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
基因的概念
编辑一种或几种蛋白质或RNA的DNA序 列片段，称为基因。 真核生物基因的结构特点：
（1）大多为不连续基因； （2）基因家族与基因簇（来源相同、结构相似、 功能相关的基因）； （3）串联重复基因
真核生物基因表达调控
DNA水平上的调控（基因拷贝数和重排） 转录水平上的调控（转录与否，转录后 的mRNA的剪切、重新连接，以及运输） 翻译水平上的调控 转录水平上的调控是最主要的调控
基因表达的特点
时序性 组织特异性 对内外环境的适应性
营养调控基因表达的作用方式
直接或作为辅助因子催化体内的反应 构成大分子的底物 作为信号分子 改变大分子的结构 维持细胞内的结构、功能的完整性 导致转录和翻译上的变化
质量性状与数量性状
生物界中属于间断型变数的性状称为质 量性状，在遗传学中，多为单个基因控 制，而属于连续型变数的性状称为数量 性状，在遗传中多由多个微效基因控制。 数量性状与质量性状的区别与联系
C、 PUFA调节基因表达的机制：PUFA-PPAR （ 核受体转录因子）依赖性的调节机制；PPAR非依 赖性或PUFA特异性的调节机制
研究动态
日粮蛋白质与氨基酸水平调控基因表达
☆低蛋白质日粮对大鼠下丘脑NPY基因表达的影响
A、低蛋白质显著提高下丘脑中NPY mRNA的含 量（White等，1994） B、机制不清楚
研究动态
▲CHOP编码一个小核蛋白，属于C/EBP转录 因子家族 ▲Nuclear run-on （同位素原位杂交）试验证明： 在亮氨酸限制后4小时，CHOP基因的转录速率 大大增加（21倍），而核糖体s26基因的转录速 率保持不变 ▲在亮氨酸限制细胞，CHOP mRNA的半衰期 比对照细胞增加了3倍（见图1） ▲亮氨酸缺乏所调节的CHOP转录是通过核苷 酸序列位于-954至-91位的启动子序列实现的
动物分子营养学
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。
生命科学史论文 分子营养学综述
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
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。
分子营养学研究进展
分子营养学研究进展摘要：随着分子生物学技术的不断发展，越来越多与代谢有关的动物基因被克隆和鉴定，人们对营养与基因调控的关系越来越感兴趣。
营养与动物基因表达调控的研究已成为当今动物营养学研究的一个热点领域。
营养与基因表达的关系是营养素摄入影响DNA复制和改变染色体结构，二者又共同调控基因表达，即调控基因转录、翻译，决定基因产物，从而维持细胞分化、适应与生长。
研究表明，主要的营养物质如糖、脂肪酸、氨基酸以及一些微量元素对动物体内许多基因的表达都有影响。
关键词：基因营养素调控分子生物学1.分子营养学的概念分子营养学主要是研究营养素与基因之间的相互作用，是在分子水平上研究营养学的一门学科。
一方面研究营养素对基因表达的调控作用；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，为促进健康，预防和控制营养缺乏病、营养相关疾病和先天代谢性缺陷提供真实、可靠的科学依据。
2.分子营养学的研究内容①营养素对基因表达的调控作用及调节机制，从而对营养素的生理功能进行更全面、更深入的认识；利用基因表达的营养调控改变机体代谢，从而利用营养素促进对健康有益基因的表达，抑制对健康有害基因的表达；②遗传多态性对营养素消化、吸收、分布、代谢和排泄的影响，导致营养素需要量存在个体差异的遗传学基础；③代谢性和营养性疾病的分子遗传学基础，营养素与基因相互作用导致营养缺乏病、营养相关疾病和先天代谢性缺陷的机制及饲料营养干预研究；④现代分子生物学技术在营养学中的应用。
2.1营养素对基因表达的调控作用及调节机制：绝大多数营养素对基因表达的调节发生在转录水平上。
基因转录是由RNA聚合酶催化完成的,转录水平的调控实质就是对RNA聚合酶活性的调节。
分子营养学与健康饮食的研究
分子营养学与健康饮食的研究饮食习惯是影响人们健康的重要因素之一，过去的研究主要集中在营养素的作用和摄入量的控制上。
然而现代的健康饮食研究已经转向了营养与基因、代谢、免疫和肠道微生物组之间的关系。
