“曇花一現(xiàn)”的神秘之旅

李倩

摘 要：高中生物課本中提及了很多有重要功能的生物活性物質(zhì)，這些物質(zhì)在某些特定情況下存在，一旦發(fā)揮功能后就立即滅活。

關(guān)鍵詞：生物活性物質(zhì)；滅活；轉(zhuǎn)化

一、生物活性物質(zhì)的類型

體內(nèi)的各種化學(xué)物質(zhì)可以概括為三大類：結(jié)構(gòu)物質(zhì)、能源物質(zhì)和活性物質(zhì)或功能物質(zhì)。結(jié)構(gòu)物質(zhì)是細胞及生物體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能源物質(zhì)是體內(nèi)能量的貯存和直接使用的ATP等高能化合物的代謝前體，活性物質(zhì)或功能物質(zhì)擔(dān)負各種代謝的催化、調(diào)節(jié)、信息傳遞等多種功能。

活性物質(zhì)與結(jié)構(gòu)物質(zhì)相比，其半衰期短，代謝速度快。因此，在不同生理條件、不同組織及發(fā)育的不同階段可以靈活地進行新陳代謝的調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)向；同時當(dāng)生理條件與環(huán)境要求改變時，原有的活性物質(zhì)必須快速滅活或轉(zhuǎn)化失活，降低原有活性物質(zhì)的濃度或被新產(chǎn)生的活性物質(zhì)取代。

1.功能蛋白和酶的水解

（1）功能蛋白

①血紅蛋白

細胞內(nèi)的功能蛋白會以一定的速率進行更新，如，紅細胞。紅細胞的平均壽命是120天左右，紅細胞經(jīng)巨噬細胞吞噬，細胞膜破裂釋放出血紅蛋白，血紅蛋白降解為珠蛋白和血紅素，其中珠蛋白經(jīng)水解產(chǎn)生氨基酸，而血紅素則在肝臟內(nèi)經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)生各種膽色素，最終以結(jié)合膽紅素的形式進入小腸。

②抗體

抗體是機體的免疫系統(tǒng)在抗原刺激下，由B淋巴細胞或記憶細胞增殖分化成的漿細胞所產(chǎn)生的、可與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性結(jié)合的免疫球蛋白，主要分布在血清中，也分布于組織液及外分泌液（如，乳汁）中。抗體的產(chǎn)生依賴于接受抗原刺激，故免疫應(yīng)答可經(jīng)過一定時間后逐漸消失。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，抗體可分為5種亞型，分別為IgG、IgM、IgA，、IgD、IgE。各亞型抗體功能不盡相同，導(dǎo)致在體內(nèi)的代謝過程也不一樣，其中IgG的半衰期最長、分解率最低，IgD、IgE半衰期最短，只有3天。

（2）酶

細胞內(nèi)各種酶的含量取決于酶的合成（結(jié)構(gòu)基因的表達）和酶的降解（水解）的平衡。酶的合成和降解可以調(diào)節(jié)細胞內(nèi)酶的含量和種類，從而調(diào)節(jié)細胞代謝的強度和對細胞信息物質(zhì)進行響應(yīng)。分布于肝細胞微粒體和胞液中的醇脫氫酶（ADH）和醛脫氫酶（ALDH），均以NAD+為輔酶，可催化醇類氧化成醛，醛類氧化成酸。

醇脫氫酶（ADH）和醛脫氫酶（ALDH）在人類中存在多態(tài)性（同工酶）。ADH為二聚體，有3種亞基α、β、γ，成人主要是β二聚體，多數(shù)白種人是活性較低的β1β1，90%的黃種人是活性較高的β2β2，加之白種人ALDH活性較高，而黃種人約50%的ALDH活性較低，因此，黃種人飲酒后能快速生成乙醛，約一半的黃種人乙醛氧化速度較慢，導(dǎo)致黃種人飲酒后乙醛濃度升高。顯然，黃種人與白種人在同等條件下更容易導(dǎo)致酒精中毒。

2.細胞信息物質(zhì)的滅活與轉(zhuǎn)化

細胞信息物質(zhì)的功能是傳遞信息，它既不是結(jié)構(gòu)物質(zhì)又不是能源物質(zhì)。這類物質(zhì)包括細胞間信息物質(zhì)、細胞內(nèi)信息物質(zhì)和細胞產(chǎn)生的有活性的代謝終產(chǎn)物（如，氨、膽紅素等）。

（1）激素

激素是內(nèi)分泌器官或細胞產(chǎn)生的能對生物體進行調(diào)節(jié)的微量化學(xué)物質(zhì)。例如，在危機情況下，腎上腺素分泌，促使心率加快，血壓升高，皮膚血管收縮，糖原分解加速，糖異生作用加強，以促使帶有大量能源物質(zhì)的血液進入肌肉，肌肉以更強的收縮運動能力應(yīng)對危機情況；當(dāng)危機情況解除后，腎上腺素必須快速地被轉(zhuǎn)化滅活，否則身體將由于能量的大量消耗而處于高度疲憊狀態(tài)，而且心臟等器官長期處于高強度工作，容易導(dǎo)致心力衰竭以致死亡。

