复旦大学维生素与辅酶

维生素与辅酶,Vitamins and Coenzymes,1,维生素（Vitamins),维生素是一类有机化合物，天然食物中含量极少，对人体的生长、发育和健康必要，人体自身几乎不能合成，必须由饮食中摄取。参与人体生长发育及代谢所必需的一类微量有机物。最早分离的Vit B1是一种胺类化合物（硫胺素），称它们为生命胺Vitamine维他命，而许多维生素并非胺类，Vitamine Vitamin维生素。,2,Functions of Vitamin,维持人体正常代谢和机能所必须的一类低分子化合物，六大营养要素（糖、脂肪、蛋白质、盐类、维生素和水）之一，大多数必须从食物中获得，人体内基本不合成，少数由肠道细菌产生或由皮肤细胞转化。 非供能、也非组成生物体的结构成分，为代谢过程所必需，多作为辅酶或辅基，或影响酶的活性、或影响一些特殊的生理功能、影响代谢而影响正常生命活动和生长发育。严重缺乏时会引发疾病。,3,Enzyme-Coenzyme Interaction,4,Classification of Vitamins,都是小分子有机化合物，化学结构上没有共同性，包括：脂肪族、芳香族、脂肪环族、杂环及甾类化合物等，依据结构或功能无法对它们进行分类，习惯上根据它们的水溶性或脂溶性分为脂溶性维生素Lipid(fat)-soluble vitamins，如Vit A、Vit D、Vit E和Vit K等；水溶性维生素(Water-soluble vitamins)，如Vit B家族（B1、B2、烟酸及烟酰胺、B6、遍多酸、生物素、叶酸、B12等）和Vit C。,5,脂溶性维生素：A、D、E、K,水溶性维生素：B族维生素（B1、B2、B3、 B5、B6、B7、B11、B12） 维生素C,维生素的分类,6,Bogus Vitamins,Vitamin B4 adenineVitamin B10 identical with folic acidVitamin B11 （叶酸）Vitamin B15 pangamic acid（二甲基甘氨酸）Vitamin B13 orotic acid（6-尿嘧啶羧酸）Vitamin B17 laetrile（苦杏仁苷）Vitamin B19 wormsers secret formula（核黄素A）,7,8 Bs and a C,Thiamin 硫胺素，B1 (1926)Riboflavin 核黄素，B2 (1935)Niacin 烟酸 (1937)Pantothenic acid 泛酸、遍多酸，B3，B5 (1938)Biotin 生物素 (1936)Pyridoxine 吡哆醇，B6 (1938)Folate 叶酸，M，Bc (1946)Cyanocobalmin 氰钴胺素，B12 (1948)Vit C (1932),8,维生素的故事 I,维生素也称维他命，由波兰科学家丰克命名-“维持生命的营养素”。人体缺少维生素，会患各种疾病。人类对维生素的认识始于3000多年前，古埃及人发现夜盲症可以被一些食物治愈，唐代孙思邈用肝脏治夜盲症，用谷皮熬汤治脚气病，是人类对维生素最朦胧的认识。 1519年葡萄牙航海家麦哲伦率领的远洋船队从南美洲东岸向太平洋进发，三个月后，有的船员牙床破了，有的船员流鼻血，有的船员浑身无力，船到达目的地时，原来200多人只有35人活下来，人们对此找不出原因。,9,维生素的故事 II,1734年，开往格陵兰的海船上有一个船员得了严重的坏血病，其他船员只好把他抛弃在一个荒岛上。他醒后以野草充饥，坏血病竟不治而愈。此类坏血病曾夺去过几十万英国水手的生命。1747年英国海军军医林德总结了前人的经验，建议海军和远征船队的船员在远航时要多吃柠檬，从此未曾发生过坏血病。 1897年荷兰医生C. Eijkman证明米糠可治脚气病（获得诺贝尔奖）。 1906年英国的F. G. Hopkins发现大鼠喂饲纯化饲料（包括蛋白质、脂肪、糖类、和矿质）和水，不能存活；添加微量牛奶就能正常生长。