生物化学维生素与辅酶课件

第四章,维生素与辅酶,本章重点及难点 重点： 掌握维生素的辅酶形式及其英文缩写、生化功能；了解各种维生素相对应的缺乏症及来源。 难点： 水溶性维生素作为辅酶或辅基的结构特点。,维生素与辅酶,定义：维持生物正常生命过程必需的一类小分子有机化合物，它在生物体内含量极少，大多数由食物供给，人体自身不能合成它们。 维生素的每日需要量甚少(常以毫克或微克计)，它们既不是构成机体组织的原料，也不是体内供能的物质，然而在调节物质代谢、促进生长发育和维持生理功能等方面却发挥着重要作用，如果长期缺乏某种维生素，就会导致疾病(avitaminosis)。 维生素原 本来不具有维生素活性,在体内可转化为维生素的物质。,发现历史,可以追溯到东晋的葛宏、梁代的陶宏景。 Lind (1753)和Eijkmann(1896)等人的发现和前期工作，Vitamin一词的来源，是1911年波兰科学家Funk从米糠中分离出一种对多发性神经炎有效的结晶性物质有关，由于当时不知道其化学本质，认为是一种生命必须的胺（Amine），1912年Funk提出了抗脚气病、抗坏血病、抗赖皮病、抗佝偻病的四种物质，称其为生命胺（Vitamine），后来发现他们并不是“胺”类，因而将最后一个字母“e”去掉，于1920年定名为维生素（Vitamin）。,维生素的命名,维生素有几十类，在化学结构上无共同特点，分类方法一般按下面几种： 1、按发现时间先后次序命名，如A、B、C、D、E等 2、按其特有的生理功能，或治疗作用命名，如抗干眼病因子（Vitamin A），抗癞皮病因子（烟酸） 3、按化学结构命名，如视黄醇、硫胺素、核黄素,维生素分类,（1）脂溶性维生素： VA、VD、VE、VK 在体内可直接参与代谢的调节作用 涉入太多会引起中毒 （2）水溶性维生素 B族维生素、Vc、硫辛酸 作用：通过转变成辅酶对代谢起调节作用 不易贮存，应随时摄入,维生素特点：,1.均以维生素本身，或可被利用的前体化合物（维生素原）的形式存在于食物中 2.非机体结构成分，不提供能量，但担负着特殊的代谢功能 3.一般不能在体内合成或合成量太少，必须由食物提供。 4.人体只需少量即可满足，但不能缺少，否则会引起缺乏病,维生素是机体维持正常生命活动所必不可少的一类小分子有机物质，不作为组织构成的原料,也不是供能物质 。 多数维生素作为辅酶和辅基的组成成分，参与体内的物质代谢。 缺乏原因： 1.缺乏必要的科学营养知识 2.摄入量不足丢失增多 3.需要量增加 4.其他,维生素的主要作用,动物-不能合成,由食物供给 植物-般能合成 微生物-有些可以， 有些不行,第一节,脂溶性维生素,共同特点 均为非极性疏水的异戊二烯衍生物 不溶于水，溶于脂类及脂肪溶剂 在食物中与脂类共存，并随脂类一同吸收 吸收的脂溶性维生素在血液与脂蛋白及某些特殊结合蛋白特异结合而运输 种类 VitA, VitD, VitE, VitK,一、维生素A （抗干眼病维生素）,（一）结构,VA1存在于海鱼肝中，VA2存在于淡水鱼肝中。鱼肝油中含量最丰富。 植物中不含VA，只含有VA的前身胡萝卜素（VA原，本来不具有维生素活性，但在体内可转变为维生素的物质。）。胡萝卜素有近10种异构体，其中胡萝卜素最重要，每100g鲜胡萝卜肉中（不含皮）含9.9mg胡萝卜素，其中7.7mg为胡萝卜素。,维生素A原（-胡罗卜素）,（二）维生素A生理功能： 1、维持上皮组织的完整性和细胞膜的通透性； 2、维持正常视觉； 3、有助于动物生殖和泌乳,促进年幼动物生长等。 人缺乏会引起夜盲症等。过量服用会引起中毒，食 欲不振、失眠、头疼、疲倦、肌肉、关节疼痛、口 唇龟裂出血、鼻出血、皮肤瘙痒、性情急噪等。,暗视觉的生化基础, 暗视觉中的感光物质视紫红质,视紫红质,视蛋白+视黄醛,杆状细胞中含有感光物质视紫红质,VitA （末端OH）,醇脱氢酶,视黄醛 （末端CHO）,弱光,视紫红质中的视黄醛是11-顺视黄醛。