激素類信息傳遞物質(zhì)通常會引起級聯(lián)放大效應(yīng)，它們是新陳代謝強有力的調(diào)節(jié)物質(zhì)，能在較短的時間范圍內(nèi)大幅度地改變新陳代謝的走向和強度，同時也正因為它的級聯(lián)放大效應(yīng)，如果調(diào)節(jié)不當(dāng)，將對生物體產(chǎn)生不可估量的負面效應(yīng)，因此，激素類信息傳遞物質(zhì)是一把雙刃劍，快速的滅活和轉(zhuǎn)化是非常必須的。

（2）神經(jīng)遞質(zhì)

神經(jīng)遞質(zhì)是由神經(jīng)末梢釋放出來的小分子物質(zhì)，是神經(jīng)元與靶細胞之間的化學(xué)信使。如，乙酰膽堿。乙酰膽堿是由膽堿和乙酰輔酶A在膽堿乙酰移位酶（膽堿乙酰化酶）的催化作用下合成的。由于該酶存在于胞漿中，因此，乙酰膽堿在胞漿中合成，合成后由小泡攝取并貯存起來。

進入突觸間隙的乙酰膽堿作用于突觸后膜發(fā)揮生理作用后（乙酰膽堿可引起受體膜產(chǎn)生動作電位），就被膽堿酯酶水解成膽堿和乙酸，這樣乙酰膽堿就被破壞。然后去甲腎上腺素進入突觸間隙并發(fā)揮生理作用后，一部分被血液循環(huán)帶走，再在肝中被破壞失活；另一部分在效應(yīng)細胞內(nèi)由兒茶酚胺內(nèi)由兒茶酚胺位甲基移位酶和單胺氧化酶的作用而被破壞失活；但大部分是由突觸前膜將去甲腎上腺素再攝取，回收到突觸前膜處的軸漿內(nèi)并重新加以利用。

3.核酸的降解

核酸是遺傳信息的載體，多數(shù)生物體的遺傳物質(zhì)是DNA，少數(shù)是RNA（如，RNA病毒）。與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA分子相比，作為遺傳信息載體的DNA很穩(wěn)定，相對代謝更新速度緩慢，通常只在細胞分裂前進行復(fù)制合成，而分解代謝主要局限在凋亡細胞、破裂死亡細胞、通過細胞吸收的核酸類物質(zhì)（食物吸收或細胞吸收）、個別無核細胞（如，成熟紅細胞的形成過程中）。但是結(jié)構(gòu)基因表達的中間信息傳遞體mRNA分子半衰期很短，是活躍的核酸類代謝物質(zhì)，它們被快速地合成和降解，從而調(diào)節(jié)細胞中各種蛋白質(zhì)和酶的含量和種類，進而調(diào)節(jié)細胞的新陳代謝。核酸的降解包括核酸水解為它們的組成單位核苷酸和核苷酸的分解轉(zhuǎn)化。

其中核苷酸的分解轉(zhuǎn)化主要是指嘧啶和嘌呤化合物的轉(zhuǎn)化。嘌呤的代謝會產(chǎn)生具有生物活性的尿酸，尿酸有一定的抗氧化作用，尿酸可通過尿液排泄，尿酸積累會導(dǎo)致尿酸鹽結(jié)晶沉淀而致痛風(fēng)。

二、生物轉(zhuǎn)化的特點

1.代謝反應(yīng)連續(xù)性

物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化往往需要經(jīng)過幾種連續(xù)反應(yīng)，產(chǎn)生幾種產(chǎn)物。如，乙酰水楊酸，先被水解成水楊酸，然后與葡萄糖醛酸或甘氨酸結(jié)合，分別生成葡萄糖醛酸苷和甘氨酰水楊酸。

2.反應(yīng)類型多樣性

同一種物質(zhì)可發(fā)生多種反應(yīng)。如，苯甲酸，既可與甘氨酸結(jié)合生成馬尿酸，又可與葡萄糖醛酸結(jié)合生成苯甲酰葡萄糖醛酸苷。

3.解毒和致毒的雙重性

一種物質(zhì)通過肝臟轉(zhuǎn)化后，其毒性大部分會變小，但個別也可增強。一些致癌物質(zhì)最初本無致癌活性，但通過生物轉(zhuǎn)化后則成為致癌物。

三、生物活性物質(zhì)的應(yīng)用

生物活性物質(zhì)大多用于藥物研發(fā)，引發(fā)即時效應(yīng)后立即滅活。而很多藥物也是通過它的生物活性發(fā)揮作用的，另外，從體外吸收的一些食品添加劑（如，防腐劑、食品色素、一些調(diào)味劑）和有毒化學(xué)物質(zhì)（如，毒物、化學(xué)致癌劑）通常都具有生物活性，從而能影響細胞的代謝狀況，它們也屬于特殊的細胞信息物質(zhì)。肝臟是細胞信息物質(zhì)進行生物轉(zhuǎn)化的主要器官。通過生物轉(zhuǎn)化，這些非營養(yǎng)性物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)改變，原有活性喪失或改變，極性增強，水溶性增加，易于排出。但是有少量的非營養(yǎng)性物質(zhì)經(jīng)生物轉(zhuǎn)化后水溶性反而降低，活性或毒性增強，對機體不利。生物轉(zhuǎn)化是對具有活性的細胞信息物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，是調(diào)節(jié)細胞新陳代謝強度與方向的重要手段。

（作者單位 陜西省西安市黃河中學(xué)）

編輯 張珍珍