生物化学维生素和辅酶

1,1掌握各种维生素与辅酶的关系；2熟悉各种维生素的性质和生物功能；3了解各种维生素的结构。教学重点 本章着重介绍各种维生素的结构、性质和功能，特别注意与辅酶的关系。教学难点 各种维生素的结构。,教学目标,2,前言,水溶性维生素及辅酶,脂溶性维生素,围绕如下问题学习：维生素的结构、功能、缺乏症、来源与性质；特别是维生素B族与辅酶、辅基的关系及其作用机理。,教学纲要,3,维生素的概念：是机体维持生物正常生命（参与生物生长发育与代谢）所必需的一类微量的小分子有机化合物。必不可少：对维持健康十分重要，如果长期缺乏任何一种维生素就会导致相应的疾病（维生素缺乏症对人和动物而言），所以有维他命之称（Vitamin）用“V”表示。维生素既不是构成机体组织的成分，也不是体内的供能物质，但它在调节物质代谢和维持生理功能等方面发挥着重要作用，其主要功能是作为辅酶的成分来调节机体代谢的。 需要量很少：每天的需要量以 mg 甚至 ug 来计算。化学结构：是小分子的有机化合物，结构差异很大。,前言,4,在古代曾有过维生素缺乏症的详细记载。唐代名医孙思邈用猪肝治疗雀目（维生素A缺乏症）。他还曾用麦麸熬粥来防治脚气病（维生素B1缺乏症）。并用大豆、防风、车钱子等药物治疗此病。 19世纪中，欧洲学者仍认为人体只需要蛋白质、糖、脂肪、矿物盐和水等五种营养素。但在航海和探险的传记中，早已记载了许多坏血病的病例。如在17世纪一篇航海日记中记载：有些人完全丧失了力量，更有许多人皮肤布满了点状的紫色血斑，逐渐影响到肘、膝、股、肩、臂及颈部，他们口有臭味，牙龈发红、剥落，甚至牙根也暴露于外。这是维生素C缺乏所造成的坏血病。后来欧洲的航海家向美洲印地安人学用柠檬汁和松针浸出液防治坏血病。以后，现代医学家才知道食物除含上述五种营养素外，还须含有人类营养所必需的其它物质。 1911年，波兰学者Funk首先从米糠中提取出抗脚气病物质，并证明该物质属于胺类，是维持生命所必需的，因此称之为生命胺（vita-amino）。此后，学者们陆续在天然食物中发现了20多种为动物或微生物所必需的维生素，并证明它们在化学结构上大多数与胺不同，故改名vitamin。 现在人们已能合成许多种维生素；这对防治疾病、增进健康具有重大意义。 各种维生素在物质代谢中的作用逐渐清楚。,人类对维生素需要的认识,前言,5,水溶性维生素,脂溶性维生素,维生素B族：VB1、 VB2、 VB3、 VB5、 VB6、 VB7、 VB11、 VB12 维生素C,维生素A维生素D维生素E维生素K,维生素的种类,前言,6,维生素习惯上用英文字母A、B、C、D来命名，但这种命名方法并不代表维生素被发现的先后次序；也有根据它们的化学结构特点和生理功能命名的，如硫胺素、抗糙皮病维生素等；还有在发现时以为是一种，后来证明是多种维生素混合存在，便又在英文字母下方注 l、2、3等数字加以区别，如 B1、B2、B3、B6等。其间有的名称相互混淆，如有的将B2叫维生素G，将泛酸叫B3，将烟酸叫B5，将叶酸叫维生素M或R，将生物素叫维生素H。还有人将精氨酸、甘氨酸和半胱氨酸三者混合物叫维生素B4，将必需脂肪酸叫维生素F等等，其实它们并非维生素。这些混淆的名称现多废弃不用，这就是目前我们见到的维生素名称无论从英文字母或阿拉伯数字顺序来看都是不连贯的原因。,维生素的命名,前言,7,前言,表中列举的是较为重要的维生素，其中以维生素A、D、B1、B2、VPP和维生素C对机体的代谢调节最为重要，从膳食中的供应也常不足或缺乏。,8,引起维生素缺乏病发生的原因很多，但随着社会的进步，科学的发展，以前那种典型的维生素缺乏症如夜盲症、坏血症、脚气病等已不多见。