNA或RNA区分开来。核酸类似物可用作生物学研究或是医学治疗，如腺苷-3',5'-磷酸，可以调节糖原、脂肪代谢、蛋白质和核酸的生物合成；2',5'-寡聚腺苷酸具有抗病毒、抑制DNA合成和细胞生长、调节免疫反应等生物功能；尿嘧啶核苷二磷酸参与糖与双糖、多糖的生物合成。在组成、结构和功能上，外源性核酸与人体自行合成的核酸没有区别，在人体需要时同样可发挥生理和营养作用。二、核酸在体内的合成与代谢核酸可以通过多种体外（Invitro）和体内（Invivo）方法来合成。在体内，核酸可以从头合成（Denovosynthesis）或补救途径（Salvagepathway）合成。在从头合成中使用碳水化合物和氨基酸的代谢产物作为合成前体（图2-8）。图2-8从头合成核苷酸的途径二、核酸在体内的合成与代谢1从头合成肝脏是从头合成核苷酸的主要器官，其次是小肠粘膜和胸腺。嘌呤和嘧啶核苷酸的合成由细胞的细胞质中的几种酶进行，而不在特定的细胞器内。核苷酸经历分解，使得有用的部分可以在合成反应中重复使用以产生新的核苷酸。二、核酸在体内的合成与代谢嘧啶和嘌呤的从头合成遵循两个不同的途径。图2-9AMP和GMP的生成（1）嘧啶首先从细胞质中的天冬氨酸和胺基甲酰-磷酸合成共同的前体雌黄嘌呤核苷酸（IMP），然后由IMP转化为AMP和GMP。1从头合成二、核酸在体内的合成与代谢嘧啶和嘌呤的从头合成遵循两个不同的途径。图2-10尿嘧啶核苷酸的从头合成（2）与嘌呤核苷酸相比，嘧啶核苷酸的从头合成过程较为简单。嘧啶环的C、N原子分别来自谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸。尿嘧啶核苷酸（UMP）的从头合成途径如图2-10所示。1从头合成二、核酸在体内的合成与代谢嘧啶核苷酸和嘌呤核苷酸从头合成途径的区别见表2-1。1从头合成核苷酸从头合成的原料特点嘧啶核苷酸磷酸核糖、谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2用原料先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生产嘧啶核苷酸嘌呤核苷酸磷酸核糖、谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、甘氨酸、一碳基团以磷酸核糖为起始物，逐步加原料合成嘌呤环表2-1嘧啶核苷酸和嘌呤核苷酸从头合成途径的区别二、核酸在体内的合成与代谢补救合成途径中，体内核苷酸降解产生的游离嘌呤或嘧啶碱基或核苷被重新利用，进而合成核苷酸。如肝中的核苷酸是采用从头合成途径获得的，脑和骨髓中的核苷酸是通过补救途径合成的2补救合成吸收利用现成的嘌呤/嘧啶或核苷，相较于从头合成途径，合成过程简单，节省能耗。该途径合成核酸的能力不受年龄增长的限制。但是，对于缺乏嘌呤核苷酸从头合成酶系的组织或器官，补救合成途径至关重要，一旦由于遗传缺失导致补救合成途径受阻，则会导致严重的遗产代谢疾病。二、核酸在体内的合成与代谢嘌呤核苷酸补救合成代谢利用游离对的嘌呤碱和嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸。主要有以下几种途径（图2-11）：2补救合成图2-11嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的补救合成PRPPAPRTAMPPPi腺嘌呤++PRPPHGPRTAMPPPi次黄嘌呤++PRPPHGPRTAMPPPi鸟嘌呤++ATP腺苷激酶AMPADP腺嘌呤核苷酸++PRPP嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶核苷酸PPi嘧啶++二、核酸在体内的合成与代谢磷酸核糖焦磷酸（PRPP）是从头合成和补救合成途径的交叉点，在嘌呤和嘧啶核苷酸的从头合成途径中都充当着重要的中间物。3磷酸核糖焦磷酸图2-12PRPP处于核苷酸合成代谢的中心位置二、核酸在体内的合成与代谢4嘌呤核苷酸的分解代谢图2-13嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢包括以下3个基本过程（图2-13）：AMP核苷酸酶H2OPi腺苷次黄苷H2ONH3IMPPiR-1-P黄嘌呤氧化酶GMP核苷酸酶H2OPi鸟苷次黄苷PiR-1-P黄嘌呤H2ONH3尿酸二、核酸在体内的合成与代谢5嘧啶核苷酸的分解代谢图2-14嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶核苷酸的分解代谢途径如图2-14所示。（1）胞嘧啶和胸腺嘧啶通过核苷酸酶和核苷磷酸化酶的作用，脱去磷酸及核糖，产生嘧啶碱。（2）胞嘧啶在脱氨基作用下转变为尿嘧啶。（3）尿嘧啶还原为二氢尿嘧啶，随后水解开环，产生小分子可溶性物质如NH3、CO2及β-丙氨酸。而胸腺嘧啶则降解为β-氨基异丁酸，直接随尿排出体外或进一步分解为CO2和水。第二节核酸的营养健康价值一、核酸营养学二、核酸的生物学功能三、核酸与营养相关疾病四、核酸与特殊人群营养五、核酸营养学的研究前景及展望一、核酸营养学“半必需”营养素或“条件”营养素1核酸是一种营养素具有多方面的生理功能虽然人体可以自行合成核酸，但是当机体的许多生长代谢旺盛的组织和细胞合成核酸的能力缺乏或有限时，或当机体处在免疫挑战、肝损伤、应激、饥饿等情况下，内源性从头合成途径合成的核酸就不能满足机体的需要。此时，必需启动核酸的外源性补救合成途径。维持机体的正常免疫力抗生物氧化促进细胞增殖与分化调节生物合成一、核酸营养学研究外源性核酸的种类、核酸的消化、吸收、代谢及对人体健康状况的影响，即研究外源性核酸的来源、种类及对人体健康的各种作用及作用机制。2核酸营养学核酸营养学颠覆并补充了以往传统核酸研究仅集中在遗传、化学、药学等科学研究领域，从营养学的角度，诠释了食物中核酸成分的生物学功能、对人体健康的影响、对疾病的预防及治疗等方面，有助于个体精准营养、疾病的预防与治疗。一、核酸营养学食品中的核酸是以核蛋白的形式存在。食物中的核蛋白在人体中的消化过程如图2-15所示。3食品中的核酸小部分核酸的水解产物可被细胞吸收，通过补救合成途径重新得以利用。核酸的吸收主要是在小肠的上段进行，其吸收方式有三种：可逆的被动转移、自由扩散和依赖钠离子的主动运输。图2-15核酸的消化过程一、核酸营养学食品是外源性核酸的重要来源，根据食品中核酸含量的高低，可将食品分为三大类：3食品中的核酸（1）含核酸丰富的食品（每100g食品中含核酸100~1000mg，如动物内脏）（2）含核酸中等量的食品（每100g食品中含核酸90~100mg，如贝壳类）（3）含核酸很少的食品（如谷类、蛋类）食品核酸含量（mg/100g）肌苷酸尿苷酸腺苷酸牛肉16307.5猪肉1863.78.6鸡肉1152.213.1参鱼32307.2金枪鱼28605.9真鲈18809.5河豚28706.3鱿鱼00184香菇0103175蘑菇03245番茄0012黄瓜002二、核酸的生物学功能外源性核苷酸一直被认为并非生长发育所需要的营养物质。近年来，越来越多的研究发现，体内从头合成的核酸不能满足各种代谢旺盛的组织和细胞的需求。此外，当人体受到免疫挑战或处在肝损伤、饥饿及快速生长情况时，外源性核酸可进入各种组织并被利用。外源性核酸对维持免疫系统的正常功能、胃肠道的生长发育、肝功能及脂代谢有重要影响，在特定的情况下需要补充核酸以保证机体的正常生理功能。迄今为止，多项科学研究已发现核苷酸具有众多营养及功能。因此，“核苷酸是最重要的营养素之一”这一观点被越来越多的研究学者所认同。二、核酸的生物学功能（1）免疫调节免疫系统是指机体执行免疫应答及免疫功能的重要系统，通过抵御病原菌侵害，保持机体健康、避免发生各种疾病。主要由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成，主要履行3项功能：①免疫防御、②免疫监视和③免疫自身稳定。免疫调节是指机体通过多方面多层次的正负反馈机制控制免疫应答的强度和时限，以维持机体生理功能的平衡与稳定。免疫干预是指出于疾病防治的目的，针对免疫应答过程而实施的认为的修正或改变正常或异常的免疫应答格局，也包括改变和修正免疫调节的进程。1增强免疫力功能二、核酸的生物学功能（2）核酸与免疫调节的研究进展外源性核酸的免疫调节作用外源性补充核酸可改善机体的生存状况，促进机体体重和免疫器官的发育并增强免疫淋巴细胞的增殖能力，提高体液免疫的功能及小鼠单核-巨噬细胞的吞噬功能，可增高小鼠脾淋巴细胞群中CD3+细胞的百分比和血清免疫球蛋白水平，促进小鼠血清细胞因子的分泌。外源性核酸免疫调节作用机制及可能的位点机制之一是改善肠道菌群，促进肠上皮黏膜细胞的修复以及抑制DNA损伤。

