“昙花一现”的神秘之旅

摘 要：高中生物课本中提及了很多有重要功能的生物活性物质，这些物质在某些特定情况下存在，一旦发挥功能后就立即灭活。

关键词：生物活性物质；灭活；转化

一、生物活性物质的类型

体内的各种化学物质可以概括为三大类：结构物质、能源物质和活性物质或功能物质。结构物质是细胞及生物体的结构基础，能源物质是体内能量的贮存和直接使用的ATP等高能化合物的代谢前体，活性物质或功能物质担负各种代谢的催化、调节、信息传递等多种功能。

活性物质与结构物质相比，其半衰期短，代谢速度快。因此，在不同生理条件、不同组织及发育的不同阶段可以灵活地进行新陈代谢的调节和转向；同时当生理条件与环境要求改变时，原有的活性物质必须快速灭活或转化失活，降低原有活性物质的浓度或被新产生的活性物质取代。

1.功能蛋白和酶的水解

（1）功能蛋白

①血红蛋白

细胞内的功能蛋白会以一定的速率进行更新，如，红细胞。红细胞的平均寿命是120天左右，红细胞经巨噬细胞吞噬，细胞膜破裂释放出血红蛋白，血红蛋白降解为珠蛋白和血红素，其中珠蛋白经水解产生氨基酸，而血红素则在肝脏内经代谢转化产生各种胆色素，最终以结合胆红素的形式进入小肠。

②抗体

抗体是机体的免疫系统在抗原刺激下，由B淋巴细胞或记忆细胞增殖分化成的浆细胞所产生的、可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白，主要分布在血清中，也分布于组织液及外分泌液（如，乳汁）中。抗体的产生依赖于接受抗原刺激，故免疫应答可经过一定时间后逐渐消失。根据结构的不同，抗体可分为5种亚型，分别为IgG、IgM、IgA，、IgD、IgE。各亚型抗体功能不尽相同，导致在体内的代谢过程也不一样，其中IgG的半衰期最长、分解率最低，IgD、IgE半衰期最短，只有3天。

（2）酶

细胞内各种酶的含量取决于酶的合成（结构基因的表达）和酶的降解（水解）的平衡。酶的合成和降解可以调节细胞内酶的含量和种类，从而调节细胞代谢的强度和对细胞信息物质进行响应。分布于肝细胞微粒体和胞液中的醇脱氢酶（ADH）和醛脱氢酶（ALDH），均以NAD+为辅酶，可催化醇类氧化成醛，醛类氧化成酸。

醇脱氢酶（ADH）和醛脱氢酶（ALDH）在人类中存在多态性（同工酶）。ADH为二聚体，有3种亚基α、β、γ，成人主要是β二聚体，多数白种人是活性较低的β1β1，90%的黄种人是活性较高的β2β2，加之白种人ALDH活性较高，而黄种人约50%的ALDH活性较低，因此，黄种人饮酒后能快速生成乙醛，约一半的黄种人乙醛氧化速度较慢，导致黄种人饮酒后乙醛浓度升高。显然，黄种人与白种人在同等条件下更容易导致酒精中毒。

2.细胞信息物质的灭活与转化

细胞信息物质的功能是传递信息，它既不是结构物质又不是能源物质。这类物质包括细胞间信息物质、细胞内信息物质和细胞产生的有活性的代谢终产物（如，氨、胆红素等）。

（1）激素

激素是内分泌器官或细胞产生的能对生物体进行调节的微量化学物质。例如，在危机情况下，肾上腺素分泌，促使心率加快，血压升高，皮肤血管收缩，糖原分解加速，糖异生作用加强，以促使带有大量能源物质的血液进入肌肉，肌肉以更强的收缩运动能力应对危机情况；当危机情况解除后，肾上腺素必须快速地被转化灭活，否则身体将由于能量的大量消耗而处于高度疲惫状态，而且心脏等器官长期处于高强度工作，容易导致心力衰竭以致死亡。