除了疾病的影响外，就目前的社会情况而言，维生素缺乏的原因不是因为生活的贫困，而多是由于科学的营养卫生知识不足，简述如下：维生素的摄人量不足食物构成及膳食调配不合理或严重偏食使某些维生素供给不足；或者对食物的储存、加工及烹调方法不当造成维生素的大量破坏和丢失。如以玉米为主，则易患尼克酸缺乏的癞皮;淘米过度、煮稀饭加碱、面粉加工过细，可使维生素B1大量丢失破坏；油炸面食中的维生素也多被破坏；新鲜食物储存过久，维生素C可被破坏；蔬菜先切、后洗、再炒或加碱，其中的维生素C几乎全部丢失。维生素的吸收障碍多见于消化道疾病患者。如长期腹泻，消化道或胆道梗阻者。象脂类消化吸收障碍可严重降低脂溶性维生素的吸收。需要量增加机体在某些生理或病理情况下对维生素的需要量特别的增多，若不及时补充则引起维生素相对不足。如生长发育期的儿童、孕妇、乳母、重体力劳动者或传染病患者。食物以外的维生素供给不足如长期服用抗生素可使肠道正常菌丛生长受到抑制，从而影响其合成某些维生素，如维生素K、B6、叶酸、PP等；日光照射不足，则常可使皮肤内维生素D的生成不足，从而引起小儿佝偻病或成人软骨病。,缺乏病发生的原因,前言,9,7.1.1 维生素A,来源与结构：天然的维生素A只存在于动物性食物中，包括A1 和 A2两种，是不饱和的一元醇类。A1即视黄醇，主要存在于咸水鱼的肝中；A2即3-脱氢视黄醇，主要存在于淡水鱼肝中。,视黄醛,高等植物含-胡萝卜素（VA原）可转变为维生素A。详见P185图7-1 胡萝卜素生成11-顺视黄醛,7.1 脂溶性维生素,10,性质：维生素A1一般为黄色油状物，易氧化，在无氧条件下，相当耐热。,功能：维生素A除了促进年幼动物生长外，其主要功能为维持上皮组织的健康及正常视觉，还有助于动物生殖和泌乳。,在视觉过程中维生素A的变化如下图：,7.1.1 维生素A,7.1 脂溶性维生素,11,缺乏症：,上皮组织结构改变，呈角质化。皮肤干燥，成磷状。呼吸道表皮组织改变，易受病菌侵袭。有的患者因肠胃黏膜表皮受损而引起腹泻。在儿童还偶有因缺乏A引起眼角膜和结膜变质，牙釉和骨质发育不全。大人、小孩长期缺乏维生素A都会导致泪腺分泌障碍产生干眼病（眼结膜炎）。动物缺乏维生素A，生殖和泌乳也不正常，易发生流产和缺奶。,视紫红质不足，对暗光适应能力减弱，发生夜盲症。,引起代谢失调，如某些器官的DNA含量减少，粘多糖（硫酸软骨素）的生物合成也受阻碍。,维生素A较易被正常肠道吸收，但不直接随尿排泄，因而摄取过量是有害的。,7.1.1 维生素A,7.1 脂溶性维生素,12,来源与结构：VD广泛存在于动、植物与酵母细胞中,在肝，肾，脑，蛋黄及牛奶中量较高。鱼肝油中含量最丰富。常与A共存。植物和动物中均存在VD原。维生素D具有抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维生素。已确知有4种，即维生素D2、D3、D4、D5，均为类固醇衍生物，其中D2和D3较为重要。,维生素D 是固醇类化合物,7.1.2 维生素D,7.1 脂溶性维生素,13,在生物体内，D2和D3本身不具有生物活性。它们在肝和肾脏中进行羟化后，形成1，25-二羟基维生素D2和D3。其中1,25-二羟基维生素D3是生物活性最强的。,性质：无色晶体，不易被酸，碱，氧化剂破坏。,缺乏症：,维生素D摄食不足，不能维持钙的平衡，儿童骨骼发育不良，产生佝偻病。患者骨质软弱，膝关节发育不全，两腿形成内曲或外曲畸形。成人则产生骨骼脱钙引起软骨病；孕妇和授乳妇人的脱钙作用严重时导致骨质疏松症，患者骨骼易折，牙齿易脱落。,机体只能从胆汁排出过多的VD，VD如摄食过量则会中毒。早期症状为：乏力、疲倦、恶心、头痛、腹泻等。较严重时引起软组织（包括血管、心肌、肺、肾、皮肤等）的钙化，导致重大病患。