外源性核酸免疫调节作用及可能的位点主要是作为反应底物促进淋巴细胞分化、佐剂作用。1增强免疫力功能二、核酸的生物学功能（1）核酸对生长发育的影响2促进生长发育功能调节肠道菌群可以促进肠道的生长发育及肠道损伤后的修复。此外，核酸可以改变肠道微生物的生长及类型，有利于肠道有益微生物的生长调节肝功能可作为维持肝细胞核苷酸的代谢池免疫调节可以促进体液免疫和非特异性免疫功能的维持调节脂类代谢参与磷脂和蛋白质（特别是载体脂蛋白）的合成，在不改变总胆固醇浓度下，能够提高血浆脂蛋白浓度和血浆酯化作用率。二、核酸的生物学功能（2）核酸对婴幼儿生长发育的促进作用2促进生长发育功能母乳中含有核酸以及以游离形式存在的微摩尔浓度嘧啶和嘌呤，人乳和牛乳中核苷和核苷酸的含量不同，且人乳中含量高于牛乳。因此，在婴幼儿配方奶粉中添加核苷酸以达到与母乳更为接近的目的，一般用潜在可利用核苷酸总量（TPAN）表示。在婴幼儿配方奶粉中添加核苷酸具有多种益处：①促进体格发育②调节肠道菌群③提高免疫力④改善脂质代谢二、核酸的生物学功能（1）肠道菌群3调节肠道菌群人体肠道菌群在肠腔内主要有3个生物层：①深层的膜菌群，紧贴黏膜表面并与黏膜上皮细胞粘连形成细菌生物膜，主要由双歧杆菌和乳酸杆菌组成，这两类菌是肠共生菌，是肠道菌中最具生理意义的两种细菌，对机体有益；②中层为粪杆菌、消化链球菌、韦荣球菌和优杆菌等厌氧菌；③表层为腔菌群，细菌可游动，主要是大肠埃希氏菌、肠球菌等需氧和兼性厌氧菌。正常情况下，肠道菌群的结构在一定时间内是比较稳定的，并在肠道中保持着动态平衡。在肠道菌群与宿主共进化的过程中，婴儿的分娩及哺乳方式、年龄、膳食、药物、地理因素及宿主自身的压力等环境因素共同影响着肠道菌群的形成及多样性组成。二、核酸的生物学功能（2）肠道菌群功能3调节肠道菌群肠道菌群在人体中相当于一个器官，像一个免疫系统，肠道菌群的主要功能包括代谢活性、营养效应、免疫功能和保护宿主免受外来微生物入侵等。具体的功能如下：①肠道菌群生物轴：肠道菌群在影响宿主生理功能的同时，与远端器官（如肝和脑）相互作用，形成肠—肝轴和肠—脑轴，调节远端器官的功能。②调节代谢及营养作用：肠道微生物群所编码的基因远多于人类宿主，具备很多人类所不具备的代谢功能，合成所有必需和非必需氨基酸，参与胆汁酸的生物转化，消化大分子物质，为机体提供能量和营养。③保护宿主和免疫调节功能：肠道粘膜是人体最大的免疫系统，是机体抵御病原体入侵的生物屏障。许多肠道细菌能够产生细菌素，抑制竞争细菌的生长，产生屏障效应。此外，肠道上皮细胞是免疫系统和外部环境之间联系的主要方式。研究发现肠道菌群对于肠道黏膜免疫系统的早期发育是不可或缺的。二、核酸的生物学功能（3）核酸与肠道菌群研究进展3调节肠道菌群体内和体外研究发现，外源性核酸可以为肠道菌群提供额外的营养来源，有助于调节肠道菌群的生长，例如促进双歧杆菌的生长，抑制拟杆菌属、卟啉单胞菌属、梭菌属和普氏菌属细菌的生长和繁殖。因此，补充核酸具有直接或间接的益生元效应。但是，核酸对肠道菌群的影响目前并未完全阐明，需要更多的动物模型来验证外源性核酸对肠道菌群的影响，同时也需要在体外及人群实验中应用更多的研究方法进一步证实外源性核酸对肠道菌群的改善作用。二、核酸的生物学功能（1）氧化应激与自由基4抗氧化功能天然的抗氧化剂，能淬灭单线态氧、清除自由基和阻止脂质过氧化的发生，从而防止氧化应激对组织细胞的损伤，对机体起着保护作用，并预防和控制氧化应激损伤相关的疾病。氧化应激是指机体受到有害刺激时，体内产生过多的高活性分子，如活性氧自由基和活性氮自由基，使体内氧化程度超出氧化物的清除能力，呈现促氧化状态，导致氧化系统和抗氧化系统失衡，引起组织和细胞的损伤。人体内常见的自由基主要包括烷基自由基（CH·）、超氧阴离子（·O2-）、过氧羟基自由基（HO2·）、烷氧基（RO2·，RO·）、羟自由基（·OH）、一氧化氮和二氧化氮（NO2·，NO·）、巯基和硫醇自由基（RS·，RSS·）和过渡金属（Cu、Fe等）。二、核酸的生物学功能（2）氧化应激损伤与疾病4抗氧化功能氧化应激过程损伤机体组织细胞，导致正常细胞功能障碍或细胞凋亡。几乎人体所有的器官和组织细胞都能遭受氧化应激损伤，严重者能导致疾病的发生。氧化应激是多种疾病发生的功能病理生理基础，如恶性肿瘤、糖尿病、动脉粥样硬化、神经退行性疾病以及呼吸催眠暂停综合征等。（3）核酸的抗氧化作用核酸可归类为非酶类抗氧化剂，阻止脂质过氧化反应的发生，保护机体组织细胞免受氧化应激的损伤。二、核酸的生物学功能5辅助降血脂的功能血脂的主要成分一般是指胆固醇和三酰甘油，胆固醇是体内最丰富的固醇类化合物，主要用于合成细胞膜、类固醇激素和胆汁酸，三酰甘油主要参与人体内能量代谢。脂蛋白主要由胆固醇、三酰甘油、磷脂和蛋白质组成，绝大多数在肝和小肠组织中合成，并主要经过肝进行分解代谢，释放出游离的脂肪酸，被外周组织利用。（1）血脂和脂蛋白概述二、核酸的生物学功能5辅助降血脂的功能（3）外源性核酸与血脂异常的研究进展动物模型研究发现口服外源性核酸具有一定的辅助降血脂功能，并提示其对动脉粥样硬化的发生具有一定的预防作用。此外，研究发现外源性核酸能够抑制乙醇引起的大鼠血清血脂水平的升高，但具体机制尚需要进一步探讨。（2）血脂异常各种脂蛋白增多或减少、组成改变及载脂蛋白的分子变异等，统称为“异常脂蛋白血症”，临床上简称为血脂异常。近年来随着生活方式和饮食结构的改变，以及体力活动的减少，血脂异常发病率持续增高，并且会引起其他相关慢性代谢疾病，已成为重大公共卫生问题。二、核酸的生物学功能6缓解体力疲劳的功能随着现代生活节奏的加快、社会竞争的加剧、学习和工作压力逐渐增大，“疲劳”和“过劳”现象极为普遍并日益受到重视。疲劳是体力和脑力功效暂时的减弱，是一种机体发生的复杂的生理生化变化过程，包括神经性疲劳、运动性疲劳和心理性疲劳等。（1）体力疲劳（2）核酸与缓解体力疲劳的研究进展核酸在细胞结构、代谢、能量和调节功能方面起着重要作用。动物实验发现，5'-核苷酸能显著延长动物模型鼠的负重游泳时间，降低糖无氧酵解积累的乳酸，降低血清尿酸氮水平，提高乳酸脱氢酶活性和肝糖原的含量，从而发挥其抗疲劳功能。二、核酸的生物学功能7对肝的辅助保护功能在正常生理条件下，膳食剥夺核酸会影响成年大鼠肝的超微结构和功能，使肝细胞核和核仁变小，粗面内质网、核糖体减少，肝RNA浓度减少、脂质聚集。外源性核酸对肝细胞增殖、分化、代谢的调节通路较多，目前尚未获得一致的观点。（1）核酸对肝结构和肝细胞增殖的影响（2）核酸对肝结构和肝细胞增殖的影响