而这些变化就是通过分子营养学来研究的。
分子营养学是“将分子生物学、基因组学、蛋白质组学和代谢组学等现代生物学技术应用于人类营养学和食品科学领域中的新兴研究领域”。
简单说就是研究食物分子和身体分子之间的相互作用，以及如何通过饮食来控制身体化学反应、代谢过程和疾病的发展。
一些早期的分子营养学研究已经形成了基础理论，例如对于食品成分（油脂、蛋白质和碳水化合物）会如何影响肥胖和糖尿病等慢性病的研究。
而现在的研究更多关注于微量营养素、非营养素和肠道微生物这些相关的因素对于健康的影响作用。
微量营养素包括维生素、矿物质和非必需营养素，例如抗氧化剂和多酚。
这些化合物对于人身体的健康和生存至关重要，它们可以调节基因表达、细胞信号传导和炎症反应，而身体的缺乏则会导致一系列疾病。
因此，研究人员一直在努力探索如何通过饮食来提高微量营养素的摄入，以及如何通过微量营养素的作用来预防和治疗疾病。
此外，非营养素的影响也不容忽视。
非营养素是指不含营养素但对身体健康仍有一定影响的食品成分，例如非淀粉质多糖、膳食纤维和多酚等。
这些化合物可以促进肠道的微生物群落生长，调节免疫系统和肠道屏障功能，并对炎症和肠癌等疾病产生作用。
最后，肠道微生物组是另一个被广泛研究的研究领域。
肠道微生物组是指人体内生物群落的一部分，包括细菌、真菌和病毒等微生物，它们对于身体健康有很大的影响。
肠道微生物群落的改变可以影响免疫系统和代谢过程，从而导致疾病的发生。
因此，如何通过饮食来调节肠道微生物组的分布已经成为健康饮食研究的一个重要方向。
综上所述，分子营养学是一个新兴而且十分重要的研究领域，它的出现推动了健康饮食的研究进程。
通过对于食物分子和身体分子之间的相互作用的深度研究，我们有望找到一些既简单又实用的控制和预防疾病的方法，并能为人类健康带来一个更为美好的未来。
分子营养学 绪论
分子病毒学 分子生理学 分子考古学
分子数量遗传学 分子生态学 分子进化学 分子免疫学 …………….
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 的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。
➢ 在过去，对营养素功能的认识一直停留在生物化学、 酶学、内分泌学、生理学和细胞学水平上。虽已认 识到营养素可调控细胞的功能，但认为主要是通过 调节激素的分泌和激素信号的传递而实现的。
例：1985年，共有相关研究论文144篇；1986年，共有相关研 究论文162篇。
其代表性论文是“高碳水化合物膳食对糖代谢相关基因（醛 缩酶B基因，aldolase B和L-丙酮酸激酶）表达的影响”；
“高碳水化合物膳食，禁食、进食对肝脏脂 类合成基因（spot14、fas）表达的影响”。
所采用的实验方法：Western Blot、Northern Blot。
分子营养学快速发展阶段(1990-2000年)
（1）PCR技术的出现：1983年，Mullis第一次提出PCR的概念， 并做了第一个PCR实验。 1985年，在science发表文章（Saiki）， 并申请了专利（Mullis）。 1988年，第一台PCR仪问世。标志着营 养基因组学进入快速发展阶段。
根据Pubmed检索，2000-2015年分子营养学领 域发表研究论文约50万篇
分子营养学鼎盛阶段（2000年—）
2001年以后，营养基因组学（nutrigenomics）这个名词在 国外的重要学术期刊上频频出现。正是在这种大的背景条件下， 分子营养学研究又进入了一个新的黄金时期。美国的Nancy Fogg-Johnson博士坚定地认为，“如果将营养学未来的发展方 向总结成一句话，那就是营养基因组学，是营养学研究的下一个 浪潮，并且该领域的研究将使普通百姓对营养与膳食的认识产生 革命性的变化”。
食品营养与健康 分子营养学
7
5. 实际应用价值
制定个体化的营养素需要量和推荐摄入量
不同的基因型制定“个体化”的营养素需要量和推荐量
个体化的疾病预测与预防
分子营养学基础
分子营养学基础
一、分子营养学概述
1.基本概念 2.研究对象 4.研究方法 5. 应用价值
二、营养素对基因表达关系*
3.研究内容
1.概念 2.对基因表达的调控机制 3.调节途径
4.实例分析 （蛋白质、脂肪酸、碳水化合物、 维生素D和铁）
三、营养素对基因组结构和稳定性的影响
四、基因多态性对营养素代谢的影响*
多肽类的羊奶等）