,功能：VD在生物体内调节钙、磷代谢，维持血液中钙、磷浓度正常，促使牙齿、骨骼正常发育。但吸收过多时，有钙盐沉淀，有损肾功能。,7.1.2 维生素D,7.1 脂溶性维生素,14,15,来源：VE又称生育酚或抗不育维生素；VE存在于植物油如花生油,棉籽油,豆油及莴苣叶等蔬菜中。动物中的来源于食物。,结构: VE已知有8种，其中4种（、-生育酚）较为重要，又以-生育酚的效价最高。它们均为苯拼二氢吡喃的衍生物。, R1 CH3 CH3 H HR2 CH3 H CH3 H,7.1.3 维生素E,7.1 脂溶性维生素,16,性质：维生素E为淡黄色油状物，不易被酸、碱和热破坏，无氧条件下热至200也稳定。对氧铭敏感，极易被氧化。,缺乏症：,生殖系统的上皮细胞毁坏，雄性睾丸退化，不产生精子，雌性流产或胎儿被溶化吸收不生育症,肌肉（包括心肌）萎缩，形态改变，代谢反常。,血胆固醇水平增高，红细胞破坏，发生贫血。,维生素E摄食过量无毒性。,功能：具有抗氧化剂的功能，保护红细胞膜中的不饱和脂肪酸不被氧化，保护细胞膜的完整性；可作为食品，化妆品的添加剂使用；同时还有抗不育的作用。,7.1.3 维生素E,7.1 脂溶性维生素,17,结构与种类：VK是一类能促进血液凝固的2-甲基萘醌衍生物。有K1、K2、K3、K44种，K1和K2为天然产物，K3和K4为人工合成品。,7.1.4 维生素K,7.1 脂溶性维生素,18,来源于性质： K1在绿色植物及动物肝中含量丰富，K2在鱼肉中含量富， K2人体肠道细菌能合成；K1黄色油状物， K2黄色结晶，耐热，但易被光和碱破坏。,功能：促进肝脏合成凝血酶原，促进血液的凝固。,动物缺乏维生素K，血凝时间延长。成人一般不易缺乏维生素K。有生素K缺乏病状的人，必伴有其他生理功能不正常的情况，如胆管阻塞，或因肠道疾病妨碍维生素K的吸收。,新生婴儿肠内无菌，不能合成维生素K，身体本身又无贮存，故易因维生素K的缺乏而出血，应当在出身前增加母体的维生素K含量。,大剂量维生素K可引起动物贫血、脾肿大和肝肾伤害。对皮肤和呼吸道有强烈刺激，有时还引起溶血。,缺乏症：,7.1.4 维生素K,7.1 脂溶性维生素,19,焦磷酸硫胺素（TPP）,硫胺素 + ATP,Mg2+,硫胺素激酶,TPP + AMP,构成的辅酶：,结构：由一含S的噻唑环和一含NH2的嘧啶环组成，故称硫胺（素）。常以盐酸盐的形式存在。,7.2.1 VB1和硫胺素焦磷酸,7.2 水溶性维生素,20,功能：,以辅酶方式参加糖的分解代谢。如催化酮酸的氧化脱羧反应，所以又称为羧化辅酶。功能部位在噻唑环的C2上。详见P188图7-4,促进年幼动物的发育。维生素B1促进肠胃蠕动，增加消化液的分泌，因而能促进食欲。,保护神经系统。促进糖代谢，为神经活动提供能量，又能抑制胆碱酯酶的活性。,缺乏症：,脚气病,中枢神经和肠胃患糖代谢失常,7.2.1 VB1和硫胺素焦磷酸,7.2 水溶性维生素,21,图5-13 维生素B1焦磷酸羧化酶的作用机制,22, 因维生素B1严重缺乏而引起的多发性神经炎。患者的周围神经末梢及臂神经丛均有发炎和退化现象，伴有心界扩大、心肌受累、四肢麻木、肌肉瘦弱、烦躁易怒和食欲不振等症状。同时因丙酮酸脱羧作用受阻，组织和血液中乳酸量大增，湿性脚气病还伴有下肢水肿。,脚气病,中枢神经和肠胃患糖代谢失常,缺乏维生素B1不仅周围神经的结构和功能受损，中枢神经系统也同样受害。因为神经系统（特别的大脑）所需的能量，基本由血糖氧化供给，当糖代谢受阻时，神经组织也就发生反常现象。,7.2 水溶性维生素,7.2.1 VB1和硫胺素焦磷酸,23,维生素B1盐酸盐为无色结晶，在酸性溶液中稳定，在中性和碱性溶液中易被氧化。在普通烹调条件下损失并不大。有特殊香气，微苦。