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第41卷第/期2010年8月宜春学院学报Journal of YOhun UniversityVol.01,No.07Dec.2010植物硒营养元素吸收和代谢分子生物学研究最新进展陈冈『，颜雪梅2,宋家鸿。
，赵志刚。
，邹杰。
，陈云风1（8宜春学院生命科学与资源环境学院；2,宜春市农业科学研究所，江西宜春336002）摘要：硒（Sd是人类和动物必需的营养元素，绿色植物是硒元素提供给人类和动物的主要来源。
目前人类对硒摄入不足是全球范围内的普遍情况。
因此，掌握植物硒的吸收、转运和代谢的分子机制与规律一直是植物营养学研究的热点领域。
本文概述了近年来植物对硒的吸收、转运及其分子机制等方面的最新研究期，主要包括硒对植物的生长发育作用，植物硒吸收、转运和代谢关键酶基因和蛋白等，旨在对植物富硒基因资源的开发与利用提供相关资料提和理论依据。
关键词：硒；植物；分子机制中图分类号：Q37文献标识码：A文章编号：1671-3&）X（2219）12-0292-27Recent Prcgrese on Molechlar Biology oO Plan：Seleeium Uptake and Metabolism CHEN Gang1,YAN Xue-mei2,SONG Jia-houg1,ZHAO Zhi-yang1,ZOUJie。
，CHEN Yuo-feag1 (L LO(ScOaces oup R esources and EnvironmezO,Yichun University,YUm336002,China；2.YOhun AgrioiLtm'/Science Research InsUtuie ,Yichun332002,China)Abstract:Se/aium is on esseaOa-nutneat for humans and animals；and plants are the main s ource of se/aium for humans and animals.Se/aium deficieacy is a common pPeaomeaou on a glo/al scale.Therefore,on analysis of the mo/culor mechanism of plant se/aium uptade,translocation and metabolism has become a hotspot of plant no-tntiov research.This pader reviewed the receat research p/press on the uptade,translocaCou and mo/culor mechanism of se/aium in plants,incluPing the edect of seleaium on plant the prowth and deve/pmeat,the ibedti/ca-Oou of key eazyme peaes/p/Wins involving in the plant selenium uptade,translocaCou and metabolism ,and so on.This review aims to p/vibe valuable infovnatiov for the deve/pmeat and appOcaCov of plant seleaium一ea-Uched peae resources in plants.Key wo O s:Se/aium；Plants；Mo/culor mechanism硒是人类和动物赖以生存的重要微量元素，目前人体或动物对硒的吸收来源，主要靠外界的摄入。
分子营养学引言：分子营养学是研究食物分子的组成和其在人体内的代谢途径的学科。
随着分子生物学和营养学的迅速发展，分子营养学成为了一个重要的学科领域。
本文将介绍分子营养学的发展历史、研究方法和分子营养学对人体健康的影响等内容。