Lopez等人研究发现在日粮中补充的核酸可以被肝利用，维持细胞核中核酸池的浓度，避免核苷酸缺乏引起肝核苷酸和DNA、RNA浓度的降低，同时由于核酸抑制了氨基酸的氧化，增强了肝的再生能力，有利于肝正常生理功能的维持。此外，其他研究发现在正常生理条件下，补充外源性膳食核酸有助于维持肝结构，提高肝代谢及合成功能，并能够促进肝的抗氧化能力。二、核酸的生物学功能8辅助改善记忆功能人类记忆障碍是一个严重的世界性医学问题。这种现象在人类各个年龄段均有发生，包括儿童期的小儿弱智、儿童多动症，青年时期的诵读困难以及老年时期以记忆障碍为主要表现的各种类型痴呆症。随着社会人口老龄化的加剧，老年性痴呆等智力衰退性认知功能障碍疾病的发病率持续上升，已成为老年人致残、致死的三大疾病之一。由于老年记忆减退的机制尚未完全阐明，药物治疗效果有限，且多存在副作用。因此，老年记忆减退的预防就显得尤为重要。在早期通过一些干预手段，对降低神经退行性疾病的发生和实现健康老龄化具有重大的科学意义经济和社会效益。（1）记忆障碍二、核酸的生物学功能8辅助改善记忆功能研究发现核酸干预可以改善酒精对模型动物的生理发育、神经反射、自主活动能力、情绪反应、空间学习记忆能力、被动回避反应能力和非陈述性记忆的影响。研究发现摄入含有核酸的功能性食品可以改善轻度老年痴呆患者的记忆功能。（2）核酸辅助改善记忆的研究进展三、核酸与营养相关疾病随着社会经济水平的提高和人们生活方式的改变，营养相关疾病的发病率逐年升高，带来了严重的疾病负担和生活经济负担。因此，控制和治疗营养相关疾病的发生及发展显得尤为重要。膳食因素与营养相关疾病有着密切关系，良好的膳食营养不仅具有潜在的预防作用，某些营养素还有抗炎、抗氧化、调节肠道菌群、增强机体免疫力、抑制肿瘤等功能，在一定程度上也起到了积极的治疗作用。相较于药物治疗，通过膳食干预的手段安全性高、副作用少，具有药物等治疗手段不可比拟的优势。因此，核酸在营养相关疾病的防治中具有重要的价值。三、核酸与营养相关疾病肝是人体最大的实质器官，血液循环丰富，具有诸多重要的生理功能。例如：①代谢功能：负责合成各种蛋白、糖原、磷脂和胆固醇，同时储存、分解糖原以及将半乳糖转化为葡萄糖；②分泌胆汁：帮助脂肪消化及脂溶性维生素的吸收；③凝血功能：合成和产生多种止血物质；④其他功能：降解毒素，吞噬并清除细菌等。肝损伤是各种肝疾病的统称，如非酒精性脂肪肝、酒精性脂肪肝、药物性肝损伤等。1肝损伤（1）肝的功能及肝损伤三、核酸与营养相关疾病研究发现5'-核苷酸可作为食物影响乙醇在胃中的排空速度和胃肠蠕动速度。外源核酸可抑制肝和血浆中胆汁酸含量的升高，部分恢复乙醇引起的脂质代谢的异常。此外，研究发现外源性核酸能够缓解硫代乙酰胺或四氯化碳诱导的肝纤维化等化学性肝损伤。当肝受损或部分切除后，新生组织合成所需RNA和DNA增加，对核酸的需求增加，而外源补充核酸有助于肝功能的恢复。1肝损伤（2）核酸对肝损伤的保护及研究进展三、核酸与营养相关疾病肾的生理功能主要包括3个方面：尿液的生成调节电解质与酸碱平衡内分泌功能肾损伤是指肾的结构或功能出现异常，表现为：肾病理形态学异常和具备肾损害的指标（包括血、尿成分异常或肾影响学检查异常）。根据病程可将肾损伤分为急性肾损伤和慢性肾损伤。2肾损伤（1）肾的功能及肾损伤三、核酸与营养相关疾病目前，核酸对于肾损伤的研究较少。北京大学李勇教授研究团队首次研究了外源性核酸对酒精性肾损伤大鼠的保护作用，初步探索了核酸对酒精性肾损伤的保护作用及其机制，为肾损伤的营养治疗提供了实验依据。研究发现膳食核酸干预可以有效降低酒精性肾损伤大鼠血清炎症因子（如ICAM-1、MCP-1）的表达，并通过调控肾脏相关蛋白（肾小管-间质TGF-β和纤连蛋白）的表达，缓解或预防肾小球硬化及肾小管-间质纤维化，减轻肾脏损伤，对肾脏起到保护作用。外源性核酸可能是通过减轻肾炎反应，提高肾小球滤过功能，减轻蛋白尿症状，进而缓解酒精性肾损伤。2肾损伤（2）核酸对肾损伤的保护及研究进展三、核酸与营养相关疾病世界卫生组织/国际癌症研究署（WHO/IARC）发布《2020全球癌症报告》显示，2020年全球新发癌症例数为1929万，全球癌症死亡人数约996万人。其中，中国新发癌症病例和死亡病例均居世界首位，分别是457万例和300万例。预计未来20年，在全球范围内，癌症负担将增加50%，全球新发癌症病例数将达到3000万。对癌症的预防和治疗干预措施，需要纳入国家层面的卫生计划，减轻未来全球癌症负担，并缩小转型国家与已转型国家之间日益扩大的差距。3肿瘤（1）肿瘤三、核酸与营养相关疾病①核酸对肿瘤保护作用的研究。Perez等人的研究证实核酸及其代谢产物具有抗氧化作用，可作为内源性自由基清除剂和抗氧化剂。Korb证实补充核酸可以预防DNA损伤。核酸对自发肿瘤的抑制作用与核酸对过氧化状态的抑制作用有关。北京大学的李勇课题组研究发现核酸干预可以降低肿瘤的发病率和死亡率，延长平均生存时间。②核酸对肿瘤保护作用的可能机制。许多研究者认为食物核酸成分是维持机体正常免疫的必需营养素，并将核苷酸等物质定义为免疫营养素。研究发现，补充外源性核酸可以提高机体的抗氧化能力，增强机体免疫力，有利于维持细胞和体液免疫应答，还能部分解除免疫机制，提高人体的细胞免疫功能，进而防止肿瘤的发生。3肿瘤（2）核酸对肿瘤的保护及研究进展三、核酸与营养相关疾病是机体接触外界抗原物质最广泛的部位，也是人体中最大、最复杂的微生物储存库。是人体最大的消化器官和免疫器官，具有重要的生理功能。肠道可将食物中复杂有机物分解成简单的营养成分，并在小肠的不同的位置进行吸收。具有分泌黏液、运动及屏障功能，利于食物的消化吸收，防止致病性抗原侵入的功能。常见的肠道功能紊乱相关疾病主要有肠易激综合征、功能性腹胀、功能性便秘、功能性腹泻等。4肠道功能紊乱（1）肠道及其功能三、核酸与营养相关疾病①对肠道的生长发育和成熟的影响。大量研究结果表明，外源性核酸能够加速肠细胞的分化、生长与成熟，提高动物肠黏膜DNA、蛋白含量以及麦芽糖酶、乳糖酶及蔗糖酶的活性。②对婴幼儿肠道功能的影响。食用配方奶粉的婴幼儿肠道内占主导地位的是G-，外源性补充核酸后，婴幼儿肠道内双歧杆菌增加，抑制了肠道病原微生物的繁殖，减少了婴儿腹泻的发生。③对其他因素引起的肠道功能紊乱的保护作用。核酸对肠道具有保护作用，能够改善肠的屏障作用，维持肠壁的完整性，减少细胞的死亡率及细菌、脂多糖引起的细菌易位，减少腹泻的发生，加速饥饿应激和感染后损伤肠道的恢复。④对过量乙醇诱导的肠道功能紊乱的保护作用。4肠道功能紊乱（2）核酸对肠道功能紊乱的保护作用及研究进展三、核酸与营养相关疾病是指人体脂质代谢障碍导致血浆中的总胆固醇和/或三酰甘油水平升高。高脂血症实际上是血浆中某一类或某几类脂蛋白水平升高的表现，主要危害患者的心血管系统，与动脉粥样硬化性疾病的发生密切相关。5高脂血症（1）高脂血症（2）核酸对肠道功能紊乱的保护作用及研究进展研究发现外源性核酸可降低高脂模型大鼠血清总胆固醇和三酰甘油水平，对高密度脂蛋白胆固醇则无显著影响，口服外源性核酸具有一定的辅助降血脂功能。四、核酸与特殊人群营养（1）特殊人群是指不同生理或病理状况的人群，以及在特殊环境中从事特种作业的人群。因其特殊的生理、病理条件，特殊的职业、工作环境等，他们的健康与营养关系十分密切。合理的孕产妇及婴幼儿营养有助于婴幼儿体格和智力发育，为成人时期乃至一生的健康奠定良好的基础；合理的老年人营养，能够预防疾病，减少社会和经济负担。（2）核酸是生物体细胞中决定生物特性和蛋白质结构与功能的低分子量的生物分子，它是体内多种生物过程的调节因子，对生物体的生长发育、代谢、繁殖和遗传具有重要作用，并贯穿生命的整个过程。四、核酸与特殊人群营养（1）生理特点母体会发生一系列的生理性变化，主要是在妊娠期相关激素水平变化引起的内分泌改变、血容量和血浆总蛋白的变化、尿液中代谢产物增加、胃肠道消化变化和体重的变化。（2）营养需求营养需求增加，以满足孕妇机体及胎儿发育，包括适宜的能量、充足的蛋白质、合理的脂类物质、充足的矿物质及维生素。

