分子营养学
分子营养学 (2)
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。
《分子营养学》课件
目录 CONTENT
• 分子营养学概述 • 分子营养学基础 • 营养素与健康 • 分子营养学研究方法 • 分子营养学展望
01
分子营养学概述
定义与特点
定义
分子营养学是一门研究营养素在 人体内的代谢、生理功能及其分 子机制的学科。
特点
以分子生物学和生物化学为基础 ，探究营养素与基因、蛋白质等 分子之间的相互作用，揭示营养 素对人体健康的调控机制。
基因与营养素的相互作用涉及多 种分子机制，包括转录因子、信 号转导途径和表观遗传修饰等。
营养素与基因表达
营养素对基因转录的影响
01
某些营养素可以影响基因的转录过程，调节特定基因的表达水
平。
营养素对表观遗传的影响
02
表观遗传修饰如DNA甲基化和组蛋白乙酰化等可以影响基因的
表达，而营养素可以影响这些表观遗传修饰。
05
分子营养学展望
营养基因组学的发展
营养基因组学是研究基因与营养素相互关系的一门科学，通 过基因检测和基因组学技术，揭示不同个体对营养素的差异 需求和反应，为个性化营养提供科学依据。
随着基因组学和分子生物学技术的不断发展，营养基因组学 的研究将更加深入，有助于更准确地评估个体的营养需求和 制定个性化的营养方案。
分子营养学的重要性
促进个性化营养
通过了解不同个体的营养需求 差异，为制定个性化膳食计划
提供依据。
预防慢性疾病
揭示营养素与慢性疾病之间的 关系，为预防和控制慢性疾病 提供科学支持。
推动营养学研究进展
促进分子生物学、生物化学、 遗传学等多学科交叉融合，推 动营养学领域的发展。
提高公众健康意识
通过宣传分子营养学的知识， 提高公众对合理膳食和健康生
营养师分子营养学与营养流行病学ppt
第一节 分子营养学
一、分子营养学概述
11.生命早期营养对基因表达程序化影响。 12.为促进健康和防治营养相关疾病，制订膳食干预方案：个体化的营养素需要量；
特殊人群（营养相关疾病易感人群）的特殊膳食指南及营养素供给量；营养相关 疾病病人的特殊食疗配方等。 13.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。
① 了解一个国家或地区的营养状况、健康水平及变化趋势； ② 描述疾病或健康分布和相关的膳食因素； ③ 评价疾病的防治和干预措施的效果。 2. 研究步骤 确定研究目的、研究方法、研究内容和设计调查表；资料收集；资料整理与分析。
第二节 营养流行病学
五、营养流行病学研究方法
（二）生态学研究在营养流行病学中的应用
（一）维生素D受体基因多态性对钙吸收及骨密度的影响 （二）亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性对叶酸需要量的影响
第一节 分子营养学
五、营养素与基因相互作用在疾病发生中的作用
（一）营养因素变化与遗传因素进化之间的矛盾
现代社会的膳食结构的特征是能量摄入增加而消耗减少；而人类的基因却没有变 化或变化甚微。
膳食结构的快速变化（尤其是在过去的150年里）必然会导致一些慢性疾病，如 动脉粥样硬化、高血压、肥胖、糖尿病和一些癌症（乳腺癌、结肠癌、前列腺癌）的 发病率升高。
第二节 营养流行病学
五、营养流行病学研究方法
（一）横断面调查在营养流行病学中的应用
横断面研究（cross-sectional study）又称现况调查（prevalence survey），主要调 查特定时间内，特定人群的营养、健康、疾病及相关因素，从而描述该疾病或健康状 况的分布及其与相关因素的关系。 1. 目的与用途
分子营养学
主要内容
1. 分子营养学定义 2. 研究对象 3. 主要研究内容 4. 研究方法
2020/12/11
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。
variation]。 3 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。 4 基因多态性对营养素需要量的影响。