发展历史：分子营养学的起源可以追溯到19世纪末的德国化学家萨克斯利和英国生物化学家霍普金斯。
他们通过分离、纯化和鉴定食物中的不同化学物质，开始了对食物营养成分的研究。
随着科技的进展，营养学方法不断得到改进和完善。
20世纪中期，研究者开始利用放射性同位素示踪技术，揭示了食物分子在人体内的吸收、转化和代谢途径。
分子生物学的快速发展也为分子营养学的研究提供了强有力的工具。
研究方法：在分子营养学中，有许多研究方法被广泛应用于食物分子的分析和代谢途径的研究。
其中，质谱技术是一种重要的分析方法。
质谱技术可以通过测量分子的质量和离子信号来进行定性和定量分析。
另外，通过利用核磁共振技术和放射性同位素技术，研究者可以追踪食物分子在人体内的转化过程。
分子生物学技术如基因测序和蛋白质组学也被广泛应用于研究食物分子的作用机制及其对人体健康的影响。
分子营养学与人体健康：分子营养学的研究不仅对人体健康有着重要的影响，也为人们制定个性化的膳食方案提供了科学依据。
通过分析食物分子的功能和作用机制，研究者发现不同的食物分子可以对人体起到不同的保健作用。
例如，抗氧化剂通过清除自由基，能够减缓衰老和预防慢性疾病的发生。
另外，营养素可以影响基因的表达，并调节许多代谢途径的活性。
研究表明，适当的营养素摄入可以降低患肥胖、心脏病和糖尿病等慢性疾病的风险。
分子营养学在临床营养中的应用：分子营养学在临床营养学中也起到了重要的作用。
通过研究食物分子的作用机制，临床营养学家可以制定个性化的膳食方案，以满足患者的特定需求。
例如，在肿瘤治疗中，营养不良是一个常见的并发症。
根据分子营养学的研究结果，医生可以调整患者的饮食，以提供足够的营养支持，并缓解治疗副作用对身体造成的负面影响。
动物分子营养学动物分子营养学是研究动物体内分子营养的科学。
分子营养学是营养学的一个重要分支，它主要关注动物体内分子的摄入、消化、吸收、转运和利用等方面的过程。
动物分子营养学的研究对于了解动物的营养需求、优化饲料配方以及提高养殖效益具有重要意义。
一、动物分子营养学的研究内容动物分子营养学主要研究以下几个方面的内容：1. 动物体内分子的摄入：动物通过食物摄入各种分子来满足生长、发育和维持生命活动的需要。
动物分子营养学研究了动物对不同分子的需求量、吸收效率以及摄入方式等问题。
2. 动物体内分子的消化：动物体内对于不同分子的消化能力是不同的，对于不同种类的动物来说，其消化系统的结构和功能也是不同的。
动物分子营养学研究了动物体内对于不同分子的消化过程、消化酶的产生和调控机制等问题。
3. 动物体内分子的吸收：吸收是指分子从消化道进入血液循环的过程。
动物分子营养学研究了动物体内分子吸收的机制、吸收速度和吸收效率等问题。
4. 动物体内分子的转运：动物体内的分子需要通过血液和淋巴等介质进行转运，以供给各个细胞和组织使用。
动物分子营养学研究了动物体内分子转运的机制、转运速度和转运效率等问题。
5. 动物体内分子的利用：动物体内的分子主要用于供能、合成和修复等生命活动。
动物分子营养学研究了动物对于不同分子的利用方式、利用效率和代谢产物等问题。
动物分子营养学的研究对于动物养殖业具有重要意义，它可以帮助养殖者了解动物的营养需求，优化饲料配方，提高饲养效益。
通过研究动物体内分子的消化、吸收、转运和利用等过程，可以探索动物的营养代谢机制，为科学合理地制定饲养方案提供依据。
动物分子营养学的研究还有助于解决一些养殖业面临的问题。
例如，通过研究动物对于特定分子的吸收效率和利用效率，可以提高饲料的利用率，减少养殖过程中的资源浪费；通过研究动物对于不同分子的营养需求，可以合理调整饲料配方，提高养殖效益；通过研究动物体内分子的代谢过程，可以了解一些疾病的发生机制，为疾病防控提供科学依据。
生命科学史（分子营养学综述）姓名：王芝学号：2010212810专业：生物科学任课老师：[请输入联系地址]分子营养学综述前言：1953 年, Watson 和Crick 发现了DNA 的双螺旋结构, 从那时起, 分子生物学技术取得了突飞猛进的发展, 几乎在生命科学的每一个方面都有广泛的应用。
