[农学]维生素和辅酶.ppt

维生素和辅酶 主要内容 维生素概述 脂溶性维生素 水溶性维生素 维生素的补充 维生素：从补药变毒药？ 一项颠覆常识的最新研究显示，长期服用维生 素明显增加死亡率 ？ 参考文章: 南方周末 2007年03月08日 第1204期 1.1 维生素的概念 维生素(Vitamin) 是维持生物有机体正常功能的基本 要素，是参与生物生长发育和代谢所必需的一类微量 有机物质。在体内不能合成或者合成量不足，机体的 需要量很小(mg/g)，必须从食物中补充(进化过程中丢 失了合成这些化合物的酶)。 维生素的功能通常是作为酶的辅助因子(辅酶或辅基)， 在物质代谢中起重要作用，因此它们对动物体的生长 和健康是必需的 机体缺乏维生素时，物质代谢发生障碍，缺乏不同的 维生素产生不同的疾病，由于缺乏维生素而引起的疾 病称为维生素缺乏症(avitaminosis) 美国生化学家Mendal和Osborni, McCollum和Davis于 1913年发现VA和VB 唐代孙思邈用动物肝防治(含VA)夜盲症，用谷皮汤(含 VB)熬粥防治脚气病 1.2 维生素的发现 1886-1897年荷兰医生C. Eijkman 证明米糠可治疗鸡群 多发性神经炎和脚气病 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、糖类和矿物质)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子 就是维生素 大部分微生物和动物类似，自身不能合成所需要的维生 素 少数微生物能够合成某些维生素，如大肠杆菌能合成维 生素K、生物素等，核黄菌能合成VB2 植物体内一般能够合成维生素 高等动物也能够合成部分维生素，如人体能合成VD，大 小白鼠能合成VC 维生素的发现 l 维生素一般习惯分为脂溶性(A、D、E、K)和水溶性 (B1、B2、B6、 B12 、C、烟酸和烟酰胺、泛酸、叶酸 、生物素等)两大类。其中脂溶性维生素在体内可直 接参与代谢的调节作用，而水溶性维生素是通过转 变成辅酶对代谢起调节作用 l 某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起并协同 实施催化作用，这类分子被称为辅酶（或辅基） l 辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合物。参 与的酶促反应主要为氧化-还原反应或基团转移反应 1.3 维生素的分类 维生素分类与缺乏症 维生素A抗眼干燥病维生素 维生素D抗佝偻病维生素 维生素E抗不育维生素 维生素K抗出血维生素 维生素 B1抗神经炎维生素 维生素 B2抗口舌炎维生素 维生素 B6抗皮肤炎维生素 维生素 B12抗恶性贫血维生素 维生素 C抗坏血病维生素 维生素 PP (B5)抗癞皮病维生素 泛酸 (B3)抗皮肤角膜炎维生素 生物素 (H)抗皮脂溢出维生素 叶酸 (B11)抗贫血维生素 I. 脂溶性维生素II. 水溶性维生素 维生素A 、 D 、 E 、 K均溶于脂肪和脂溶剂(苯、乙 醚及氯仿等)，不溶于水，在食物中通常与脂肪一起存 在，吸收它们，需要脂肪和胆汁酸。 脂溶性维生素均为类异戊二烯化合物 (isoprenoid) 脂溶性维生素可在肝脏中贮存，容易导致中毒；水溶 性维生素不容易贮存，容易导致缺乏 大多数辅酶的前体主要是水溶性 B 族维生素，许多维 生素的生理功能与辅酶的作用密切相关 维生素分类与缺乏症 维生素化学名称辅酶酶生化反应 B1硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP+)脱羧酶脱CO2 B2核黄素黄素单核苷酸(FMN)脱氢酶传递2H 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD) B6吡多醛磷酸吡多醛转氨酶传递-NH2 B12钴胺素B12辅酶变位酶转移-H 、 -R H生物素生物胞素羧化酶传递CO2 PP烟酸与 烟酰胺 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)脱氢酶传递2H(H- 、 