,VB1在植物中分布很广,谷类,豆类的种皮含量最高,米糠及酵母含量特别丰富,肉类,白菜,芹菜中含量也较丰富.,来源与性质：,7.2.1 VB1和硫胺素焦磷酸,7.2 水溶性维生素,24,结构：维生素B2又称核黄素，是一种核糖醇与6，7二甲基异咯嗪的缩合物，在自然界多与蛋白质结合成黄素蛋白。,构成的辅酶：,5,9,10,黄素辅酶,黄素单核苷酸(FMN),黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD),代号,7.2.2 VB2和黄素辅酶,7.2 水溶性维生素,25,VB2 + ATP FMN + ADP FMN + ATP FAD +PPi,7.2.2 VB2和黄素辅酶,7.2 水溶性维生素,26,功能：维生素B2的生理功能是作为递氢辅酶，参与生物氧化还原作用。,+2H,-2H,7.2.2 VB2和黄素辅酶,7.2 水溶性维生素,27,维生素B2为橘黄色的针状晶体，耐热，味苦，微溶于水，极易溶于碱性溶液，对光和碱不稳定，见光易分解。,性质和来源：,缺乏症：,膳食中长期缺乏维生素B2时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。,主要来源于酵母、绿色植物、谷物、乳品、鸡蛋和肝脏等。植物和微生物可合成。,7.2.2 VB2和黄素辅酶,7.2 水溶性维生素,28,欢迎同学们参与课堂讨论,7 维生素和辅酶,29,结构:维生素B3又称泛酸，由,-二羟基-二甲基丁酸和一分子-丙氨酸缩合而成。,构成的辅酶：乙酰化酶的辅酶代号： HSCoA功能：酰基载体传递酰基,是体内酰化酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的乙酰基转移有重要作用。,腺嘌呤二核苷酰泛酰巯基乙氨,7.2.3 泛酸和辅酶A,7.2 水溶性维生素,30,成人每天需要量为510mg，一般膳食的泛酸含量丰富。无缺乏症。,来源与性质： 广泛分布于动，植物组织中，尤以肝脏、酵母含量丰富。 泛酸为淡黄色油状物，具酸性，易溶于水及乙醇。在酸性溶液中易分解。在中性溶液中对湿热、氧化和还原都稳定。,7.2.3 泛酸和辅酶A,7.2 水溶性维生素,31,结构：维生素PP过去称抗赖皮病维生素或维生素B5，包括尼克酸（烟酸）和尼克酰胺（烟酰胺）在体内主要以尼克酰胺形式存在，尼克酸是尼克酰胺的前体。尼克酰胺的副作用较小（如引起面部、颈部发赤发痒和烧灼感），医疗及营养上多用尼克酰胺。尼克酰胺为维生素B5的化学名，。,尼克酸（nicotinic acid）,尼克酰胺（nicotinamide）,7.2.4 VPP和烟酰胺辅酶,7.2 水溶性维生素,32,构成的辅酶：烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I,烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸磷酸,又称为辅酶II代号： NAD+ 和NADP+功能：传氢体,7.2.4 VPP和烟酰胺辅酶,7.2 水溶性维生素,33,来源及性质: V PP多分布于肉类、酵母、花生、米糠、蔬菜等中。植物和某些细菌可合成。 VPP为无色晶体，性质稳定，不易被酸、碱和热破坏，溶于水和酒精。与溴化氰作用产生黄绿色化合物，可作为定量基础。缺乏症: 一般情况下很少缺乏,因体内Trp转变成烟酸，但长食用玉米，无Trp来源，维生素PP能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出现皮炎，出现癞皮病。赖皮病患者的中枢及交感神经系统、皮肤、胃、肠等皆受不良影响。主要症状为对称性皮炎，消化道炎和神经损害与精神紊乱，两手及其裸露部位呈现对称性皮炎。