妊娠期间，营养不良不但会对母体产生不良的影响，同时也会对胎儿和婴儿健康产生影响。1核酸与孕妇营养四、核酸与特殊人群营养（3）核酸与孕产妇营养的研究进展

目前，核酸对孕妇营养影响作用的相关研究较少。北京大学的李勇教授发现孕期饮酒妇女适量补充外源性核酸也许对胎儿的生长发育具有积极的作用，为胎儿酒精综合征的干预提供参考。外源性核酸具有改善孕妇营养的潜力，但是核酸浓度过低或过高时可能影响对乙醇致发育毒性的干预作用的强弱程度，这可能与不同浓度下核酸在体内的吸收程度不同有关。此外，目前并没有人群研究进一步验证其改善孕产妇营养的功能，未来还需要加以验证。1核酸与孕妇营养四、核酸与特殊人群营养（1）生理特点及营养需求

婴幼儿正处于生长发育的旺盛期，需要大量的营养素。但婴幼儿的各种生理功能尚未发育成熟，消化吸收和咀嚼功能较差。2核酸与婴幼儿营养（2）核酸与婴幼儿

促进初生个体体格发育的作用配方奶粉中添加核酸能帮助早产儿更好地实现追赶生长。减轻断乳应激哺乳动物断乳时由于营养、环境及心理因素等引起断乳应激，导致消化功能紊乱、生长发育受挫、免疫功能低下等症状，最终影响生长。此外，小肠在动物的早期阶段发育非常迅速，肠细胞的生长和增殖很快，对核酸比较敏感，而小肠上皮细胞合成嘌呤、嘧啶的能力有限，外源性核酸摄入是其重要来源。四、核酸与特殊人群营养2核酸与婴幼儿营养（2）核酸与婴幼儿

对脂类代谢的影响免疫调节功能脂肪酸生成多不饱和脂肪酸时需要去饱和酶的参与，而核酸对去饱和酶的活化起到重要作用。因此食用添加核酸配方粉的婴儿体内二十二碳六烯酸与花生四烯酸含量高于食用未添加核酸配方粉的婴儿。补充外源性核酸可能对婴儿的免疫功能有良好的效应：有助于增加免疫球蛋白的浓度和提高抗体应答能力。调节肠道菌群核酸能增强婴儿的营养吸收，同时增加肠道的血流量，能够使断乳动物小肠绒毛高度、绒毛高度/腺窝深度、肠壁厚度增加，腺窝变浅，加速饥饿应激和感染后损伤肠道的恢复，因此对婴幼儿的肠胃健康起到有益作用。四、核酸与特殊人群营养2核酸与婴幼儿营养（2）核酸与婴幼儿

其他核酸与婴幼儿配方食品显著帮助早产儿、小于胎龄儿、坏死性小肠结肠炎等患儿追赶生长以及疾病恢复。人群研究发现核酸组分变化可能与婴儿睡眠有关。可以增强肝的再生能力。牛乳中核酸含量显著低于人乳，因此在配方粉中适量添加核酸，可使婴儿配方粉的核酸含量更接近于母乳。GB10765-2010《食品安全国家标准婴儿配方食品》、GB10767-2010《食品安全国家标准较大婴儿和幼儿配方食品》、GB14880-2012《食品安全国家标准食品营养强化剂使用标准》、GB5413.40-2016《食品安全国家标准婴幼儿食品和乳品中核苷酸的测定》欧盟指令2016/127/EC《婴儿配方食品及较大婴幼儿配方食品》。四、核酸与特殊人群营养人口老龄化

2021年5月11日公布的第七次全国人口普查通报显示我国60岁以上老年人口达2.64亿，占比18.7%。3核酸与老年营养慢性疾病老年人合理营养有助于延缓衰老进程、促进健康和预防慢性退行性疾病，提高生命质量。（1）生理特点

代谢和器官功能的降低

人体成分的变化（2）膳食营养因素与衰老

关于衰老的机制有多种假说，例如代谢功能失调学说、遗传程序学说、自由基学说、蛋白质合成差错等，目前尚无定论。其中，代谢功能失调学说与营养的关系甚为密切，而自由基学说认可度相对较高。四、核酸与特殊人群营养（2）膳食营养因素与衰老3核酸与老年营养人体组织的氧化反应可产生自由基。自由基活性高，稳定性差，可与体内生物大分子作用，生产过氧化物而对细胞产生损害，影响细胞的功能。自由基对细胞的损害主要表现为对细胞膜的损害，自由基作用于膜上磷脂所含的多不饱和脂肪酸形成脂质过氧化物，损害细胞膜，使其通透性和脆性增加，进而导致细胞功能的丧失。脂质过氧化物的分解产物丙二醛能使核酸和蛋白质发生交联，交联后的蛋白质由于变性而丧失原有功能，被溶酶体所吞噬后但不被水解酶水解，形成褐色的脂褐素。脂褐素在细胞中大量堆积，沉积于大脑、脑干和脊髓神经细胞及皮肤等，引起神经功能障碍和老年斑。此外，脂质过氧化物还可以使一些酶蛋白发生变性，导致酶的生物活性丧失。四、核酸与特殊人群营养（3）核酸与老年营养的研究进展