H+)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+) B3泛酸辅酶A (CoA)硫激酶传递酰基 B11叶酸四氢叶酸 (FH4)转移酶传递碳单位 水溶性维生素与辅酶 维生素A又名视黄醇，是一个具有脂环的不饱和的一元醇 ， 是一种类异戊二烯分子，由异戊二烯构件分子生物合成 视黄醇从动物饮食中吸收或由植物来源的-胡萝卜素合成 分A1 、A2两种，维生素A1又称为视黄醇，存在于哺乳动 物 及咸水鱼的肝脏中；A2称为脱氢视黄醇，存在于淡水鱼 中 A1和A2生理功能相同， A2的生理活性只有A1的一半 2 脂溶性维生素 2.1 维生素A -胡萝卜素 断裂点 醇到醛 的氧化 神经信号 至大脑 视黄酸 醛到酸 的氧化 神经信号至 上皮细胞 可见光 11-顺视黄醛 (视色素) 全反视黄醛 微生素A与胡萝卜素 维生素A (视黄醇) -胡萝卜素- 15,15-二加 氧酶(小肠粘 膜) 主要功能：维生素A(视黄醛)与视蛋白共价结合为视紫红质 ， 为视杆细胞的感光物质，与暗视觉有关(在光 中分 解，在暗中合成)；刺激组织生长和分化；促 进许 多组织中的RNA合成 圆锥细胞：对强光和颜色敏感 杆状细胞：对弱光敏感，对颜色不敏感，与暗视觉有关 来源：主要来源于动物性食品，以肝脏、乳制品及蛋黄中含量最多 ，维 生素A原主要来自植物性食品，以胡萝卜、绿叶蔬菜及玉米等 含量 较多 贮存：贮存于肝脏，在血液中由视黄醇结合蛋白转运 缺乏症：夜盲症(视紫红质合成量不足)； 机体免疫功能下降 正常摄入量：2600-3300国际单位，超过500000会引起中 毒 维生素D是胆固醇的衍生物，是钙磷代谢有 关激酶的前体，主要有D2 、D3 、D4 、D5,其中 D2 、D3活性最高 麦角固醇 维生素D2 7-脱氢胆固醇 维生素D3 22-双氢麦角固醇 维生素D4 7-脱氢谷固醇 维生素D5 2.2 维生素D 维生素D的结构 在生物体内，D2和D3本身不具有生物活性，它们在肝 脏和肾脏中进行羟化后，形成1，25-二羟基维生素D， 其中1，25-二羟基维生素D3是生物活性最强的 维生素D和钙磷代谢 主要功能：调节钙、磷代谢，促进肠道对钙磷的吸收， 促进骨溶解，促进肾小管重吸收钙，导致血 钙增高，促使骨骼正常发育 1, 25-二羟基VD3和两种肽激素降钙素和甲状旁腺素， 行使调节钙和磷的体内平衡, 1, 25-二羟基VD3能诱导钙 结合蛋白的合成和促进Ca2+-ATPase的活性，有利于 Ca2+的吸收 Ca: 肌肉收缩、神经冲动的传递、血液凝固、膜结构 P: DNA、RNA、脂质代谢 Ca和P对骨骼的形成起到关键作用 来源：主要含于肝、奶和蛋黄中，以鱼肝油含量最丰富 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、软骨病。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作用；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。使用维生素D时应先补钙 中毒： 机体只能从胆汁排出过多的维生素D，维生素D 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 维生素E是生育酚的总称，是苯骈二氢吡喃的衍生物， 目前发现的有8种，其中、四种有生理活性， 其中-生育酚的活性最高 维生素E极易氧化，因此是细胞内一种重要的抗氧化剂 2.3 维生素E (生育酚) 衰老的氧化学说：衰老是细胞脂质的过度氧化造成，维 生素E由于能够清除氧自由基，具有抗衰老、抗癌作用 护肤品中普遍添加维生素E 主要功能：具有强抗氧化剂的功能，可作为食品添加 剂使 用，还可保护膜不饱和脂肪酸的氧化； 同时还有抗不育的作用，临床用于治疗先兆性 流产和习惯性流产 促进血红素合成，因此可延长红细胞寿命 来源：主要存在于植物油中，尤以麦胚油、大豆油、玉米油和葵花籽 油中含量最为丰富，豆类及蔬菜中含量也较多 缺乏症: 动物不育(生殖器官发育受损) 贫血或血小板增多症(红细胞数量减少，脆性增加) 2.4 维生素K (凝血维生素) 维生素K为凝血酶原中谷氨酸转变为-羧基谷氨酸所 必需，维生素K有3种：K1 、 K2 、 K3。