随着分子生物学技术的发展而来的是一些新兴学科的兴起, 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, 它在阐述营养素与基因表达如何相互作用, 导致营养相关疾病发生发展方面取得了许多重要进展。
摘要：当今分子营养学研究的热点主要集中在两个方面：营养素调控基因表达和生物技术与动物营养。
因此，本文将对分子营养学的定义和发展简史做简要的介绍，探讨遗传因素（主要是基因）和营养素的相互作用对生物体表型特征( 如营养充足、营养缺乏、营养相关疾病、先天代谢性缺陷)影响，并从生物技术与动物营养的角度对分子营养学上的研究进展进行阐述。
关键词：分子营养学基因营养素动物营养正文1. 分子营养学的定义及发展简史1.1分子营养学定义分子营养学( molecular nutrition) 主要是研究营养素与基因之间的相互作用, 即应用现代分子生物学技术, 在基因表达调控和蛋白质组学的水平上, 研究营养与基因表达间的相互关系, 旨在阐明营养素或营养调控因子对动物( 人) 生理机能的调控机制,为有效地、经济地促进动物( 人) 生长发育, 提高动物( 人) 抗病力, 最大限度地实现遗传潜力提供理论依据。
广义上的分子营养学也指一切进入分子领域的营养学研究。
分子营养学一方面研究营养素对基因表达的调控作用, 从而对营养素的生理功能进行更全面、更深入的认识; 另一方面研究遗传因素对营养素消化、吸收、分布、代谢和排泄的决定作用。
在此基础上, 探讨二者相互作用对生物体表型特征( 如营养充足、营养缺乏、营养相关疾病、先天代谢性缺陷)影响的规律, 从而针对不同基因型及其变异、营养素对基因表达的特异调节制订出营养素需要量和供给量标准。
分子营养学研究进展[摘要] 分子生物学的快速发展，使营养学的研究深入到分子水平，从而诞生了分子营养学这门新兴学科。
本文综合叙述了分子营养学的发展简史以及当今研究比较多的几种营养素对基因表达的影响，同时叙述了基因多态性对部分营养物质吸收、代谢和利用的影响，最后文章展望了分子营养学的前景及面对的任务。
[关键词] 分子营养基因表达基因多态性1953年，Watson和Crick发现了DNA的双螺旋结构，从那时起，分子生物学技术取得了突飞猛进的发展，几乎在生命科学的每一个方面都有广泛的应用。
随着分子生物学技术的发展而来的是一些新兴学科的兴起，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，它在阐述营养素与基因表达如何相互作用，导致营养相关疾病发生发展方面取得了许多重要进展。
1分子营养学的定义及发展简史1.1分子营养学定义分子营养学(molecular nutrition)主要是研究营养素与基因之间的相互作用，即应用现代分子生物学技术，在基因表达调控和蛋白质组学的水平上，研究营养与基因表达间的相互关系，旨在阐明营养素或营养调控因子对动物（人）生理机能的调控机理，为有效地、经济地促进动物（人）生长发育，提高动物（人）抗病力，最大限度地实现遗传潜力提供理论依据。
广义上的分子营养学也指一切进入分子领域的营养学研究。
分子营养学一方面研究营养素对基因表达的调控作用，从而对营养素的生理功能进行更全面、更深入的认识；另一方面研究遗传因素对营养素消化、吸收、分布、代谢和排泄的决定作用。
在此基础上，探讨二者相互作用对生物体表型特征(如营养充足、营养缺乏、营养相关疾病、先天代谢性缺陷)影响的规律，从而针对不同基因型及其变异、营养素对基因表达的特异调节制订出营养素需要量和供给量标准。
1.2分子营养学发展简史传统营养学对动物（人）机体营养代谢的过程已经有了深入的了解，但是这些研究绝大部分是在机体水平上的研究。
随着分子生物学技术的日渐成熟，并向整个生物领域的快速渗透，营养学自身发展需要从细胞分子水平阐明营养物质或生物活性物质调控机体营养分配与代谢的途径及机理；麻省理工学院临床营养研究中心Dr.Young教授指出：营养学家应该考虑基因组序列对他们的研究意味什么，如果不去尝试回答这个问题，营养学将面临死亡。
在这种背景下，分子营养学应运而生。
人类对癌症研究快速推动了营养学与基因表达的联姻，直接导致了分子营养学的诞生。