牛奶中存在的营养辅助因素也就是维生素（获诺贝尔奖）。 1912年，丰克经千百次试验终于从米糠中提取出一种能够治疗脚气病的白色物质- “维持生命的营养素”，简称Vitamine。,10,维生素的发展简史 I,公元前3500年-古埃及人发现防治夜盲症的物质-维A；1600年-医生鼓励以多吃动物肝脏来治夜盲症-维A。1747年-苏格兰医生林德发现柠檬能治坏血病-维C。1831年-胡萝卜素维A前体被发现。1905年-甲状腺肿大被碘治愈甲状腺素。1911年-波兰化学家丰克为维生素命名。1915年-认为糙皮病是由于缺乏某种维生素而造成的。1916年-维生素B被分离出来。1917年-英国医生发现鱼肝油可治愈佝偻病-维D。1920年-发现人体可将胡萝卜转化为维生素A。,11,维生素的发展简史 II,1922年-维E被发现。1933年-维E首次用于治疗。1948年-大剂量维C用于治疗炎症。1949年-维B3与维C用于治疗精神分裂症。1954年-自由基与人体老化的关系被揭开。1957年-Q10多酶被发现。1969年-体内超级抗氧化酶被发现。1970年-维C被用于治疗感冒。1993年-哈佛大学发表维E与心脏病关系的研究结果。,12,脂溶性维生素A、D、E、K,13,维生素A和胡萝卜素（Carotene，维生素A源）,Vit A的化学名称是视黄醇retinol，是一个具脂环的单元醇，由四个异戊二烯单位组成，五个共轭双键。有A1和A2两种形式，前者主要存在于海水鱼肝脏内，后者存在于淡水鱼肝脏内，A1活性较A2为大。-胡萝卜素的结构与Vit A非常相似，1分子胡萝卜素可转化为2分子Vit A。Vit A易被氧化，遇热或光更易氧化。,14,维生素A1和维生素A2,维生素A1,维生素A2,15,维生素A1、前体及衍生物,16,VitA的主要功能,维持上皮细胞正常结构和功能；组成视色素；促进粘多糖合成及骨的形成和生长等。Vit A缺乏症包括：皮肤和各器官表皮角质化（蟾皮病）、眼角膜和结膜表皮细胞退变（干眼症，角膜软化症、夜盲症）。,17,NAD(P)H+H+,维生素A与暗适应,18,维生素的作用机理,缺乏导致上皮角质化，出现鳞状组织变形，最后发展为癌。由上皮细胞癌转变成的癌症几乎占所有癌症的一半，涉及皮肤、呼吸道、胃肠、肾、乳腺、子宫、前列腺等。增强体液与细胞免疫功能。阻止致癌物与DNA紧密结合，抑制肿瘤生长，修复损伤DNA，甚至逆转为正常细胞。维生素源胡萝卜素是抗氧化剂，可以消除自由基，防止自由基过氧化作用带来的危害。,19,维生素A与癌,维生素的摄入水平与癌症的发病率有关，维生素摄入水平高于平均消费量者比低者的肺癌的发病率要低。挪威的研究表明，体内血浆维生素水平与膀胱癌、胃肠道癌、乳腺癌之间呈现负相关。河南林县是个食管癌的高发区，该地区人群血浆维生素含量测定结果发现，80%左右的人缺乏维生素。动物实验证明，维生素A具有防癌作用。四十只鼠接触致癌物后，分成组，一组在食物中添加维生素A，另一组不添加，结果显示，维生素可明显降低癌症发生率。,20,维生素 D,类固醇化合物-环戊烷多氢菲结构，包括D2和D3两种活性形式，D2-麦角钙化甾醇ergocalciferol, calciferol，D3又称胆钙化甾醇（cholecalciferol），紫外线照射可使它们转变为相应的活化形式。主要作用：调节钙和磷的吸收及代谢，并促进成骨作用，具抗佝偻病rachitis和抗软骨病rickets的作用。鱼油、肝、蛋类等动物性食物。,21,维生素 D,22,VitD缺陷引起的佝偻病,23,VitD有减少患糖尿病的危险,芬兰对1966年出生的12000名儿童跟踪研究-服VitD孩子患糖尿病的机会减少了百分之八十。 在截止到1997年为止的这项跟踪调查发现，只有81名儿童被诊断患有糖尿病。 芬兰是全世界I型糖尿病发病率最高的国家，芬兰北部地区十二月份日照时间只有两个小时，而日照是人体自然获取维生素D的主要来源。 