5 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。
2020/12/11
分子营养学实际应用价值
6 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。
2020/12/11
营养素调控பைடு நூலகம்因表达的基本途径
营
养
细
素
胞
受体结合
功
能
基
调节酶
因
表
转录因子基因
达
2020/12/11
营养素调控基因表达
蛋白质合成
作用元素：肽类激素、固醇 激素、维生素、矿物元素
RNA聚合酶
葡萄糖、去甲基肾上腺 素、铁、硒对蛋白受体
DNA 转录前
转录
转录后
翻译
翻译后 蛋白质
基 因 丢 失
4 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。
2020/12/11
分子营养学实际应用价值
利用营养素修饰基因表达或基因结构，以促进有益健 1 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存在差异的基因多态性 2 或 变 异 [gene polymorphism and genetic
食物中的分子营养学
食物中的分子营养学：从分子层面理解食物的营养价值人类的身体需要各种营养物质才能保持健康。
这些营养物质包括蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物质等。
在过去，人们通常会依靠一些传统方法（如烹饪、食物组合等）来获得足够的营养。
但是现代科技的发展使得人们可以更深入地了解。
这些知识不仅帮助我们更好地管理健康，还为我们提供了更多的选择。
分子营养学是学习食物中分子的营养成分及其作用的学问。
不同的分子营养素对身体有不同的影响。
例如，维生素A、C和E以及一些矿物质（如钙和镁）都对身体的免疫系统和各种生理过程都有重要作用。
蛋白质则是构成身体的重要成分，同时也是各种酶和激素的关键。
碳水化合物和脂肪则提供了身体的能量来源。
了解每种分子营养素的作用，有助于我们更好地规划饮食。
在分子营养学的研究中，科学家通常会研究每种营养素的分子结构以及它们在体内的作用。
例如，蛋白质由多种氨基酸组成，而这些氨基酸在体内会发挥特定的作用。
研究表明，胶原蛋白是人体最主要的蛋白质之一，它负责维护皮肤、骨骼和关节的健康。
因此，高含胶原蛋白的食物（如骨头汤、海带等）被认为有益于皮肤和关节的健康。
脂肪也是分子营养学中非常重要的一部分。
一些研究显示，不同类型的脂肪对心血管健康的影响并不相同。
饱和脂肪会增加胆固醇水平，增加心脏疾病和中风的风险，而多不饱和脂肪则有益于心血管健康。
此外，人体需要一定的脂肪来维持正常的生理功能，如维护细胞膜的健康和合成激素等。
维生素和矿物质是分子营养学中的另一个重要组成部分。
它们虽然只有微量的存在，但却是人体健康的重要组成部分。
例如，铁可以帮助红细胞携带氧气，而钙则是骨骼的重要组成成分。
除了营养素本身的作用，它们之间也存在一些相互作用。
例如，维生素C可以帮助身体吸收铁，从而提高铁的吸收率。
另外，一些食物中的化合物可以影响身体对营养素的吸收。
例如，茶多酚可以降低身体对铁的吸收，而维生素C则可以逆转这一影响。
从分子营养学的角度来看，食物并不只是简单的营养来源。
《分子营养学》课件
营养素与基因表达的关联研究
流行病学研究
流行病学研究表明，维生素和矿 物质摄入不足或过量与某些疾病 风险相关，这可能与基因表达的 改变有关。
临床试验
临床试验通过比较营养素干预前 后的基因表达谱变化，揭示营养 素对基因表达的影响。
动物模型和细胞培
养
这些研究有助于深入了解营养素 如何影响基因表达，以及这种影 响如何导致生理或病理变化。
生物分子对营养素吸收和代谢的影响
生物分子作为酶或载体参与营养素的吸收、转运和代谢过程，影响营养素的利用和效果 。
CHAPTER 03
营养素对基因表达的影响
基因表达调控机制
基因表达的启动