3核酸与老年营养抗衰老作用对老年期免疫系统及功能的维持作用对老年脑功能的影响对老年肠道功能的影响对老年肝功能的影响核酸不但可以调节肝内核苷酸浓度，促进多种类型肝损伤的修复再生，促进肝胶原蛋白的降解，减轻肝纤维化程度，还可以调节肝脂肪酸的代谢。核酸对肠道具有保护作用，能够改善肠的屏障作用，维持肠壁的完整性，减少细胞的死亡率及细菌、脂多糖引起的细菌易位，减少腹泻的发生，加速饥饿应激和感染后损伤的肠道恢复。补充核酸可以减弱脑组织的氧化损伤，活化脑细胞，影响脑皮质代谢，改善脑记忆及认知功能，改善整个脑部的血液供应，不仅可以增强机体的免疫功能，有助于维持细胞和体液免疫应答，还能部分解除免疫抑制，恢复由蛋白质缺乏或其他原因引起的免疫功能丧失。核酸及其代谢产物具有抗氧化作用，可作为内源性自由基清除剂和抗氧化剂，同时可预防DNA损伤。此外，核酸具有促进细胞增生和分化的作用，可有效调节三大营养素的吸收和利用，有利于预防和缓解糖尿病、高血脂、动脉硬化等老年性疾病的产生与恶化。五、核酸营养学的研究前景及展望达成以下共识：（1）我们每个人每天都在摄入核酸，核酸在体内被消化分解后吸收并被利用；（2）体内必须维持足够高的核酸水平，并有足够的核酸类物质储备以应对损伤、快速应激等；（3）饮食外是否需要补充核酸类物质，以何种方式何种用量补充等因人而异，不能一概而论；（4）摄入核酸类物质既可以作为原料合成体内大分子核酸，又可以调节体内的各种生物化学反应；（5）核酸类物质的摄入会引起血液中尿酸水平的变化，但不是痛风的病因。外源性核酸在特定生理条件下是不可缺少的营养成分，并且在机体受到免疫挑战、损伤、应激、饥饿、快速生长及衰老的情况下，外源性核酸能够进入各种组织中并被吸收利用，节省机体从头或者补救合成的消耗，从而可以优化组织功能。