服用一定数量的维生素D对于芬兰人来说可能是很重要的，特别是新生儿。,24,维生素E生育酚,化学名称为生育酚tocopherol，H.M.Evans1922和他的同事饲养大白鼠，发现受孕雌鼠都有死胎并被吸收掉的现象，饲料中加入少量生菜、麦胚和干苜宿后即可正常生殖，后来提取纯化到Vit E，并实现了人工合成。天然存在的生育酚有8种以上，以型最重要，活力最高。Vit E均为苯骈二氢吡喃的衍生物。,25,维生素E：生育酚,26,维生素E的种类,8. 截塔1生育酚（1-tocopherol),27,VitE的药用及保健,防止流产；延缓细胞被氧化而老化，保持青春容姿； 供给体内氧气，使身体更有耐久力，减轻疲劳；与VitA一起作用，抵御大气污染，保护肺脏； 局部性外伤的外用药（可透过皮肤被吸收）和内服药，可防止留下疤痕，加速灼伤康复； 以利尿剂的作用来降低血压； 减轻腿抽筋和手足僵硬的状况； 降低患缺血性心脏病的机会。,28,VitE的功能,油状物，紫外及氧化剂可使其失活，无氧条件下耐热。因易氧化可用于保护其他物质不被氧化，常被用于保护脂质和Vit A不被氧化；保护生物膜，增加细胞对废气的抵抗力，使细胞免受损伤和癌变；对生育功能重要，临床用于防治流产及早产。,29,VitE与抗癌,Vit、硒及Vit的抗氧化能力并架齐驱，是人体对抗和消除自由基的有力武器，在保护细胞膜方面，Vit起着重要的作用。癌症患者的血硒水平仅为健康者的12%，硒水平最低人的危险性为健康者5-8倍；硒与V均低的人，其危险性为健康者的11倍。在防止与高脂肪膳食有关的癌症-如乳腺癌，Vit显示了它独特的作用，Vit水平最低的妇女患乳腺癌的危险为高维水平的倍，吸烟加上Vit水平低的人患肺癌的危险增大。Vit与Vit的协同作用，能更有效地阻止咸肉、香肠、火腿等食物中的亚硝酸盐在胃中形成致癌物亚硝胺。维作用于瘦肉部分，维作用于肥肉部分。,30,维生素 K,VitK有K1和K2两种（K3和K4为人工合成），都是2-甲基-1，4萘醌的衍生物。丹麦科学家H.Dam1929-1935在实验鸡群中发现，命名为血凝维生素。作用：凝血作用、抗出血不凝。加速血液凝固促进肝脏合成凝血酶原及凝血因子参与体内氧化-还原反应呼吸链的一部分，参与电子传递和氧化磷酸化。肝、鱼、肉、蔬菜等丰富，遇光易氧化。,31,VitK：凝血因子,32,VitK的治疗和保健功能,治疗肝炎。 调整消化道的活动，用于胃肠道蠕动功能不良及手术后肠蠕动无力而胀气的病人。 缓解平滑肌的痉挛 。 止痛 。 小儿支气管痉挛，治疗毛细支气管炎、支气管哮。小小咳嗽，它以增强某种抗生素的作用或是直接参与解痉、镇静，使咳嗽缓解。将Vit加到肿瘤细胞培养基中，肿瘤停止生长了，说明Vit在某种程序上会杀死癌细胞，比常规的化疗药更有效。,33,VitK与凝血,34,内源性触发凝血机制,外源性触发凝血机制,血浆因子XII,因子XII(a),接触,血浆因子XI,因子XI(a),血浆因子IXMW.55400,因子IX(a) MW. 46500,血浆因子X MW. 55000,因子X(a) MW. 40000,组织因子III+血浆因子VII+Ca2+,血浆因子X(a)、血浆因子V(a)组成凝血酶原酶,凝血酶原MW. 72000,凝血酶（MW. 38000）,血纤维蛋白原,血纤蛋白单体,血纤蛋白聚合体,血纤蛋白凝块,Ca2+,XII(a),血浆因子XIII,维生素K激活,35,双羟香豆素Dicumarol,抑制依赖维生素K合成的因子，临床上用作抗凝剂，可用来测量凝血因子受维生素K作用的位置。,36,37,辅酶及水溶性维生素,38,辅酶Q Coenzyme Q,辅酶Q10是一种辅酶，参与细胞线粒体呼吸链组成，与细胞能量代谢密切相关，是细胞代谢的激活剂，对人体具有重要的生理功能，能提高人机体的免疫力。对多种疾病如：坏血病、十二指肠溃疡、充血性心脏病、病毒性肝炎等有较强的治疗作用，具有抗肿瘤作用，可用于癌症辅助治疗。