基因表达的启动涉及转录因子与DNA的结合，以及RNA聚合酶 的招募。
转录水平调控
营养素可以通过影响转录因子活性，调控特定基因的转录。
CHAPTER 04
营养素与细胞信号转导
细胞信号转导机制
01
细胞信号转导是细胞对外界刺 激作出反应的过程，通过信号 转导，细胞能够适应环境变化 并维持正常生理功能。
02
细胞信号转导主要涉及三个环 节：信号分子、受体和信号转 导途径。
03
信号分子是传递信息的物质， 受体是识别信号分子的跨膜蛋 白，信号转导途径则是信号传 递的通路。
研究慢性疾病的发病机制和预防措施
详细描述
探讨营养素与慢性疾病如心血管疾病、糖尿病和癌症等的发病机制，研究如何通过调整饮食习惯和生活方式来预 防慢性疾病的发生。
营养素在疾病治疗中的应用
总结词
研究营养素在疾病治疗中的作用
详细描述
研究营养素在疾病治疗中的应用，如抗氧化剂、维生素和矿物质等在癌症、心血管疾病和神经退行性 疾病等治疗中的作用，以及如何通过营养干预来提高治疗效果。
分子营养学
1908 年 Garrod AE 博士首先使用了“inborn error of metabolism”, 提出了基因－酶的概念(理论) 。 1948 年 Gibson 发现“recessive methemoglobinemia ” 是由于 依赖NADH 的高铁血红蛋白还原酶缺乏所致。 1952 年 Cori 证明葡萄糖-6-磷酸酶缺乏可导致“Von Gierke’s disease”。 1953 年 Jervis 的研究表明“phenylketonuria（PKU）” 的发 生是由于苯丙氨酸羧化酶缺乏所致。
营养与基因表达：
营养因素和遗传基因的相互作用是营养学研究的一个新的 热点。 从疾病预防的策略考虑，首先是要预防疾病基因得到表达。 通过较长时间努力，减少人群中疾病的特异性基因的存在。 目前，营养因素和基因的相互关系的研究还刚刚起步，从 长远的观点看，营养学可以为疾病控制作出贡献。
营养学的进展
★二十世纪末期研究热点：生物活性物质 ★二十一世纪分子营养学为又一研究热点
阶段二：从19世纪中叶到20世纪30-40年代 此阶段的主要成就是认识到了蛋白质、脂肪和碳 水化合物三大有机物是人体必需养分。大部分研 究集中在这三大养分及能量利用率上，并开始积 累有关矿物元素的资料。为发现和研究各种营养 素的鼎盛时期.
分子营养学
1. 分子营养学定义分子营养学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。
2. 分子营养学的主要研究内容(1)筛选和鉴定机体对营养素作出应答反应的基因。
(2)明确受膳食调控基因的功能。
(3)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。
(4)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。
⑸利用营养素修饰基因表达或基因结构。
⑹筛选和鉴定机体对营养素反应差异的基因多态性或变异。
⑺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。
⑻基因多态性对营养素需要量的影响。
（9）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。
（10）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。
（11）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。
（12）根据上述研究成果，制定膳食干预方案，个体化营养素需要量、特殊人群的特殊膳食指南及营养素供给量，营养相关疾病病人的特殊食疗配方等。
（13）构建转基因动物、开发转基因药物。
3.分子营养学的实际应用价值(1)制定个体化的营养需要量和供给量(2)个体化的疾病预测与预防(3)临床上对病人的饮食指导(4)开发治疗慢性病的药物(5)构建转基因动物，获得快速生长的动物，开发生物工程药物。