因此，可以说核酸是人体最重要的生命和营养物质之一。五、核酸营养学的研究前景及展望1实际应用核酸类物质是“条件型营养物质”，对高等动物的生长、新陈代谢、免疫、肠和肝脏等器官的更新或修复发挥着重要作用。在实际应用方面最早起始于1970年代美国开发的核酸营养品。1983年，日本明确提出核酸是重要的营养素，可应用于术后输液。1991年，欧盟提出在奶粉中添加核酸的建议。迄今为止，核酸类物质已在食品添加剂、功能食品、化妆品和医疗等产业得到广泛应用。五、核酸营养学的研究前景及展望1实际应用食品添加剂功能食品化妆品医疗五、核酸营养学的研究前景及展望1实际应用食品添加剂功能食品化妆品医疗鸟苷酸、肌苷酸等核苷酸属于呈味核苷酸，除了本身具有鲜味之外，还有和左旋谷氨酸（味精）组合时，有提高鲜味的作用，作为调料、汤料的原料使用。母乳中含有尿苷酸、胞苷酸、腺苷酸、鸟苷酸、肌苷酸等多种核苷酸，为提高婴儿的免疫调节功能和记忆力发挥着作用，部分婴儿奶粉按照母乳中的含量有添加微量核苷酸，也有添加RNA的例子。目前国家卫生部共批准了10种核酸保健食品，其保健功能主要是免疫调节、抗疲劳、改善记忆和延缓衰老。主要适用人群为老年人、运动员、重体力劳动者和健美人群，目前较知名的企业有“珍奥核酸”和“迪源鲁迪核酸”两家企业。五、核酸营养学的研究前景及展望1实际应用食品添加剂功能食品化妆品医疗由于核酸类物质具有抗氧化、延缓衰老等特性，被应用在化妆品中，可用于防晒、生肌保湿、抗衰老、美白、控制皮脂分泌和除斑除皱等产品。核酸作为药物可抑制尿道发炎，也有作为免疫调节剂给手术后的患者使用的例子。核酸药物主要包括反义核酸、小干扰核酸、核酸适配体、小激活核酸、微小核酸、mRNA药物和核酶等。目前，包括美国在内的世界很多国家鼓励基因治疗创新，其中一个重要组成就是核酸药物创新。美国食品药品监督管理局已批准4种基因疗法产品，为攻克诸多疑难杂症提供了希望。COVID-19疫苗的研究中，mRNA疫苗走在了大部分疫苗中的前列。五、核酸营养学的研究前景及展望2核酸营养的相关争议对于痛风患者核酸的摄入一般会增加血液中尿酸浓度，但没有核酸代谢疾病的正常人摄入核酸过多是否会引起痛风？对于我们每一个人，什么样的阶段和什么情况下需要额外补充核酸？大分子DNA和RNA（如MicroRNA）的片段能否广泛被人体吸收及在人体内发生作用？摄入的外源基因的信息是否会影响生物体的基因并遗传给下一代？tRNA等含有的修饰碱基是否体内可以合成？烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）补充剂作为一种延缓衰老保健品已经在市场上销售，并日益受到追捧，但有研究发现吸收NAD+可能会刺激肿瘤细胞生长，并认为其抗衰老的功效可能是建立在促进肿瘤发展的情况下产生的。五、核酸营养学的研究前景及展望2核酸营养的相关争议核酸一方面可以作为体内合成大分子核酸的材料，另一方面也可以作为类似于激素或维生素等物质的功能分子，调节体内的生物化学反应。人体的代谢与营养是一个非常复杂的系统，目前的科学认知还远未达到能够对任何一个营养学问题进行全面解答的水平，需要继续利用先进技术和大数据处理等新手段进行研究。核酸同其他生物分子一样，一方面对于人体具有重要的营养作用；另一方面，如果使用不当则可能对人体无益甚至有害。目前核酸领域的争议大多源于商业利益或产生了颠覆性的新观点。只有加大相应的科研投入和更多的科研人员潜心研究，才可能尽量排除商业利益等的诱惑，真正全面深入认识核酸的代谢、调控及营养作用等。五、核酸营养学的研究前景及展望3核酸营养学的发展趋势有关核酸类物质的代谢与营养，一方面我们已经有了广泛而又具有一定深度的认识，另一方面相关研究还不足以产生足够系统和全面的知识；一方面可以积极进行临床实验等检验其功效，另一方面需要加大基础研究的力度，提供理论支撑；一方面不能盲目进行商业炒作，另一方面要看到在人类健康领域的广阔前景，进行深入的探索。对于核酸营养作用，我们也需要从平衡的角度去分析，包括浓度、磷酸化程度、各类核苷酸之间的转化、合成方式（从头合成和补救合成）以及其他营养的摄入等。五、核酸营养学的研究前景及展望3核酸营养学的发展趋势未来尚需要大量深入细致的研究，主要研究方向有：1核酸生物学作用的评价3核酸高效酶解技术的开发、分离、纯化和机制的研究，以及酶解工艺技术的改进2核酸营养与相关疾病预防和治疗作用的具体机制4核酸的营养学转化，开发婴幼儿食品、保健食品和临床特殊膳食等五、核酸营养学的研究前景及展望3核酸营养学的发展趋势随着现代营养学研究和核酸应用研究的不断深入，越来越多的外源性核酸生物学功能将会被不断发现。国际上对于核酸应用学的研究兴趣越来越浓厚，不断有新的研究成果涌现，核酸营养学已经成为营养学界一个新的研究领域。随着生物科学与科技的发展，将会在多个学科的交叉领域开展深入研究，相信众多的谜团将会被相继解开。二本章小结脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸分别是DNA和RNA的基本组成单位。核苷酸完全水解可释放出等摩尔量的碱基、戊糖和磷酸。脱氧核糖核苷酸中的碱基成分。核苷酸的合成代谢途径主要为从头合成和补救合成。其中，从头合成为主要途径，使用简单前体分子组装成核苷酸。而补救合成途径则利用体内核苷酸降解产生的游离嘌呤/嘧啶或核苷重新合成核苷酸。核酸作为“条件型营养素”现已被广泛认可，随着核酸营养学研究体系的不断发展与完善，人们正逐步认识到核酸的重要的生物学功能、与营养相关疾病及与特殊人群营养的关系。核酸具有重要的营养健康价值，现已广泛应用于食品、化妆品及医药等诸多领域，具有光明的应用前景。第三章DNA的生物合成与人体营养健康DNA的组成DNA的生物合成本章目录一二DNA损伤及修复与人体健康三本章重难点掌握熟悉1.掌握DNA的二级结构及结构特点2.掌握DNA合成中的半不连续合成3.掌握E.coliDNA损伤修复与人体DNA损伤修复途径的差异4.掌握DNA损伤修复障碍与人体健康的联系1.熟悉DNA复制的方式、复制酶系、复制的大致过程、原核生物与真核生物DNA复制的异同点了解1.了解DNA的基本组成单位2.了解DNA的一、二、三级结构4.了解DNA损伤的概念、类型以及原因5.了解DNA损伤修复的概念和途径第一节DNA的组成一、DNA的发现二、DNA的化学组成三、DNA的结构一、DNA的发现19世纪下半叶，融合遗传的观点十分盛行。奥地利科学家孟德尔（G.J.Mendel）打破了这一观点，提出了完全不同的理论。他利用豌豆进行杂交实验，发现了遗传规律，成功地揭示了生物体遗传的不是性状本身，而是控制性状的遗传因子。1868年，瑞士科学家米歇尔（JohannFriedrichMiescher,1844-1895）发现了细胞核中含有一种含磷量很高的酸性化合物，将其命名为“核素”即现在的核酸。但此项发现与遗传规律的发现一样，在当时没有引起人们的重视。到了19世纪后期，人们在显微镜下观察到了染色体。