高锌饲料 通过MT启动子与生长激素基因重组—速成猪等
启动子
（金属硫蛋白）
胰岛素基因
锌调控
人体（表达胰岛素，治疗糖尿病） 高锌膳食
通过MT启动子与胰岛素基因重组－治疗糖尿病 9
二、营养素－基因表达调控关系*
1. 概念
4万基因，同时表达 约占10-15％。
基因表达 按基因组（genome）中特定的结构基因上所带的遗
膳食干预 个体化的营养素需要 特殊人群的指南和供给量 病人特殊食疗配方
转基因动物、基因治疗和植物化学物治疗（以营养素为母体）
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4. 研究方法
基因组学方法 蛋白质组学方法
表观遗传学方法 基因多态性方法
基因组提取、基因克隆、 mRNA差显、 基因芯片、基因敲除、转基因、RNA干 扰和生物信息等
双向凝胶电泳、荧光差异凝胶电泳、 多维色谱-质谱、蛋白质芯片、酵母双 杂交系统、噬菌体展示、核素标记亲 和标签等
1.维生素D受体 2.亚甲基四氢叶酸还原酶
《营养学》第十九章 分子营养学专(Molecular Nutrition)
HDL的产生缺陷，HDLCh和apo A1水平降低。
营养素在短时间内不能改变这种遗传学命运，但可通过营养素 修饰这些基因的表达，从而改变这些遗传学命运出现的时间进程。 (一)基因表达的概念和基因表达调控的基本理论 1.基因表达的概念：所谓基因表达，是指按基因组中特定的结构基 因上所携带的遗传信息，经转录、翻译等一系列过程，指导合成特定 氨基酸序列的蛋白质而发挥特定生物功能的过程。
第十九章 分子营养学
Molecular Nutrition
一、分子营养学概述
(一)分子营养学定义
分子营养学(molecular nutrition)主要是研究营养素与基 因之间的相互作用及其对机体健康影响的规律和机制。一方面研 究营养素对基因表达的调控作用、对基因结构与稳定性的影响和 对机体状况的影响；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、供给量标准
3.营养素对基因表达的调控途径：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激活基因表达，或直接激 活基因表达。
2.基因表达调控的基本理论：真核基因表达的调控也是在多阶段水平 来实现的，即大致可分为转录前、转录、转录后、翻译和翻译后等5 个水平。 ⑴转录前调控：是指发生在基因组水平上基因结构的改变。这种调 控方式较稳定持久，甚至有些是不可逆的，主要由机体发育过程中的 体细胞分化来决定。其调控方式主要包括：基因丢失、基因扩增、基 因重排、甲基化修饰及染色体结构改变等。
《分子营养学》PPT课件
基 因 重 排
甲 基 化 修 饰
反 顺式 式调
整
戴加 帽尾 注 ：： 册 甲mRNA 基前
成 肽
肽 链 延 长
循 环 一 次
切 除 信 号 肽
磷 酸 化
糖 基 化
乙 酰 化
化体
启增沉 动强寂 子子子
去 鳞 酸 化
磷 酸 化
糖 基 化
形 de 成3’-OH 帽添 子加 结100~200
构polyA9
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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（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。
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二、分子营养学的研究对象
1.与营养相关的基因结构及其相关的DNA 和染色体结构。
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2.酪氨酸酶
致病机理:
酪氨酸----(酪氨酸酶)----多巴----多巴氧化----多巴醌 ----黑色素
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植物来源的酶抑制剂-酪氨酸 酶抑制剂
杜鹃科植物熊果
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植物来源的酶抑制剂-酪氨酸酶抑 制剂
蒽醌
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植物来源的酶抑制剂-酪氨酸酶抑 制剂