,11-cis-Retinal, 11-顺视黄醛与视蛋白以schiff base结合,视蛋白,Schiff 碱,视紫红质,视紫红质,视蛋白,11-顺视黄醛,全反视黄醛,暗处,光,视紫红质的合成、分解与视黄醛的关系,小结,（1）称为抗干眼病维生素 （2）-胡萝卜素（VA原）2VA。 （3）天然维生素A分A1, A2两种，是不饱和一元醇类。维生素A1又称 为视黄醇，A2称为脱氢视黄醇 （4）肝、蛋黄、胡萝卜、青菜、玉米中含量量较多。,二、维生素D,（一）结构 维生素D和D原都是类固醇化合物，其母核为环戊烷多氢菲。 维生素D的通式,（二）功能,（1）抗佝偻病的维生素 （2）维生素D是固醇类化合物，主要有D2（麦角钙化醇）,D3（胆 钙化醇）。它们由VD源麦角固醇和胆固醇分别转化而来。 （3）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。 （4）调节钙磷的代谢， 使骨骼正常发育。 （5）VA、VD不要同时食用。,三、维生素E,（一）结构,6-羟苯骈二氢吡喃衍生物,VE属酚类化合物，又称生育酚或抗不育维生素。 VE与动物生殖机能有关，缺乏VE会影响鼠类生殖力。 VE治疗人类的不育症无显著效果。它具有抗氧化剂功能可使细胞膜上不饱和脂肪酸免于氧化而被破坏，从而延长红细胞寿命。还具有保护巯基（-SH）和抗衰老、防治肿瘤等作用。 VE在自然界广泛分布，蔬菜、谷类及动物性食品中都含有。种子的胚芽尤其是麦胚、玉米油、花生油含量都很高。芝麻虽小但胚芽含VE也多。膳食中VE的最好来源是植物油。以豆油含量最高（94mg/100g豆油），其次是玉米油（83mg/100g玉米油）。VE常用于食品、药品、和美容等方面作为抗氧化剂。缺乏会引起肌肉萎缩、营养性贫血，但未见不育。,（二）性质,维生素E对氧十分敏感，极易被氧化而保护其他物质不被氧化，是动物和人体中最有效的抗氧化剂。,（三）功能,1、抗不育,2、保护肌肉,3、维持红细胞的正常形态和功能,小结,（1）生育酚，目前发现的有6种，其中，四种有生理活性 （2）VE缺乏，易出现心血管病变；VE抗衰老。 （3）花生油、玉米油及豆类、蔬菜中含量高。且体内易贮存、代谢慢，不易缺乏。,维生素K可促进凝血而称为凝血维生素。VK是萘醌的衍生物。 维生素K族有K1、K2、K3、K4 。 K1、K2是天然存在的。 K1主要存在于绿叶植物及动物肝脏，K2是 人体肠道中细菌代谢产物。 K3、K4是人工合成的。,四、维生素K,1结构,2功能,促进血液凝固，所以维生素K也称凝血维生素。,Vit K,vitK的作用是促使肝脏合成凝血酶原,另外，其它凝血因子7、9、10的合成也依赖于vitK,尿激酶原,血纤维蛋白溶酶原,降解物 （血栓溶解）,尿激酶,血纤维蛋白溶酶,血纤维蛋白,小结,（1）具有凝血的功能，因此又称凝血维生素。 （2）功能：促进肝脏合成凝血酶原，调节凝血因子， 促进血液凝固。 （3）VK1可从植物中分离到；VK2肠内细菌可以合成。,第二节,水溶性维生素,(一)维生素B1和羧化辅酶,（1）维生素B1又称硫胺素。发现最早的维生素（1897年）。1935年确定其结构并人工合成。广泛存在于植物中，主要是种子的外皮和胚芽中。如：米糠、麦麸中含量丰富，酵母中含量最多，肝、瘦肉、肾、脑、蛋等含量较多，胡萝卜、豆类、白菜、芹菜含量较多，一般水果中含量较少。,(一)维生素B1和羧化辅酶,VB1与糖代谢关系密切。其辅酶形式为TPP（焦磷酸硫胺素），TPP是催化丙酮酸或-酮戊二酸氧化脱羧反应的辅酶，又称羧化辅酶。结构和辅酶作用见P-124。,(一)维生素B1和羧化辅酶,（2）缺乏症： 缺乏VB1时，丙酮酸不能氧化，造成神经组织中丙酮酸和乳酸的堆积，能量供应减少，影响神经及心肌的代谢和机能。