1908年，Garrod AE博士在推测尿黑酸尿症（alcaptonuria）的病因时，第一个提出了基因——酶的概念，认为先天性代谢缺陷的发生是由于基因突变或缺失，导致某种酶缺乏、代谢途径某个环节发生障碍、中间代谢产物发生堆积的结果。
早期的研究主要是集中在先天性代谢缺陷方面，营养学家在这些研究中积累了丰富的经验并获得了突出的成就。
1975年，美国实验生物学科学家在亚特兰大举行了“营养与遗传因素相互作用”专题讨论会，但是当时由于分子生物学发展的限制而使分子营养学的发展非常缓慢。
1985年，Simopoulos AP博士在西雅图举行的“海洋食物与健康”的会议上，首次使用了“分子营养学”这个名词。
从1988年开始分子营养学研究进入了黄金时代。
2营养素对基因表达的调控2.1营养素对基因表达的调控机制2.1.1营养素对基因表达的作用特点几乎所有的营养素对基因的表达都有调节作用，它们直接或者作为辅助因子催化体内的反应，构成大分子的底物，还可以作为信号分子或者改变大分子的结构，所有这些作用都可以导致转录和翻译上的变化。
营养素对基因表达发生作用时有以下特点：一种营养素可调节多种基因的表达；一种基因表达又受多种营养素的调节；一种营养素不仅可对其本身代谢途径所涉及的基因表达进行调节，还可影响其它营养素代谢途径所涉及的基因表达；营养素不仅可影响细胞增殖、分化及机体生长发育相关基因表达，而且还可对致病基因的表达产生重要的调节作用。
2.1.2营养素对基因表达水平的调控营养素可在基因表达的所有水平(转录前、转录、转录后、翻译和翻译后共5个水平)上对其进行调节，虽然不同营养素各有其重点或专一调节水平，但绝大多数营养素对基因表达的调节发生在转录水平上。
2.1.3营养素调控基因表达的途径营养素对基因表达的调控途径可以分为直接作用和间接作用两种途径。
直接作用即营养素本身或其代谢产物可作为信号分子，作用于细胞表面受体或直接作用于细胞内受体，从而激活细胞信号转导系统，并与转录因子相互作用，从而改变转录速度和特定mRNA的浓度来激活基因表达或直接激活基因表达。
如骨钙化醇、某些类固醇和脂肪酸可作为配基结合到特定转录因子上，改变基因转录。
间接作用是通过次级调节因子对基因表达进行调节，涉及多种信号传递系统及激素和细胞因子（Cousins，1998）。
大多数营养素对基因表达的调控是通过细胞内受体途径实现的。
实际上，营养素对基因表达的调控过程相当复杂，但可以简化为下列步骤(见图1)。
资料来自：孙长颢（2004）图1 营养素对基因表达的调控过程简图2.2几种营养素对基因表达的影响2.2.1日粮碳水化合物含量对基因表达的调控碳水化合物对许多基因的表达有调控作用，主要表现在碳水化合物在胃肠道被消化成葡萄糖并吸收入血以后，葡萄糖能够刺激脂肪组织、肝脏和胰岛β细胞中脂肪合成酶系和糖酵解酶基因的转录。
现就研究较多的几个方面为例说明碳水化合物对基因表达的调控。
2.2.1.1日粮碳水化合物含量对PEPCK基因表达的调控磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）是肝和肾中糖元异生的关键酶，稳定的PEPCK水平是保证动物（人）体内糖异生途径顺利进行的关键，而糖异生对机体暂时性血糖过低和大脑的供糖有极其重要的作用。
研究发现，当动物进食大量糖类时，肝中PEPCK基因的转录受到抑制，糖异生途径被关闭，这样可以保持血糖水平的稳定。
日粮碳水化合物影响PEPCK基因表达主要是通过与其启动子上主要的调控元件CRE（-87～-74）和P3（I）（-248～-230）作用而实现的。
2.2.1.2高碳水化合物日粮对断奶仔鼠脂肪合成酶基因表达的调控动物（人）体内脂肪酸合成中有三个关键酶：脂肪酸合成酶（FAS）、乙酰CoA羧化酶（ACC）、ATP-柠檬酸裂解酶（ATP-CL）。
高碳水化合物日粮可提高肝脏中FAS、ACC、ATP-CL mRNA水平，增加酶活性（Girard，1994）。
给哺乳的仔鼠饲喂碳水化合物，能在几小时后诱发肝脏和白脂肪组织中FAS和ACCmRNA的出现（Coupe等，1990）；如果向断奶饲料中加入α－葡萄糖苷酶阻断剂（一种酶抑制剂），使葡萄糖产量减少，则FAS和ACC表达显著降低。