中枢神经方面的症状为头痛、头昏、易刺激、抑郁等。,7.2.4 VPP和烟酰胺辅酶,7.2 水溶性维生素,34,结构：维生素B6又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺,吡哆醇(pyridoxol),吡哆醛(pyridoxal),吡哆胺(pyridoxamine),7.2.5 VB6和B6辅酶,7.2 水溶性维生素,35,（磷酸吡哆 醛，PLP）,吡哆醇,吡哆醇氧化酶,吡哆醛,吡哆胺,吡哆胺转氨酶,磷酸吡哆醇,磷酸吡哆醇 氧化酶,磷酸吡哆醛,磷酸吡哆胺转氨酶,磷酸吡哆胺,激酶,辅酶：氨基酸脱氨、脱羧、消旋作用的辅酶。代号: P-CHO 和P-CH2NH2,7.2.5 VB6和B6辅酶,7.2 水溶性维生素,36,吡哆素 + FeCl3 红色产物,吡哆素 + 重氮化对一氨基苯磺酸 橘红色产物,吡哆素 + 2，6-二氯醌氯亚胺 蓝色产物,来源及性质: vit B6分布于肝、肾、肌肉、米糠、种子胚及酵母中。 吡哆素为无色晶体，在酸液中稳定，在碱液中易被破坏，对光不稳定，吡哆醇耐热，吡哆醛和吡哆胺不耐高温。,功能：作为辅酶参加多种代谢反应，包括脱羧、转氨、氨基酸内消旋等。,缺乏症：来源广泛，同时肠道细菌可合成，人体很少缺乏。,7.2.5 VB6和B6辅酶,7.2 水溶性维生素,37,结构：生物素（维生素B7）为含硫维生素，其结构可视为由尿素与硫戊烷环结合而成，并有一个C5酸枝链。,尿素部分,硫戊烷环部分,(CH2)4COOH,C5酸根部分,生物素（bioton）,尿素环上的一个N可与CO2结合,7.2.6 生物素,7.2 水溶性维生素,38,缺乏症：人体一般不会发生生物素缺乏。大白鼠严重缺乏时，后脚瘫痪，广泛的皮肤病、脱毛和神经过敏。人类常期食用生鸡蛋，易缺乏，缺少生物素可能导致皮炎、肌肉疼痛、感觉过敏、怠倦、厌食、轻度贫血等。,结构：生物素辅酶：羧化辅酶代号：生物素功能：是多种羧化酶的辅酶，作为CO2的递体，在生物合成中起传递和固定CO2中起重要作用。,来源：生物素在动植物中分布很广，如酵母、肝、肾、蛋黄、蔬菜、谷物中都有。人肠道微生物可合成一部分。性质：生物素是无色长针状晶体，溶于热水而不溶于有机溶剂，对热、酸、碱均稳定，易被氧化剂氧化。,7.2.6 生物素,7.2 水溶性维生素,39,结构: 维生素B11又称叶酸（FA），也称喋酰谷氨酸，由喋啶，对氨基苯甲酸，L-谷氨酸组成。,叶酸的5、6、7、8位置，在NADPH2存在下，可被还原成四氢叶酸（FH4或THFA）。四氢叶酸的N5 和N10位可与多种一碳单位结合作为它们的载体。,7.2.7 叶酸和叶酸辅酶,7.2 水溶性维生素,40,缺乏症：叶酸缺乏时，红细胞的发育受到影响，造成巨红细胞性贫血症。人体很少缺乏,来源广泛，同时肠道细菌可合成。,辅酶：转一碳基团酶辅酶代号：THFA/FH4 / CoF 功能：是转一碳基团酶系的辅酶。主要的生理功能： Gly Ser 参与嘌呤环的合成 dUMP TM 高半光氨酸 Cys,来源及性质: 叶酸分布于植物叶、酵母及动物肝，肾中。 叶酸为浅黄色结晶，微溶于水，易被光破坏。,7.2.7 叶酸和叶酸辅酶,7.2 水溶性维生素,41,结构：维生素B12是含钴的化合物，又称钴胺素。辅酶： 变位酶的辅酶，其核心结构为一个类似血红素卟啉环的咕啉环结构，其经验式为C63H88O14N14RCo。其结构式经多次修正，至1963年确定。1973年完成人工合成。,代号： B12辅酶,功能：催化底物分子内基团(主要为甲基)的变位反应。,7.2.8 V12和V12辅酶,7.2 水溶性维生素,42,来源及性质: vit B12主要存在于肝脏、酵母中，其次，