人则出现脚气病，动物出现多发性神经炎。表现为食欲不振、消化不良。 （3）功能： 焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶，是催化酮酸的脱羧反应。 （4）存在：植物体内、尤其是谷物的外皮中含量最高。,(二)维生素B2与黄素辅酶,维生素B2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。 纯品为黄色结晶体。易溶于水，在加热（煮沸）或紫外线照射下易破坏失去活性。广泛存在于动植物界。酵母、肝、肾、心肌、鱼类含量最丰富。小麦、黄豆、菠菜、白菜、发芽的种子含量较多。见P-125 生物体内以黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的形式存在。是多种氧化还原酶的辅酶。,(二)维生素B2与黄素辅酶,（1）核黄素(维生素B2)在生物体内的活性形式： FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸) FMN(黄素单核苷酸) （2）缺乏症：组织呼吸减弱，代谢强度降低。 VB2缺乏往往伴随B族维生素的缺乏，影响物质代谢。 主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。 （3）功能：是多种氧化还原酶的辅酶。在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。 （4）存在： 小麦、表菜、黄豆、肝脏等。,FMN FAD,维生素B2和黄素辅酶的结构,(三)泛酸与辅酶A,（1）又称遍多酸。也称VB3。最初从肝脏中分离获得。由于普遍存在于生物体的一切细胞中而称为泛酸和遍多酸。其辅酶形式为辅酶A，见P-126 辅酶A 所含巯基可与酰基形成硫酯，其重要功能是在代谢中作为酰基的载体；另一种活性形式为ACP（酰基载体蛋白质）。 CoA -SH 在代谢中作为酰基载体；在三大代谢及重要物质的合成中起重要作用；功能部位在-SH上，常以HSCoA表示。 如携带乙酰基：CH3CO-SCoA乙酰辅酶A。 该维生素虽然重要但并不缺乏，动植物食品中存在丰富，肠道中细菌也可合成。一旦缺乏会出现神经机能紊乱，心血管疾病和消化不良。,（2）功能：是传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。 （3）分布：分布广泛，肠内细菌也可以合成，所以一般不缺乏。,(三)泛酸与辅酶A,(四)维生素PP和辅酶和辅酶,也称为VB5，也称抗癞皮病维生素或烟酰胺nicotinamide） 见P-127。 其纯品是白色针状晶体。易溶于水和酒精，加热至沸和加压都不会失活。酵母、米糠、麦麸、肝、瘦肉乳中含量丰富，叶菜和番茄中含量也较多。体内色氨酸可以转化为VPP，60mg可转化为1mgVPP。玉米中缺少色氨酸，因此长年食用玉米的地区常出现缺乏症。缺乏VPP会得癞皮病，初期口腔发烧、流口水、腹泻，身体对称部位及外露皮肤出现炎症，变成青铜色，并角质化，伴有全身疲倦、记忆衰退、失眠、痴呆、幻觉甚至死亡。,(四)维生素PP和辅酶和辅酶,结构：维生素B5是吡啶的衍生物，包括二种物质： 尼克酸(烟酸)、尼克酰胺(烟酰胺)，体内多以尼克酰胺形式存在，性质稳定。,吡啶-3-羧酸 nicotinic acid,吡啶-3-酰胺 nicotinamide,含烟酰胺的辅酶有两种：,B5是NAD和NADP的组成成分，NAD和NADP是许多脱氢酶的辅酶，参与递氢。 