生物化学课件ppt（生物工程类）之第四章维生素和辅酶

Chapter 4 维 生 素 和 辅 酶 Section 1 维 生 素 概述 一、概念： 维生素是活细胞为维持正常的生理功能而必需的天然有 机物质,若缺少它们，就会影响生物正常的生命活动，使其不 能正常生长，甚至发生疾病。大多数维生素是通过辅酶或辅 基的形式参与生物体内的酶促反应体系。 二、维生素的种类 根据其溶解性质分为二大类：脂溶性维生素包括A、D 、E、K等；水溶性维生素主要有维生素B族(包括B1、B2、烟 酰胺、泛酸、生物素、叶酸、B12等)和维生素C. 水溶性维生 素维生素与辅酶关系密切，为本章讲授的主要内容。 Section 2. 水溶性维生素和辅酶 一、维生素B1和焦磷酸硫胺素 在生物体内，Vit.B1 并不具有生物活性，只有当它转变成 硫胺素的焦磷酸酯，即焦磷酸硫胺素 (TPP) 后才具有生物活性 。TPP在涉及醛基转移的反应中，作为辅酶起重要作用。例如 ，-酮酸的脱羧反应；转酮醇反应等都要TPP作为辅酶参与。 维生素B1和焦磷酸硫胺素的结构以及作用机制示于图4-1。此外 在丙酮酸脱氢酶复合物和转酮醇酶催化反应中涉及。 当VitB1缺乏时，糖代谢受阻，丙酮酸积累，使病人血、尿 、脑组织中丙酮酸含量升高，出现多发性神经炎、皮肤麻木、 心力衰竭、四肢无力、肌肉萎缩、下肢浮肿等症状，临床上称 为脚气病。 二、维生素B2和黄素辅酶 维生素B2又称核黄素，在体内是以黄素单核苷酸(flavin mononucleotide,FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide,FAD)的形式存在(图4-2) ，是生物体内黄素脱氢酶 的辅酶或辅基。黄素脱氢酶催化细胞内许多可逆和不可逆的氧 化还原反应，辅酶的异咯嗪部分接受或供出一个或二个电子(图 4-3) 。 VitB2以FAD & FMN的形式广泛参与生物体内的各种氧化还 原反应，能促进糖、脂肪和蛋白质的代谢，促进生物氧化。缺 乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状是口角炎、舌炎 、视网膜炎等。 三、泛酸(VitB3) & 辅酶A 泛酸(pantothenic acid) 又称遍多酸，因在自然界分布广泛 而得名。泛酸是某些微生物所必需的，人体肠道中的细菌可合 成，故一般不缺乏。泛酸由二羟基二甲茎基丁酸和-丙氨酸组 成。 泛酸是辅酶A(coenzyme A，CoA 或CoA-SH) 和 4-磷酸泛酰巯基 乙胺的组成部分。CoA由等摩尔的泛酸、具3磷酸基的ADP、氨基乙 硫醇（图4-4）。 CoA-SH主要起传递酰基(acyl group) 的作用。在其分子中，-SH 可接受或供出酰基。所以CoA-SH与各种酰化反应关系密切，是各种 酰化反应的辅酶。 酰基辅酶A的形成：R-C-OOH + HS-CoA R-CO-S-CoA 酰基的转移：R-CO-S-CoA + 底物R-CO-底物 + HS-CoA 4-磷酸泛酰巯基乙胺是脂酰基载体蛋白(ACP)的辅基，与脂酸生 物合成有关. 泛酸以辅酶的形式参与糖、脂和蛋白质的代谢。例如在糖代谢中 ，丙酮酸氧化脱羧后，必须转变成乙酰CoA才能进入三羧酸循环进一 步被氧化。 四、烟酰胺 & 辅酶NAD+及NADP+ 烟酰胺(niacinamide or nicotinamide)，又称为Vit.pp，曾称为 抗癞皮病维生素。在生物体内，烟酸可转变成烟酰胺。 烟酰胺是生物体内辅酶NAD & NADP的组成部分（图4-5 ）。NAD称作烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide)，又称为辅酶(Co)，NADP称作烟酰胺腺嘌呤 二核苷酸磷酸，又称为辅酶(Co)。二者都是脱氢酶的辅酶 ，在氧化还原反应中起传递氢和电子的作用。NAD常和产生 能量的分解反应有关，是大多数脱氢酶的辅酶；NADPH则较多 地和还原性的合成反应有关。 NAD & NADP在氧化还原反应中的功能部位在烟酰胺上 ，其传递氢和电子的机制如图4-6所示。 NAD(P) + 2H +2e NAD(P)H + H 五、维生素B6 & 转氨辅酶 维生素B6包括呲哆醇、呲哆醛、呲哆胺等结构类似物，是 呲啶的衍生物。Vit.B6在生物体内皆以磷酸酯的形式存在。参 加代谢反应的主要是磷酸呲哆醛 & 磷酸呲哆胺（图4-7）。 