生化PBL

PBL教学模式 创设情景 提出问题 利用各种资源进行学习、资料收集 讨论交流 资料整合 汇报学习成果、录入资源库 总结 小组 (设计案例) (相关的生化问题) 小组 利用各种资源进行学习、资料收集 讨论交流 资料整合 汇报学习成果、录入资源库 总结

教学内容设计： 我们选择了“分子结构式多、代谢途径多、概念多、内容抽象庞杂、枯燥无味而又深奥难懂”的代谢篇，即“糖代谢、脂类代谢、生物氧化、物质代谢的相互联系及其代谢调控”作为我们的PBL教学内容，共计20学时，占课程内容的30％。

生化PBL 丙酮酸脱氢酶复合体（PDH）的先天缺陷

具体案例: 一个三岁女孩，父母为近亲结婚，她唯一的姐妹在幼儿期死亡，出生后就一直为她治疗广泛的神经性疾病。 患儿的身高和体重正常，但她的头围（45cm）属于小颅范围。体检发现患儿严重的视神经萎缩，可能是盲人，但由于她非常有限的语言（大约20个字），难于作出精确的判断。患儿反射过强和极度过敏，步态共济失调严重，肌张力过弱。 血液检查结果如下: 血乳酸、丙酮酸和柠檬酸浓度↑ (盐酸硫胺素或烟酰胺治疗后) 血浆丙氨酸、-酮戊二酸、异亮氨酸和缬氨酸的浓度↑ 血清CO2含量＜20mmol/L(每天给4.4gNaHCO3治疗后)

生化问题

基本问题: 1.丙酮酸脱氢酶复合体需要哪些辅酶？ 2.如果丙酮酸不能适当地转变为乙酰CoA，那么在组织中乙酰 CoA还有哪些其他的来源？ 3.如何解释丙氨酸从尿中排泄增加？ 4.如何解释血清乳酸增加？

拓展性问题: 1.在丙酮酸脱氢酶复合体中有数种酶调节复合体的其他酶组 分，是否有可能在这些调节酶中检测出代谢错误？＊ 2.已知丙酮酸脱氢酶复合体含有数个不同的酶,如果缺陷存在 于复合体第一个酶(丙酮酸脱氢酶),怎样能够测出?＊ 3.如何解释血清碳酸氢盐浓度低？＊

病例讨论 一、诊断过程:患儿的病史、症状体征和血液检查结果为依据 二、推测病因,试作出诊断结果 三、还原病理过程 四、病程发展及各主要症状和实验室检测指标的分析

诊断过程: 初步推断为氧化性代谢缺陷 父母近亲结婚 妹妹幼儿期死亡 案例描述的线索 显著的神经性疾病 氧化性代谢缺陷的可能性最大 患儿受遗传性缺陷 所累的可能性较大 初步推断为氧化性代谢缺陷

诊断过程: 患儿头围小 案例描述的线索 视力、语言等障碍 大脑功能障碍 葡萄糖氧化性代谢缺陷 初步推断为糖代谢缺陷

诊断过程: 葡萄糖 丙酮酸 乙酰CoA 三羧酸循环 大脑主要利用葡萄糖有氧氧化供能。上述总路线上 糖酵解途径 丙酮酸脱氢酶复合体 葡萄糖 丙酮酸 乙酰CoA 三羧酸循环 大脑主要利用葡萄糖有氧氧化供能。上述总路线上 任何一点中断,都会使大脑丧失ATP,影响大脑功能。

诊断过程: 丙AA、-酮戊二酸 异亮AA、缬AA浓度↑ 实验室血液检测指标 乳酸、丙酮酸 柠檬酸浓度↑ ? ? CO2含量↓ 代谢性酸中毒 每天给4.4g NaHCO3治疗 给盐酸硫胺素 或给烟酰胺后 ? ? CO2含量↓ 代谢性酸中毒 初步推断为丙酮酸转变为乙酰CoA的通路中断

诊断结果: 根据以上的证据,表明该患儿的病因为丙酮酸脱氢酶(PDH)的先天缺陷。

还原病理过程: 葡萄糖 丙酮酸 × 乙酰CoA 三羧酸循环 ATP↓丙酮酸↑ 丙氨酸↑ ATP↓:大脑功能障碍 丙酮酸↑ 乳酸↑ 患儿头围小 糖酵解途径 PDH 葡萄糖 丙酮酸 × 乙酰CoA 三羧酸循环 ATP↓丙酮酸↑ 丙氨酸↑ 转氨基 ATP↓:大脑功能障碍 丙酮酸↑ 乳酸↑ 患儿头围小 显著性神经性疾病 血清乳酸含量↑→代谢性酸中毒 血清碳酸氢盐含量低

生化问题的讨论与分析: 一、基本问题 1.丙酮酸脱氢酶复合体需要哪些辅酶？ 2.如果丙酮酸不能适当地转变为乙酰CoA，那么在组织中乙酰 3.如何解释丙氨酸从尿中排泄增加？ 4.如何解释血清乳酸增加？