1）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸， 简称NAD+或Co；NAD+ NADH 2）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，简称NADP或Co；NADP+ NADPH,含烟酰胺的辅酶有两种：,辅酶生理功能：,1）NAD+和 NADP +是多种酶的辅酶， a、其作为H的载体： MH2 + NAD(P) + M + NAD (P) H + H + （氧化态） （还原态）,b、 起偶联反应的作用：,C、NAD+为DNA连接酶的辅酶，为DNA的复制提供能量,(四)烟酸、烟酰胺与脱氢辅酶(VB5),（1）生物体内的活性形式： NAD+ ：烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I NADP+：烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸磷酸,又称为辅酶II （2）功能：是多种重要脱氢酶的辅酶。 （3）缺乏症：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。即癞皮病。 （4）分布：肉类、谷物、花生及酵母含量丰富。 玉米缺乏色氨酸，长期食用玉米，可能出现缺乏症。 （肝脏可将色氨酸转变为烟酰胺）,(五) VB6与磷酸吡哆醛,化学本质： VB6是吡啶的衍生物，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。,三种物质在体内均以磷酸酯形式存在，可互相转变，参加代谢的主要是磷酸吡哆醛（PLP）和磷酸吡哆胺（PMP）。,(五) VB6与磷酸吡哆醛,（1）吡哆素(维生素B6，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。 （2）磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛（PLP） 磷酸吡哆胺（PMP）。 （3）磷酸吡哆醛在氨基酸代谢中作为转氨酶的辅酶，转氨酶通过磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用。 （4）肠道细菌可以合成，一般不缺乏。长期酗酒和患结核病的人应补充VB6。,(六)生物素与羧化辅酶,生物素化学本质：生物素结构为带戊酸侧链的噻吩与尿素结合的骈环，是一种B族维生素,B7。 (1)生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中起传递和固定CO2的作用 (2)生物素是羧化酶的辅酶。 (3)缺乏症：缺乏VB7，消瘦、皮炎、脱毛、神经过敏，一般不缺乏。,尿素部分,硫戊烷环部分（噻吩环）,C5酸根部分,尿素环上的一个N可与CO2结合,(七)叶酸与四氢叶酸,叶酸（folic acid）即维生素B11。最初从菠菜叶分离出来而得名。见P-130。 叶酸为黄色晶体，微溶于水，易分解。它参与细胞的生长、繁殖和形成。在核酸的合成中起重要作用，一旦缺乏会使红细胞内核酸合成障碍造成贫血。因此，它又称为抗贫血维生素。5，6，7，8-四氢叶酸是叶酸的辅酶形式，参加多种反应。它是甲基、亚甲基、甲酰基次甲基等的载体。它在代谢中起重要作用，主要生理功能见P131。 叶酸大量存在于绿叶菜中，肠道中细菌可以合成，故不易缺乏。 叶酸为鲜黄色物质，微溶于水，在水溶液中易被光破坏。 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。,(七)叶酸与四氢叶酸,（1）四氢叶酸（FH4、THF）是合成酶的辅酶。 （2）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。 （3）叶酸缺乏会导致贫血。 （4）分布：青菜、