其中K3是人 工合成的，维生素K是2-甲基-1,4-萘醌的衍生物 主要功能：促进肝脏合成凝血酶原(凝血因子II)，促进 血液的凝固，调节另外3种凝血因子VII、IX 及X的合成 缺乏症：凝血时间延长,出现肌肉和肠胃道出血 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， 应当在出生前增加母体的维生素K含量 中毒：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 来源：绿色植物中含量丰富，肠道中的大肠杆菌可合成 3 水溶性维生素 维生素B族：B1、B2、PP、B6、泛酸、生 物素、叶酸、B12 硫辛酸 维生素C 维生素B族在生物体内通过构成辅酶而发挥对新陈 代谢的影响，在肝脏中含量最为丰富，进入体内的多 余水溶性维生素及其代谢产物均自尿中排出，体内不 能多储备 维生素B1为抗神经炎维生素(抗脚气病维生素)，由含硫 的 噻唑环和含氨基的嘧啶环组成，因此又称硫胺素，在体 内以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在 水溶性维生素 3.1 维生素B1和羧化辅酶 焦磷酸硫胺素(TPP)是脱羧酶的辅酶，催化丙酮 酸或- 酮戊二酸的氧化脱羧反应，所以又称为 羧化辅酶 与羰基碳结合 维生素B1与TPP 维生素B1与TPP 酵母制品中广泛存在各种B族维生素 B族维生素在体内贮存量很小，因此容易导致缺乏症 缺乏症：缺乏时糖代谢受阻，丙酮酸积累，病人的 血、 尿和脑组织中丙酮酸含量增多，表现出多 发性 神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力 、肌 肉萎缩、下肢水肿，临床上称为脚气病 维生素B1存在于植物种皮及胚芽、米糠、麦麸、豆 类、 酵母、瘦肉中；在酸性溶液中较稳定，中性和碱性 中 易破坏，耐热，极易溶于水 维生素PP又称抗癞皮病维生素，包括尼克酸（又称 烟酸）和尼克酰胺（又称烟酰胺）两种物质。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 尼克酸尼克酰胺 3.2 维生素PP和辅酶I、辅酶II 维生素PP在酵母、花生、谷类、豆类、肉类和动物肝 中含量丰富，在体内色氨酸能够转变为维生素PP 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 NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I)和NADP+ (烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅酶II )是维生 素烟酰胺的衍生物，它们是多种重要脱氢酶的辅酶 烟酰胺辅酶是电子载体，在各种酶促氧化还原反应中 起重要 作用 NAD+在氧化途径(分解代谢)中是电子受体 NADPH在还原途径(生物合成)中是电子供体 PO4- 辅酶形式是NAD+和NADP+ 是不需要氧脱氢酶的辅酶 递氢体 NAD(P)+2H NAD(P)H+ H+ 维生素PP与NAD(P)+ 维生素PP与NAD(P)+ 生物素是B族维生素B7，它是多种羧化酶的辅酶 生物素是由噻吩环和尿素结合而成的一个双环化合物 ， 在左侧链上有一分子戊酸 鸡蛋清中含有抗生物素蛋白，因此大量食用生鸡蛋清 会 导致生物素不足 来源广泛，存在于肝、肾、蛋黄、酵母、蔬菜和谷类 ， 肠道细菌也可以合成 3.3 生物素(biotin) 生物素在酶促羧化反应中 作 为活动羧基载体 生物素通过蛋白质Lys的- 氨 基共价结合到酶上 作为CO2的递体，在生物 合 成中起传递和固定CO2 生物素与羧化反应 羧化作用用碳酸氢盐作为 羧 化剂转移羧基给底物的碳 负 离子 碳酸氢盐的O攻击ATP的磷 酸，生物素N攻击碳酸氢 盐 上的羰基C 碳酸氢盐裂解，ATP分解为 ADP和Pi，生物素结合CO2 底物碳负离子攻击生物素 羧 基的羰基C，C-N电子转移 至 N，C-N键断裂 底物羧化完成 生物素与羧化反应 维生素B11又称叶酸，广泛存在于绿叶中 3.4 叶酸(folic