黄酮
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受体靶标筛选功能因子
受体---细胞膜/细胞内大分子(糖蛋白/脂蛋白)
受体功能:
▪ 特异性识别和结合细胞外信息分子(配体)-----环 腺苷酸载体---信息分子---传送---细胞内---细 胞效应
信息分子(化学信使):
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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。
8.类维生素A受体作用机制（RARs/RXRs）第一步，类VA受体与位于靶基因调节序列的反应元件结合。
第二步，胚体结合，辅助激活因子掺入和染色质解链。
第三步，转录前起始复合物的形成.9.铁浓度变化对基因表达的调节机制在铁缺乏的情况下，铁结合蛋白（IRP）就会结合到DMT1（+IRE）和TfR1 mRNA的3′非翻译区的IRE上，以保护mRNA，防止核糖核苷酸酶降解，从而使mRNA的稳定性增强、增加由mRNA翻译成蛋白质的数量，即DMT1（+IRE）和TfR1数量增加，小肠吸收上皮细胞对食物中的铁的吸收的增加，外周组织需铁细胞对铁的摄入增加。
在铁充足的情况下，由于IRP形成铁硫簇结构，失去了与IRE结合的能力，因此IRP就会从DMT1（+IRE）和TfR1mRNA上离开，mRNA就会被核糖核苷酸酶降解，从而降低了mRNA的翻译，降低了DMT1（+IRE）和TfR1的合成，最终降低了机体对铁吸收和细胞对铁的摄入。
10.天冬酰胺合成酶基因受哪种营养素在什么水平上的调控天冬酰胺合成酶（AS）催化天冬酰胺的合成并催化天冬氨酸、ATP和谷氨酰胺合成谷氨酸。
天冬酰胺合成酶基因受氨基酸在转录水平上的调控。
ASNS基因是AAR 和ERSR通路的共同靶基因。
12.葡萄糖调节基因表达的基本过程13.PPAR的生理性和药理性配体（1）PPAR的生理性配体：①脂肪酸②脂肪酸的衍生物：白三烯，前列腺素，9-羟和13-羟十八碳二烯酸（2）PPAR的药理性配体：①降血脂药物：贝特类②胰岛素增敏剂：匹格列酮、吡罗格列、酮格列酮14.氨基酸在翻译水平对基因表达调控与什么有关（1）真核生物起始因子2（eIF2）的磷酸化（2）mTOR对eIF4E结合蛋白-1、eIF4G磷酸化的调控作用①eIF4E结合蛋白-1（4E-BP1）的磷酸化②eIF4G的磷酸化15.代谢程序化理论的主要内容形成：既在生命早期的关键时期，机体有能力通过细胞、分子、生化水平的适应对环境刺激做出反应，这种对应激或刺激的适应将持续改变机体的生理和代谢，即使撤消这些刺激或应激，影响持续存在，并影响成年后一些慢性疾病的发生，发展和疾病严重的程度。
三方面的证据：来自人类流行病学资料来自动物实验基于目前的知识我们所能认识到的生物方面的可能性17.什么是锌指结构指的是能够特异性的核酸位点结合能够调控其生理功能的蛋白质片段，由半胱氨酸和/或组氨酸组成，通过锌离子形成的四面体结构。
18.锌指结构的主要类型有哪些？根据半胱氨酸和组氨酸组成不同可分为Cys4(4个半胱氨酸)、Cys2His2（2个半胱氨酸和2个组氨酸）、Cys3His1（3个半胱氨酸和1个组氨酸）三种类型19.基因多态性的概念当碱基突变发生在基因序列时，可产生一个基因的一种以上不同的形式（又称一个基因的不同基因型），且在人群中的发生率超过1%，这种情况称为基因多态性。
16.叶酸对基因组结构和稳定性的影响20.酵母体内氨基酸对基因表达调控的主要途径⑴ 特异性调控亮氨酸缺乏α—异丙基苹果酸堆积α—异丙基苹果酸—Leu3pLeu1、Leu2、Leu4基因转录⑵一般调控途径氨基酸 氨基酸 氨基酸缺乏游离tRNA 堆积TOR 途径 SPS 复合物GCN2eIF —2α磷酸化蛋白质合成 基因表达 GCN421.核受体的结构特点核受体是细胞内的转录因子，与亲脂分子作用后直接调节靶基因的表达，影响生殖，发育和一般代谢等多种生理过程。
NH2COOH⑴N—末端结构域又称为调节区、高可变区，具有与配体无关的转录激活功能（AF —1）。
⑵中间为DNA 结合结构域（DBD），含有两个高度保守的锌指结构，作用于靶基因启动子特异的DNA序列——反应原件⑶一个铰链区⑷一个大的C—末端区，具有配体结合区、发生二聚化反应的接触面和配体有关的激活功能（AF—2）。