4.营养素可通过哪些环节在翻译水平的调控基因表达营养素可通过以下四个环节在翻译水平的调控基因表达：①对mRNA从细胞核迁移到细胞质过程的调节②对mRNA稳定性的调节③可溶性蛋白质因子的修饰④对特异性tRNA结合特异性氨基酸运输至mRNA过程的调节6.脂肪酸调节基因表达的主要途径(1)cell表面G蛋白偶联受体途径(2)间接途径(3)核受体途径7.营养素对基因表达的作用特点(1)一种营养素可调节多种基因的表达(2)一种营养素又受多种基因的调节(3)一种营养素不仅对其本身代谢途径所涉及的基因表达进行调控，还可影响其他营养素代谢途径所涉及的基因表达(4)营养素不仅可影响细胞增殖、分化及机体生长发育有关的基因表达，而且还可对致病基因的表达产生重要的调节作用。
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F ？ -COOH
AF-1
铰合部
配体依赖的RAR/RXR激活靶基因表达的过程
通常情况下，大部分靶基因处于休眠状态时均呈现紧密 的染色质的结构。要激活靶基因的表达，启动转录机制， RAR/RXR必须与紧密的染色质结构相抗衡。结合了配 体的RAR/RXR参与构成一个组蛋白复合体，包括辅助 激活因子、染色质变构因子和修饰因子，它们协同作用 使组蛋白可分别被乙酰化、甲基化、和磷酸化修饰，使 紧密的染色质结构被打开，引导RNA聚合酶II和普通转 录因子结合到启动子上。
RXR也包括RAR-α、RAR-β、RAR-r。它们每种也包括多种异构体
RXR的有效配体是9-顺式视黄酸 RAR的有效配体是全反式视黄酸和9-顺式视黄酸
视黄醇受体的结构
A/B域的主要功能是配体独立 的转录激活。 C区结构最保守，负责与 DNA的结合。 辅阻遏物的结合位点 具有促进配体结合及 转录激活等功能
维生素A对基因表达的调控
杜金城 141010896
目
2
1
维生素A的定义、分类及食物来源
代谢调控中相关概念的介绍
录
4 5 6
3
视黄酸受体和视黄醇受素A在体内相关功能的实现
致谢
维生素A的定义
维生素A：是指含有β-白芷酮环的多烯基结构，并具有视黄醇生物活性 的一大类物质。
配体依赖的RAR/RXR激活靶基因表达的过程
RAR/RXR与位于靶基因调节序列 的反应元件结合 结合了配体的 RAR/RXR,才能使 辅助激活因子、染 色质变构因子和修 饰因子发挥作用。 使组蛋白可分别被 乙酰化、甲基化、 和磷酸化修饰，使 紧密的染色质结构 被打开，引导RNA 聚合酶II和普通转 录因子结合到启动 子上。
A/B
2HN-
C DNA-结合
D
E 配体结合二聚作用AF-2 -COOH
AF-1
铰合部
视黄酸受体的结构
A/B域的主要功能是配体独立 的转录激活。 C区结构最保守，负责与 DNA的结合。 辅阻遏物的结合位点 具有促进配体结合及 转录激活等功能 功能还没有 被确定 A/B
2HN-
C DNA-结合
D
E 配体结合二聚作用AF-2
维生素A分类
分类：
视黄醇 维生素A 维生素A 维生素A原 视黄醛 视黄酸 统称视黄醇类
如类胡萝卜素
维生素A良好的食物来源和功能
维生素A良好的食物来源：各种动物的肝脏、鱼肝油、鱼卵、奶油、禽 蛋，深色蔬菜和水果，如菠萝、胡萝卜、芒果等。（注：补充维生素A 应保持“适度”原则） 维生素A的功能：促进生长、维持视觉、调节胚胎发育、调节细胞增殖 分化、抗炎症、促进上皮组织分化等功能。
DNA RA
CRABP-RA RAL
通过大肠进入血液
基因表达调节
CRBP-ROH
RBP-ROH
ROH
视黄酯
除了夜间视力外，维生素A的其他功能都是受视黄酸调节的
视黄醇和视黄酸受体的类型及有效配体
RAR-α RAR RAR-β RAR-r 包括α1和α2两种异构体 包括β1、β2、β3、β4四种异构体 包括r1 和r2两种异构体
生物学意义及实际应用
1.降低高血糖和高胰岛素血症：在对非胰岛素依赖性糖尿病模型小鼠 的研究中发现，RXR配体可以成功地降低高血糖和高胰岛素血症， RXR和PPARr配体联合使用可达到更好的治疗效果。
2、治疗高血脂：二甲苯庚酸是RXR-PPARa异源二聚体激活物，在临 床上可用于治疗高血脂。RXR配体和二甲苯庚酸在激活含有PPAR反 应元件的基因----脂酰辅酶A氧化酶。