当给禁食后的成年鼠饲喂高碳水化合物、低脂肪的饲料时，脂肪酸合成酶基因的表达增强，并且相应的mRNA 含量的增加幅度与碳水化合物的摄入量成正比。
所有这些证据表明，高碳水化合物日粮增加了脂肪酸合成酶mRNA的含量（如表1）。
资料来源：Clarke等（1990）2.2.1.3葡萄糖对脂肪合成酶基因表达的调控S14基因编码一种含硫蛋白，甲状腺素、碳水化合物和脂肪等对其表达有明显的调节作用，并且与脂肪合成酶基因表达有明确的相关性，因此它在脂肪代谢方面起着重要作用。
S14基因存在能对葡萄糖做出特异应答反应的元件(葡萄糖反应元件，位于启动子的1457～1428bp)。
因此，葡萄糖可以通过调节S14基因的表达来对脂肪合成酶的基因表达进行调控。
Foufelle等（1995）将19日龄哺乳仔鼠的脂肪组织在无血清培养基中培养6～24小时后，添加葡萄糖能提高FAS和ACC mRNA的含量，并在一定范围内与剂量成正比，葡萄糖的最佳作用剂量为20mM。
葡萄糖-6-磷酸是启动FAS等基因表达的直接诱导因子（Doiron等，1996），它是葡萄糖在葡萄糖激酶作用下形成的，是刺激基因表达的直接信号分子。
而葡萄糖激酶的表达受胰岛素调控，因此胰岛素通过刺激葡萄糖激酶表达，加快葡萄糖代谢，从而对基因表达间接发挥作用。
但胰岛素并不是必需的，一旦葡萄糖激酶数量和活性足够，在葡萄糖刺激基因转录中则不再需要胰岛素。
所以在上述Foufelle的实验中单独添加胰岛素则没有效果。
2.2.2日粮蛋白质与氨基酸水平对基因表达的调控日粮中的蛋白质可以以功能蛋白的形式或者分解成氨基酸对基因表达进行调控。
2.2.2.1不同蛋白质含量对基因表达的影响White等（1994）发现，低蛋白质显著提高下丘脑中NPY mRNA的含量（White等，1994），但其机制尚不清楚。
Mildner（1991）研究表明，高蛋白饲粮将抑制猪脂肪组织中FAS基因的表达，脂肪组织中FAS基因的mRNA的含量会显著下降：用蛋白质含量分别喂14%、18%和24%的日粮饲喂60-110kg的育肥猪，其脂肪组织中FASmRNA的含量分别下降了8.14％、18%、24%。
由此可见，日粮蛋白质将会影响脂肪组织中FAS基因的表达。
但这种调控具体发生在哪个水平及其作用机理目前还不清楚。
2.2.2.2亮氨酸缺乏对细胞基因表达的调控Bruhat（1997）的研究表明：IGFBP-1 mRNA和蛋白质在细胞中的基础水平很低，而当培养基中亮氨酸浓度下降时，其浓度迅速上升。
亮氨酸调控IGFBP-1表达不限于肝原细胞，对已分化的肝细胞也适用（Jousse，1998）。
对于氨基酸调控基因表达的分子机制：所知甚少，研究比较清楚的是亮氨酸对CHOP基因的调控。
另外，耗竭精氨酸、亮氨酸、胱氨酸和所有必须氨基酸均会导致IGFBP-1 mRNA 和蛋白的表达增加，并呈剂量依赖关系，从肝细胞培养基中除去色氨酸，IGF-ⅠmRNA水平及IGF-Ⅰ分泌量均降低（Harp等，1990）。
2.2.3日粮脂肪对基因表达的调控膳食脂肪是所有生物生长和发育的重要营养素。
除了作为供能物质和构成生物膜的成分以外，膳食脂肪还可通过对基因表达的影响，对代谢、生长发育以及细胞分化发挥重要的调控作用。
实际上，这种调控作用是膳食脂肪经水解变成脂肪酸而发挥作用的。
尤其是n-3和n-6系列的多不饱和脂肪酸(PUFA)与基因调节之间的关系最为密切。
脂肪被肝脂酶和脂蛋白酶水解以后产生的游离脂肪酸，可通过细胞膜转运载体进入细胞。
在细胞内，大多数的脂肪酸与蛋白质，如脂肪酸结合蛋白（fatty acid binding protein，FABP），以非共价键形式结合；一部分经脂酰辅酶Ａ(FA-CoA)合成酶催化形成FA-CoA；一部分仍以游离形式存在。
FA-CoA和游离脂肪酸虽然在细胞内的浓度很低(<10μmol/g)，但却是调节基因表达的主要形式。
2.2.3.1脂肪酸调控CPTI和HMG-CoA合成酶基因的表达体内的脂肪酸是不能够直接进入细胞进行氧化功能的，必须先转化为脂酰CoA后，在经由肉碱棕榈酰转移酶（含有CPT I和CPT Ⅱ两种不同形式的酶）的转运才能够进入肝脏细胞进行氧化。