1.丙酮酸脱氢酶复合体需要哪些辅酶？ 丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶 E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶 HSCoA NAD+ 丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶 E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶 辅 酶 TPP 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+ S L

丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程 1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。 5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。

1. -羟乙基-TPP的生成 CO2 2.乙酰硫辛酰胺的生成 NADH+H+ 5. NADH+H+的生成 NAD+ CoASH 3.乙酰CoA的生成 4. 硫辛酰胺的生成

相关知识: 如果向患儿的成纤维细胞超声波破碎的成纤维细胞加入过 量的CoA-SH、NAD+、丙酮酸、或还原型和氧化型的硫辛酸，丙 酮酸脱氢酶的活性都没有增加，表明丙酮酸脱氢酶活性缺乏， 不是由于缺乏这些辅酶而产生。

2.如果丙酮酸不能适当地转变为乙酰CoA,在组织中乙 酰CoA还有哪些其它的来源？ B、脂酸 C、酮体 D、蛋白质 如果丙酮酸不能适当地转变为乙酰CoA,也即乙酰CoA不能 来源于葡萄糖氧化,在组织中乙酰CoA还可来源于脂酸和酮体 的氧化以及蛋白质的分解代谢。

3.如何解释丙氨酸从尿中排泄增加？ 4.如何解释血清乳酸增加？ 由于ATP的生成受丙酮酸转变为乙酰CoA的缺陷所害，糖酵 解可以继续进行，并且丙酮酸必然堆积。能将过剩的丙酮酸移 除的办法只有: 1.转变为乳酸 2.通过转氨基作用生成丙氨酸。 此病人因为血清含高浓度的乳酸，才产生代谢性酸中毒和 血清碳酸氢盐含量低，丙氨酸的生成也增高，因为血浆中含的 丙氨酸高于正常量。

生化问题的讨论与分析: 一、拓展问题 1.在丙酮酸脱氢酶复合体中有数种酶调节复合体的其他酶组 分，是否有可能在这些调节酶中检测出代谢错误？＊ 2.已知丙酮酸脱氢酶复合体含有数个不同的酶,如果缺陷存在 于复合体第一个酶(丙酮酸脱氢酶),怎样能够测出?＊ 3.如何解释血清碳酸氢盐浓度低？＊

1.在丙酮酸脱氢酶复合体中有数种酶调节复合体的其他酶组 分，是否有可能在这些调节酶中检测出代谢错误？＊ 例如:PDH磷酸酶缺乏：此酶是磷酸化的PDH复合体再活化 （脱磷酸）所必需。如缺乏此酶，病人血液中丙酮酸、乳酸 和丙氨酸的浓度都增高，并伴有严重的代谢性酸中毒。

PDH共价修饰调节

2.已知丙酮酸脱氢酶复合体含有数个不同的酶,如果缺陷存在 于复合体第一个酶(丙酮酸脱氢酶),怎样能够测出?＊ 经过广泛的研究证明，高铁氰离子与羟乙基硫胺素起反应，羟乙基硫胺 素是复合体内第一个酶作用下生成的中间产物，此酶以 TPP为辅酶。如用病 人取得的成纤维细胞，经超声破碎，以高铁氰离子作电子接受体检测 1-（14C）-丙酮酸转变为14CO2的效率，如观察到的数值仅仅在正常范围内， 表明第一个酶的活性以及它与 Mg2+、丙酮酸和焦磷酸硫胺素的相互作用实际 上都是正常的。 因此，该病人遭受的缺陷似乎是存在于复合体靠后的某个酶中。

PDH复合体中其它组分缺乏而引起的代谢错误： 一个酶发生，每一个错误都可以表现为疾病。 E3的缺乏：患此缺陷的儿童出生后极少能活到一年。患病期间的特点是 进行性神经变质和持续性代谢性酸中毒。血液检查显示丙酮酸、乳酸、丙氨 酸、-酮戊二酸、支链氨基酸及它们衍生的酮酸的浓度都比正常值高。 这些结果的生化解释是：PDH复合体E3缺乏，造成丙酮酸堆积，大部分 丙酮酸经过还原作用转变为乳酸，或者通过转氨基作用转变为丙氨酸。有些 谷氨酸也可以通过与丙酮酸发生转氨基作用，转变为-酮戊二酸。然而，因 为-酮戊二酸脱氢酶复合体也依赖E3，-酮戊二酸不能适当地转变为琥珀酰 CoA，因而也堆积。血中支链氨基酸的浓度可以高达正常的五倍。

3.如何解释血清碳酸氢盐浓度低？＊ 由于ATP的生成受丙酮酸转变为乙酰CoA的缺陷所害，糖酵 解可以继续进行，并且丙酮酸必然堆积。能将过剩的丙酮酸移 除的办法只有: 1.转变为乳酸 2.通过转氨基作用生成丙氨酸。 此病人因为血清含高浓度的乳酸，故产生代谢性酸中毒,使 得血清碳酸氢盐含量低。

谢谢!