后来，摩尔根等人进行了果蝇的杂交实验，证明了染色体携带着基因，这让人们认识到遗传因子是具有物质性的实体。之后，德国科学家科赛尔（AlbrechtKossel,1853-1927）确定了DNA的化学组成，但并没发现DNA是构成基因的化学物质。直到20世纪30年代末，人们探索遗传物质的步伐才回到了DNA的正确道路上。1928年英国科学家格里菲斯通过实验发现了被后人称为“转化”的现象。1944年美国科学家埃弗雷等人在格里菲斯的研究基础上改进实验，提出了遗传物质不是蛋白质，而是DNA。1952年由赫尔斯和蔡斯设计的噬菌体实验证实了DNA是主要的遗传物质。G.J.Mendel1822-1884一、DNA的发现1.细菌转化实验加热杀死的S型双球菌含有某种转化因子，可促使R型转化为S型。这种转化因子究竟是什么呢？一、DNA的发现2.肺炎双球菌体外转化实验分别用蛋白酶、RNA酶、超离心处理后，细胞提取物仍然有转化活性在DNA中加入DNA酶后转化不再发生一、DNA的发现3.噬菌体侵染细菌实验子代噬菌体的各种形状是通过亲代噬菌体的DNA遗传的。这个实验进一步证明了DNA是遗传物质，而不是蛋白质。一、DNA的化学组成核酸是由多个核苷酸通过3',5'-磷酸二酯键连接而成的多聚核苷酸。根据所含戊糖的不同，核酸分为DNA和RNA两大类。DNA是形成细胞或病毒遗传密码的核酸聚合物。大多数DNA分子由四个核苷酸的两个聚合物（双链）组成，每个聚合物由一个碱基、脱氧核糖和一个磷酸基团组成。二、DNA的化学组成1.碱基（1）常见碱基构成核苷酸的碱基分为嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）两类。二、DNA的化学组成稀有碱基是指上述五种碱基环上的某一位置被一些化学基团（如甲基、甲硫基等）修饰后的衍生物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少，在各类核酸中的分布也不均一，但是可能对核酸的功能起到重要的调节作用。（2）稀有碱基自然界中还存在其他碱基衍生物。嘌呤碱衍生物次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸是核苷酸代谢的产物。黄嘌呤甲基化衍生物茶碱（1,3-二甲基黄嘌呤）、可可碱（3,7-二甲基黄嘌呤）、咖啡因（1,3,7-三甲基黄嘌呤）分别存在于茶叶、可可、咖啡中，都有增强心脏活动的功能。二、DNA的化学组成2.戊糖戊糖是核苷酸的基本组成成分之一，核酸中的戊糖分为两种，核糖和脱氧核糖二、DNA的化学组成3.核苷碱基与脱氧核糖通过糖苷键缩合形成脱氧核苷，其连接方式是脱氧核糖C-1的羟基与嘧啶碱第一位氮原子（N-1）或嘌呤碱第9位氮原子（N-9）上的氢脱水形成β-N-糖苷键，分别称为2'-脱氧腺苷、2'-脱氧胸苷、2'-脱氧鸟苷和2'-脱氧胞苷。4.核苷酸核苷酸是由核苷中戊糖的羟基与磷酸脱水缩合形成的磷酸酯。由脱氧核糖核苷生成的磷酸酯称为脱氧核糖核苷酸。生物体内的核苷酸大多为5‘-核苷酸，即脱氧核糖的第5位碳原子（C-5’）上的羟基与磷酸分子缩合形成磷酸键，生成的脱氧核苷酸。二、DNA的化学组成脱氧核苷酸的分子模型二、DNA的化学组成核酸碱基核苷核苷一磷酸核苷二磷酸核苷三磷酸DNAA脱氧腺苷脱氧腺苷一磷酸(dAMP)脱氧腺苷二磷酸(dADP)脱氧腺苷三磷酸(dATP)G脱氧鸟苷脱氧鸟苷一磷酸(dGMP)脱氧鸟苷二磷酸(dGDP)脱氧鸟苷三磷酸(dGTP)C脱氧胞苷脱氧胞苷一磷酸(dCMP)脱氧胞苷二磷酸(dCDP)脱氧胞苷三磷酸(dCTP)T脱氧胸苷脱氧胸苷一磷酸(dTMP)脱氧胸苷二磷酸(dTDP)脱氧胸苷三磷酸(dTTP)表1DNA的碱基、核苷及核苷酸通常以碱基的第一个字母表示含相应的碱基，以小写的“d”表示含有脱氧核糖的核苷酸。根据包含的磷酸基团数目不同，脱氧核苷酸包括脱氧核苷一磷酸（dNMP）、脱氧核苷二磷酸（dNDP）、脱氧核苷三磷酸（dNTP）。遇到具体核苷酸时，使用碱基首字母代替N。三、DNA的结构1.DNA的一级结构DNA的一级结构是指DNA分子中脱氧核苷酸从5'-末端到3'-末端的排列顺序。由于脱氧核苷酸之间的差别仅在于碱基的不同，所以DNA的一级结构即是它的碱基排列顺序。DNA中核苷酸的连接方式DNA一级结构的表达方式二、DNA的结构2.DNA的二级结构英国物理化学家RosalindFranklin用X射线衍射技术分析了DNA结晶，获得了高质量的DNA分子X射线衍射照片，结果显示DNA是双链的螺旋形分子，这一研究成果为DNA双螺旋结构提供了最直接的证据。英国科学家Watson和Crick于1953年提出了DNA双螺旋结构模型，并于1953年在Nature杂志上发表。这一结构模型的提出解释了DNA已知的理化性质，确立了核酸作为信息分子的结构和物质基础，是分子生物学发展史上的重要里程碑。美国生物化学家ErwinChargaff用纸色谱技术分析了DNA的核苷酸组成，绝大多数DNA组成的碱基均为A、T、C、G，在不同物种的DNA中，这四种碱基组成有一定的规律。1950年Chargaff发表了Chargaff定则，揭示了DNA的碱基之间存在着某种对应关系，为碱基之间的互补配对关系奠定了基础。二、DNA的结构（1）双螺旋结构的特点DNA双螺旋结构模型①DNA具有反向平行的右手双螺旋结构。两条多聚脱氧核苷酸链以相反方向互相缠绕形成右手螺旋结构。两条链中一条链的5'-3'方向是自上而下，而另一条链的5'-3'方向是自下向上，呈现出反向平行的特征。DNA双螺旋结构的直径为2.37mm，螺距为3.54mm。②DNA双链之间具有严格的碱基互补配对。DNA中两条脱氧核苷酸链的反向平行特征及碱基的化学结构决定了两条链之间的特有相互作用方式：两条脱氧核糖核苷酸链通过内侧碱基之间的氢键连接在一起，使两条链不会松散。碱基之间有严格的配对规律：A与T配对，形成2个氢键；G与C配对，形成3个氢键。这种特定的碱基之间的作用关系称为互补碱基对，DNA的两条链称为互补链。③亲水性骨架在外，互补碱基对在内。在DNA双螺旋链中，由于脱氧核糖与磷酸是亲水的，位于双螺旋结构的外侧，形成亲水性骨架，而碱基是疏水的，位于螺旋内测。从双螺旋结构外观看，双螺旋表面存在两种不同大小的沟槽，一个较宽、较深，称为大沟，一个较窄、较浅，称为小沟，它们是蛋白质识别DNA碱基顺序的结构基础。二、DNA的结构（2）DNA二级结构的多样性DNA的右手双螺旋结构不是自然界DNA唯一的存在方式。Watson和Crick发现的双螺旋结构称为B型结构，是在相对湿度92%时析出的DNA-钠盐纤维所呈现的构象，也是生物体内天然DNA的主要构象。DNA双螺旋结构在不同条件下，或在不同功能状态下可以发生扭曲、旋转、伸展等结构变化，特别是细胞核内的DNA常常与蛋白质紧密结合，因此可以形成不同形态的结构。应用X射线衍射技术或配合电镜观察对DNA结构进一步研究发现DNA二级结构存在其他立体构象类型。