acid)和叶酸辅酶 蝶酸 叶酸(蝶酰谷氨酸) 叶酸作为辅酶的是叶酸加氢的还原产物四氢叶酸 四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH3 、 -CH2- 、 -CHO 等的载体，参与多种生物合成过程 N5 、 N10可携带一碳单位，一碳单位主要用于嘌呤 和嘧啶的合成 一碳单位是个别氨基酸代谢产生的，如甲基、亚 甲基、次甲基、亚胺甲基、 甲酰基等 四氢叶酸(THF, CoF) 功能：与核酸的合成有关，当叶酸缺乏时，DNA合成 成受到抑制，骨髓巨红细胞中DNA合成减少， 细胞分裂速度降低，细胞体积较大，细胞 核内染色质疏松，称巨红细胞，这种红细 细胞大部分在骨髓内成熟前就被破坏造成贫 血，称为巨红细胞性贫血(macrocytic anemia) 应用：临床上用于治疗巨红细胞性贫血 来源：广泛存在于肝脏酵母和蔬菜中，人类肠道细菌 也能合成，一般不易发生缺乏 化学本质：又叫氰钴胺素，是唯一含有金属元素 的维生素，天然存在的B12有5-脱氧 腺 苷钴胺素、甲基钴胺素和羟钴胺素 三 种形式 活性形式 甲基钴胺素(MeB12) 5-脱氧腺苷钴胺素 3.5 维生素B12和B12辅酶 维生素B12分子中与Co+相连的CN基被5-脱氧腺苷 所 取代，形成维生素B12辅酶 维生素B12辅酶的主要功能是作为变位酶的辅酶， 催 化底物分子内基团(主要为甲基)的变位反应 来源：动物性食品：肉类、肝，人和动物肠道细菌 能 合成 缺乏症：巨幼红细胞贫血(DNA合成受阻) 维生素C能防治坏血病，故又称抗坏血酸，是含有6个碳原子的酸 性多羟基化合物，C2和C3位两个相邻的烯醇式羟基易解离而释放 H+；广泛存在于动植物界，但人体和其他灵长类、豚鼠、一些鸟 类和某些鱼类不能合成(肝脏中缺少L-古洛糖酸-内酯氧化酶) 极易被氧化(强还原剂)，是良好的抗氧化剂(抗衰老抗癌) 3.6 维生素C 参与体内的氧化还原反应 保护谷胱甘肽的还原状态，维持细胞膜的正常功能 保护巯基酶，起金属解毒作用 促进铁的吸收(转变Fe3+ Fe2+) 保护各种维生素(A,E,B)免遭氧化破坏；促进叶酸 转 变成四氢叶酸 参与体内的羟化反应 促进胶原蛋白的合成(作为胶原脯氨酸羟化酶和胶 原赖氨酸羟化酶的辅助因子)，缺乏会导致毛细管 破 裂、牙齿易松动、骨骼脆弱而易折断、创伤伤口不 易愈合 多巴胺的-羟化反应；胆汁酸合成中的7-羟化等 维生素C与抗氧化作用 维生素：从补药变毒药？ 一项颠覆常识的最新研究显示，长期服用维生 素明显增加死亡率 ？ 参考文章: 南方周末 2007年03月08日 第1204期 背景 2007年2月28日出版的国际权威医学杂志美国 医学会杂志（JAMA）发表了一项由多国研究人员共 同完成的研究。丹麦哥本哈根大学医院的一个小组- 科克兰肝胆病小组是该研究的主要单位。科克兰肝胆 病小组属于国际权威医学循证组织-科克兰合作机构 下设的专业小组之一，因此它本身就具有相当的权威 性。研究对全球有关抗氧化剂的68项研究结果进行了 梳理和综合分析。别拉科维奇（Goran Bjelakovic， 论文第一作者）等人把1990年至2005年10月间国际上 发表的68项研究分为两类，一类是低偏差的（low bias），一类是高偏差的（highbias）。如果对两 类研究不加区分，分析结果表明，摄取抗氧化剂，主 要是维生素A、E、C以及胡萝卜素和硒，对人既没 有好处，也没有坏处。 但是令人吃惊的是，在剔除了高偏差的研究，只 分析更值得信赖的47项研究后，作者认为，“以胡 萝卜素、维生素A和维生素E作治疗可能增加死亡率， 而维生素C和硒对死亡率的潜在作用还需要进一步的研 究。” 总体上看，服用抗氧化剂的人死亡率增加了5 ；分别而言，服用维生素E的人死亡率增加4，服用 胡萝卜素的人死亡率增加7，服用维生素A的人死 亡率增加16。 这47项质量较高的研究涉及人数达180938人。这 些人被随机分成服用抗氧化剂组和服用安慰剂组。服 用抗氧化剂组中的一些人服用了大大超过抗氧化剂每 日推荐量的剂量，另一些人服用的是正常剂量。 问题？ 额外补充维生素是否有必要？ 补充的量是多少？ 死亡率的升高是否是补充维生素造成的？ 鲍林声称大量服用维生素C有益健康和