,39,辅酶Q：泛醌,40,硫辛酸(Thioctic Acid, Lipoic Acid),酵母和微生物等必需的生长因子，含硫的八碳酸，对于动物不能算是一个维生素，是一个辅酶，通过氧化还原作用参与生物体的递氢和递乙酰基的作用。以硫辛酸（酰胺）为辅酶的酶有：硫辛酸转乙酰酶、二氢硫辛酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶，与糖代谢关系密切。,41,硫辛酸酰胺,二氢硫辛酰胺,42,硫辛酸与氧化脱羧,43,族维生素,在镜子前伸出舌头，看看有无舌质紫红、舌裂、舌乳头肥大等，如果有，表示可能存在维生素缺乏。族维生素种类较多，包括叶酸、烟酸、1、2、6、12等等。,44,维生素B1(硫胺素，Thiamine)和TPP,R. R. Williams等于1936年测定结构，1937年实现人工合成。由一个含硫的噻唑环和一个含氨基的嘧啶环组成，故得名。体内以磷酸酯TP或焦磷酸酯TPP的形式存在。TPP是糖代谢中两个重要脱氢酶的辅酶，参与丙酮酸和-酮戊二酸氧化脱羧及醛基转移反应，对维持正常糖代谢极其重要。,45,Thiamine,Vitamin B1：anti-beriberi vitamin、antineuritic factorwas the first water soluble vitamin discovered .,嘧啶环,噻唑环,46,Conversion of Thiamine to TPP,47,硫胺素焦磷酸TPP,羟乙酰硫胺素焦磷酸,48,Typical Reactions Catalyzed by TPP,乙酰乳酸,49,TPP在丙酮酸脱羧中的作用,50,TPP依赖的反应,51,VitB1缺乏症及分布,TPP缺乏，糖代谢受阻，丙酮酸积累，病人血、尿和脑中丙酮酸含量升高，表现多发性神经炎脚气病（beriberi）、厌食、神经性紊乱（特别是姿势），重症时体弱、心功能衰竭、甚至死亡植物中分布广，谷类、豆类的种皮及米糠中丰富。,52,VitB2和FAD、FMN,Vit B2又称核黄素（riboflavin），为核糖醇和6，7-二甲基异咯嗪的缩合物，分子中1、10位N有两个活泼的共轭双键，易起氧化还原反应，反应中起递氢作用。缺乏，组织呼吸减弱、代谢降低，表现为口角炎、舌炎、皮脂溢出性皮炎和视觉模糊等。广泛存在于动植物中，米糠、酵母、肝、蛋黄中丰富。,53,dimethylisoalloxazinering system confers some degree of planarity to the molecule and also color (yellow).,1,10,5,54,核黄素Riboflavin,55,Riboflavin,2 cofactors are involved:riboflavin phosphate (flavin mononucleotide, FMN)flavin adenine dinucleotide (FAD)involved in the metabolism of carbohydrates, fats and proteins (flavin dehydrogenases/flavoproteins)hydrogen carriers in the respiratory chain.,56,FMN和FAD,在体内转化为活性磷酸化代谢物 FMNflavin mononucleotide和FAD(flavin adenine dinucleotide) ，是氧化还原酶（黄素蛋白）的辅基。以FAD为辅基的酶很多，如琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶、D-AA氧化酶、L-葡萄糖氧化酶；以FMN为辅基的酶有肾L-AA氧化酶、酵母乳酸脱氢酶（LDH）等。参与碳水化合物、蛋白质和脂肪的代谢，维持正常的视觉功能，促进生长。,57,58,以核黄素为辅酶的酶,59,Riboflavin,