激素类信息传递物质通常会引起级联放大效应，它们是新陈代谢强有力的调节物质，能在较短的时间范围内大幅度地改变新陈代谢的走向和强度，同时也正因为它的级联放大效应，如果调节不当，将对生物体产生不可估量的负面效应，因此，激素类信息传递物质是一把双刃剑，快速的灭活和转化是非常必须的。

（2）神经递质

神经递质是由神经末梢释放出来的小分子物质，是神经元与靶细胞之间的化学信使。如，乙酰胆碱。乙酰胆碱是由胆碱和乙酰辅酶A在胆碱乙酰移位酶（胆碱乙酰化酶）的催化作用下合成的。由于该酶存在于胞浆中，因此，乙酰胆碱在胞浆中合成，合成后由小泡摄取并贮存起来。

进入突触间隙的乙酰胆碱作用于突触后膜发挥生理作用后（乙酰胆碱可引起受体膜产生动作电位），就被胆碱酯酶水解成胆碱和乙酸，这样乙酰胆碱就被破坏。然后去甲肾上腺素进入突触间隙并发挥生理作用后，一部分被血液循环带走，再在肝中被破坏失活；另一部分在效应细胞内由儿茶酚胺内由儿茶酚胺位甲基移位酶和单胺氧化酶的作用而被破坏失活；但大部分是由突触前膜将去甲肾上腺素再摄取，回收到突触前膜处的轴浆内并重新加以利用。

3.核酸的降解

核酸是遗传信息的载体，多数生物体的遗传物质是DNA，少数是RNA（如，RNA病毒）。与转录产生的mRNA分子相比，作为遗传信息载体的DNA很稳定，相对代谢更新速度缓慢，通常只在细胞分裂前进行复制合成，而分解代谢主要局限在凋亡细胞、破裂死亡细胞、通过细胞吸收的核酸类物质（食物吸收或细胞吸收）、个别无核细胞（如，成熟红细胞的形成过程中）。但是结构基因表达的中间信息传递体mRNA分子半衰期很短，是活跃的核酸类代谢物质，它们被快速地合成和降解，从而调节细胞中各种蛋白质和酶的含量和种类，进而调节细胞的新陈代谢。核酸的降解包括核酸水解为它们的组成单位核苷酸和核苷酸的分解转化。

其中核苷酸的分解转化主要是指嘧啶和嘌呤化合物的转化。嘌呤的代谢会产生具有生物活性的尿酸，尿酸有一定的抗氧化作用，尿酸可通过尿液排泄，尿酸积累会导致尿酸盐结晶沉淀而致痛风。

二、生物转化的特点

1.代谢反应连续性

物质的生物转化往往需要经过几种连续反应，产生几种产物。如，乙酰水杨酸，先被水解成水杨酸，然后与葡萄糖醛酸或甘氨酸结合，分别生成葡萄糖醛酸苷和甘氨酰水杨酸。

2.反应类型多样性

同一种物质可发生多种反应。如，苯甲酸，既可与甘氨酸结合生成马尿酸，又可与葡萄糖醛酸结合生成苯甲酰葡萄糖醛酸苷。

3.解毒和致毒的双重性

一种物质通过肝脏转化后，其毒性大部分会变小，但个别也可增强。一些致癌物质最初本无致癌活性，但通过生物转化后则成为致癌物。

三、生物活性物质的应用

生物活性物质大多用于药物研发，引发即时效应后立即灭活。而很多药物也是通过它的生物活性发挥作用的，另外，从体外吸收的一些食品添加剂（如，防腐剂、食品色素、一些调味剂）和有毒化学物质（如，毒物、化学致癌剂）通常都具有生物活性，从而能影响细胞的代谢状况，它们也属于特殊的细胞信息物质。肝脏是细胞信息物质进行生物转化的主要器官。通过生物转化，这些非营养性物质分子结构和性质改变，原有活性丧失或改变，极性增强，水溶性增加，易于排出。但是有少量的非营养性物质经生物转化后水溶性反而降低，活性或毒性增强，对机体不利。生物转化是对具有活性的细胞信息物质的转化，是调节细胞新陈代谢强度与方向的重要手段。

（作者单位 陕西省西安市黄河中学）

编辑 张珍珍

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