1.通过上调基因来实现的功能
通过上调HOX基因，来促进胚胎发育。 通过上调TIG3，起到抑制肿瘤的作用。 通过上调小肠细胞粘附因子-1，来起到抗炎症的作用。
2.通过下调基因来实现功能
通过下调fos、myc、鸟氨酸脱酸酶、E7,来促进细胞的增值。
通过下调基质降解因子、胶原酶、92000Mr胶原酶，来抗炎症的作 用。
反式作用因子：是指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元 件核心序列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质。有时也称转录因 子。大多数真核转录调节因子由某一基因表达后，可通过另一基因 的特异的顺式作用元件相互作用，从而激活另一基因的转录。这种 调节蛋白称反式作用因子。
RAR和RAX 含维生素A的食物
3、可用于临床辅助治疗某些癌症和炎症，如治疗卡波氏肉瘤、痤疮等。 主要利用视黄醇类可以下调某些异常分化基因或炎症相关基因的表达。
谢谢
（注：本人才疏学浅，还请老师同学批评指正。）
受体：是一类存在于胞膜或胞内的，能与细胞外专一信号分子结合 进而激活细胞内一系列生物化学反应，使细胞对外界刺激产生相应 的效应的特殊蛋白质。 配体：同锚定蛋白结合的任何分子都称为配体。
代谢调控中相关概念的介绍
顺式作用元件：顺式作用元件(cis-acting element)存在于基因旁侧 序列中能影响基因表达的序列。顺式作用元件包括启动子、增强子、 调控序列和可诱导元件等，它们的作用是参与基因表达的调控。顺 式作用元件本身不编码任何蛋白质，仅仅提供一个作用位点，要与 反式作用因子相互作用而起作用。
代谢调控中相关概念的介绍
增强子(enhancer)：指增加同它连锁的基因转录频率的DNA序列。 增强子是通过启动子来增加转录的。
弱化子(attenuator)(衰减子）：指原核生物操纵子中能显著减弱甚 至终止转录作用的一段核苷酸序列，该区域能形成不同的二级结构， 利用原核微生物转录与翻译的偶联机制对转录进行调节。
RAR/RXR的磷酸化调节：受体及转录的 相关酶通过磷酸化和去磷酸化 来调节转录活性。
RAR和RAX 含维生素A的食物
DNA RA
CRABP-RA RAL
通过大肠进入血液
基因表达调节
CRBP-ROH
RBP-ROH
ROH
视黄酯
除了夜间视力外，维生素A的其他功能都是受视黄酸调节的
维生素A在体内生物功能的实现
与配体结合
转录起始复合物的形成
靶基因的表达
RAR和RAX转录调节的机制
典型的视黄酸反应元件（RARE）
RAREs 靶基因 RARβ 2 CYP26 由5bp、2bp或1bp间隔的同向重复序列 5-AGAGTTCACCGAAAGTTCACT-3 5-TTAGTTCACCCAAAGTTCATC-3 5-CAGGTTCACCTAAAGTTCAAG-3 5-TAAGGTGAAATGCAGGTCACA-3 5-AAACCTCAGGGGGAGGGGACA-3 5-GTAGGTCAAAAGGTCAGA-3 5-CCAGTTCACCAGGTCAGG-3 5-AGAGGTCACAGGTCACA-3
辅助激活子 SCR-1，CBP/P300， 无配体 ACTR,TRAP或DRIP
辅助抑制子 N-CoR或SMRT
RARE
转录 激活
RARE
转录 抑制
转录活性的影响因素
泛素-蛋白酶体系统对RAR/RXR转录活性的调节
① ② ③
泛素连接酶和蛋白酶体系统的一些成分能够与视黄醇类受体结合。 泛素连接酶可以与转录因子相互作用。 蛋白酶体的19S部分能够与转录激活因子结合并参与延伸过程。
DR5
Hoxa-1 Hoxd-4 HNF3a
DR2 DR1
mCRBP-I mCRABP-Ⅱ mCRBP-Ⅱ
受体 RXR RAR 配体 RXR RAR
受体
配体
AGGTCAnnnnnACGTCC RARE RAR-RXR异源二聚体
AGGTCAnnnnnAGGTCA RXRE RAR-RXR同源二聚体
配体