B-DNAA-DNAZ-DNA旋转方向右旋右旋左旋螺旋直径2nm2.6nm1.8nm每螺旋碱基对1010.912螺距3.4nm3.2nm4.5nm每圈碱基对数目1110.512轴心与碱基的关系穿过碱基对不穿过碱基对不穿过碱基对碱基倾角-2°13°9°嘌呤碱基与脱氧核糖之间β-糖苷键的构象反式反式顺式表2B-DNA、A-DNA、Z-DNA的结构比较二、DNA的结构3.DNA的三级结构DNA的三级结构是指双螺旋基础上分子的进一步扭曲或再次螺旋所形成的构象。其中，超螺旋是最常见的DNA的三级结构。超螺旋的形成：由于DNA双螺旋是处于最低能量状态的结构，如果使正常DNA的双螺旋额外地多转几圈或少转几圈，就会使双螺旋内的原子偏离正常的位置，这样在双螺旋分子中就存在额外的张力。如果双螺旋末端是开放的，张力就会通过链的旋转而释放；如果DNA分子两端是以某种方式固定的，这些额外张力就不能释放到分子之外，而只能在DNA分子内部重新分配，从而造成原子或基团的重排，并导致DNA形成超螺旋。第二节DNA的生物合成一、DNA的复制二、反转录作用一、DNA的复制DNA复制：是指作为遗传信息载体的DNA分子的两条母链彼此分离，分别以每一条母链作为模板按碱基互补配对原则合成两个与亲代完全一样的DNA分子，并把遗传信息分配到子代细胞中的过程，分为起始、延伸和终止三个阶段。图3-1DNA复制的三种假说图3-2Meselson和Stahl证明DNA半保留复制的实验DNA的复制方式：（1）半保留复制：DNA复制时，亲代DNA双链碱基间氢键断裂而使双链解旋和分开；然后以每条单链为模板，按碱基互补配对原则，在两条单链上各形成一条互补链。DNA的半保留复制方式，可使遗传信息准确地传递给子代细胞，保持其相对稳定性而不致发生变化，这对生物的遗传和维持物种稳定性具有重要意义。一、DNA的复制体内的DNA复制并不是随机启动的，而是从特定的区域开始，即具有固定的复制起点。其往往表现为特定的序列，识别并结合与复制有关的酶与蛋白质，并且DNA在该位点解链开始复制。图3-3DNA单向和双向复制的示意图图3-4原核生物环状染色体的复制及真核生物线状染色体DNA的复制复制叉：DNA复制从复制起点开始后，母链DNA因解链而形成的叉状结构。绝大多数DNA的复制是分别向两侧进行复制，即双向复制；少数DNA的复制只能向一个方向进行，即单向复制。一、DNA的复制DNA的复制方式：（2）半不连续复制：当DNA复制时，一条链是连续的，另一条是不连续的，因此称为半不连续复制。连续合成的DNA子链称为前导链，亦称先导链，不连续合成的子链称为后随连，又称滞后链。