需要磷酸呲哆醛作为辅酶的酶对氨基酸代谢是特别重要的 ，它们催化几种不同类型的反应，例如. 转氨作用、脱羧作用 和 消旋作用等。作为辅酶，磷酸呲哆醛以希夫式碱(schiff-base ， CN-)的形式同酶蛋白的赖氨酸残基上的-氨基共价相连 （图4-7）。在转氨酶催化的反应中, 磷酸呲哆醛参与转氨基反 应的机制如图4-8所示。 转氨酶催化反应实质是将一个氨基酸 上的-氨基转移到一个相应的酮酸上, 生成新的-氨基酸和一 个新的酮酸： 六、生物素(Vit.B7) & 生物素羧基载体蛋白 生物素(biotin)是由噻唑环和尿素结合成的双环化合物，侧链 上有一个戊酸基（图4-9a）。生物素作为辅酶行使功能必须通过 其侧链上的羧基同它的专一性载体蛋白生物素羧基载体蛋白 (biotin carboxyl carrier protein,BCCP) 的Lys残基的-氨基以酰 胺键结合在一起，此载体蛋白常是催化羧化反应的酶蛋白 (apoenzyme). 生物素与载体蛋白的Lys残基的-氨基的结合物称为 生物胞素（biocytin）。 生物素是羧化酶的辅基，其功能是参入或转移CO2, 在羧化 反应中需要ATP & Mg2+： Biotin-BCCP + HCO3 + ATP CO2-Biotin-BCCP + ADP + Pi CO2-Biotin-BCCP + 底物 羧化的底物 + Biotin-BCCP 现以丙酮酸羧化酶催化的反应来说明其机制（图4-9b）。 七、叶酸 & 叶酸辅酶 叶酸因在绿叶植物中含量丰富而得名，由2-氨基-4-羧基-6- 甲基喋呤、对氨基苯甲酸 & L-谷氨酸等三部分组成（图4-10a）. 叶酸的辅酶形式是四氢叶酸，用FH4 或 THF表示。四氢叶酸是 转移一碳单位的载体，参与一碳单位的酶促转移。一碳单位可 以相互转换（图4-10b）。 四氢叶酸的衍生物作为一碳单位的供体参与不同的生物合 成反应，而四氢叶酸本身则在降解反应中作为一碳单位的受体 。 八、维生素B12 & B12辅酶 维生素B12是含钴的有机物，又称作钴维生素或钴胺素， 筒称钴维素。一般的Vit. B12就是指氰钴胺素(水红色) 。 维生素B12辅酶形式是一个5-脱氧腺苷取代氰(CN) 所 形成的5-脱氧腺苷钴胺素（图4-11）。有二种类型的酶促反 应需要B12辅酶参与： 催化一个氢原子从底物的一个碳原子上转移至相邻的另一个 碳原子上的所谓1,2转移，并伴随另外一个基团作相反的2,1转 移。催化这类反应的酶叫变位酶. 辅酶B12从N5甲基FH4获得甲基, 即 5-脱氧腺苷被甲基取代 （图4-11），然后再将甲基转移到一个适当的受体分子上， 例如，同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸的反应。 九、维生素C(抗坏血酸 ascorbic acid) 是L-己糖的衍生物，可由葡萄糖经一系列反应合成（图4- 12）。Vit.C可能是二氢叶酸还原的辅酶，也可能是脯氨酸羟化 酶的辅酶。因为在这些反应中需要Vit C参与。 Vit.C可用来治疗坏血病。Vit.C具有抗毒作用，所以它能保 护含巯基的酶中的-SH不被氧化，原因是Vit C能促进体内的谷 胱甘肽处于还原状态，可与重金属离子结合而排出体外，故常 用于防治铅、汞及砷和苯的慢性中毒。 十、硫辛酸 硫辛酸是含硫的八碳酸，在6,8位上有二硫键相连，故又 称6,8二硫辛酸，硫辛酸有氧化型和还原型之分（图4-13）。 硫辛酸的辅酶形式象生物素一样，通过侧链羧基与酶蛋白 的Lys残基的-NH2结合. 如图所示（图4-13）。 作为辅酶，硫辛酸在两个关键性的氧化脱羧反应中起作 用，即在丙酮酸脱氢酶复合物和酮戊二酸脱氢酶复合物中 ，含硫辛酸的酶催化酰基的产生和转移。反应机制如图4-14 所示。 TPP、硫辛酸、CoASH、FAD和NAD在丙酮酸脱氢酶复 合物催化反应中的辅酶机制图4-15。 Section 3. 脂 溶 性 维 生 素 一、 维生素A VitA是含-白芷酮环(己烯环) 的异戊二烯的聚合物，属于 萜类物质，胡罗卜素在体内可转变成二分子的Vit A1，VitA与 视觉有关。 二、 维生素D 为胆甾醇类物质的衍生物，VitD在体内必须经羟化后才 具有生理功用，实际上，羟化后的VitD具有激素的性质，其 主要功能是调节钙、磷的代谢，促进骨胳等的正常发育。 三、 维生素E 又称生育粉，对鼠及昆虫的生殖机能很重要。VitE极易被 氧化，有首先代替其他物质被氧化的作用，所以对生物膜具 有