22.在翻译后水平对基因表达调控有哪些方式⑴去除N-甲酰基或N-蛋氨酸⑵个别氨基酸的修饰⑶亚基聚合⑷辅基连接⑸水解修饰⑹分泌性蛋白23.指出钙、硒、叶酸的生理活性形势钙：离子钙；硒：硒蛋白；叶酸：四氢叶酸24.激素在碳水化合物诱导L-PK基因表达中的作用胰岛素和胰高血糖素是参与碳水化合物调控基因表达的主要激素。
（1）胰岛素在碳水化合物调控脂质生成酶基因表达中起重要作用。
给予胰岛素可增加转录因子——固醇调节元件结合蛋白1ｃ的表达，后者可结合到Ｓ１４基因的启动子区（－139～－131）调控其转录。
而胰岛素在碳水化合物刺激Ｌ—ＰＫ基因表达中只起辅助作用。
一方面，果糖不需要胰岛素即可克服ｃＡＭＰ介导的胰高血糖素的抑制作用，诱导肝脏Ｌ—ＰＫ基因表达。
另一方面，仅有胰岛素不足以诱导正常动物肝脏Ｌ—ＰＫ基因表达，尚需其他转录因子的参与。
（2）胰高血糖素通过第二信使ｃＡＭＰ激活蛋白激酶Ａ，磷酸化碳水化合物反应元件结合蛋白等转录因子和显著降低ｍＲＮＡ的稳定性，抑制葡萄糖分解和脂肪合成酶基因的转录。
25.硒对硒蛋白基因表达调控主要表现在哪些方面⑴硒对硒蛋白翻译水平的调控⑵硒对硒蛋白mRNA稳定性的影响⑶缺硒可通过mRNA的无意义密码介导衰变影响硒蛋白的表达⑷缺硒对各种硒蛋白合成影响的先后次序不同。
26.营养素与基因相互作用的模式及在疾病发生中的作用模型A：基因型决定了某种营养素是危险因素，然后该种营养素才导致疾病模型B:营养素可直接导致疾病，基因型不直接导致疾病，但可在营养素导致疾病过程中起促进或加重作用模型C:基因型可直接导致疾病，营养素不直接导致疾病，但可在营养素导致疾病过程中起促进或加重作用模型D:营养素与基因型相互作用，共同导致疾病，而且二者均是导致疾病危险性升高所必需的模型E:营养素和基因型均可单独影响疾病的危险性，若二者同时存在，可明显增加疾病危险性（与单一因素存在相比）27.举例说明基因多态性对营养素吸收代谢的营养例1：载脂蛋白C（apoC）基因多态性对脂类代谢的影响apoC II缺乏症表现为I型高脂蛋白血症，各型高脂血症，尤其是高甘油三酯血症患者，血症中apoCIII含量均明显高于正常人。
apoCIII基因Sst—I 3.2kb片段不仅在高甘油三酯血症和高胆固醇血症患者中具有较高的频率，而且在心肌梗塞患者中出现的频率也较高。
在IIb，IV型及V型高脂蛋白血症者，尽管血浆中的apoCI、apoCII、apoCE也有不同程度的升高，但apoCIII含量的改变非常显著，常高于正常血脂者2—5倍。
心肌梗塞患者的apoCIII基因Sst—1 3.2kb片段出现的频率显著高于正常人，但血浆HDL 水平并不明显低于正常人。
Apo AI、apoCIII基因可能还存在其他位点多态性，导致HDL中蛋白质结构的异常及HDL代谢的紊乱，继而促进动脉粥样硬化的发生。
例2：apoB基因多态性对脂类代谢的影响1、apoB基因的RFLP与血脂水平以及动脉粥样硬化的易患性之间有着较为密切的关系。
2、apoB100信号肽插入/缺失基因可能影响血浆脂质水平，并与冠心病相关。
3、apoB基因的某些无义突变或移码突变可导致家族性低密度脂蛋白血症。
4、家族性高胆固醇血症的患者可发生家族性apoB100变异。
例3：apoAⅣ基因多态性对脂类代谢的影响(不全)1、apoAⅣ由肝和小肠合成，其中小肠合成的apoAⅣ占有非常重要的地位，并受血浆中甘油三酯和胆固醇浓度的调节，而人类肝脏分泌的apoAⅣ十分有限。
2、apoAⅣ也具有与脂质（主要是磷脂）结合的特性，但由于其结构上的特点，表现出与众不同的低亲脂性。
例4：apoE基因多态性对脂类代谢的影响①血浆胆固醇60%的变异由遗传因素决定，而其中的14%来自apoE的多态性。
来自不同国家、不同人群的大量研究发现，在血脂正常的人群中，血浆胆固醇浓度由高到低的顺序是E4/4、E4/3、E4/2、E3/3、E3/2、E2/2，甘油三酯浓度的顺序是E2/2、E2/3、E3/4、E2/4、E4/4、E3/3，而E4/4的HDL浓度低于E3/3。
②apoE不同等位基因型对低胆固醇膳食的反应也不相同。
由高脂膳食向低脂膳食转变过程中，携带有apoE4等位基因的受试者血清总胆固醇和LDL—C 明显减少，其减少程度比apoE3/基因型大得多。
例5：MTHFR基因多态性对叶酸代谢的影响①酶的三个相应表型，即Ala—Ala（野生型）、Ala—Val（杂合型）、Val—Val（突变纯合型）。