第七章 维生素C

第七章 维生素C 维生素C发现的历史 公元前1550年 埃及的医学莎草纸卷宗中就有坏血病的记载 旧约全书 从公元前1100年到公元前500年 中提到了坏血病 公元前约450年 希腊的 医学之父 Hippocrates叙述了此病的综合症状 即士兵牙龈坏疽 掉牙 腿疼 1309年法国的 圣路易的历史 一书中记述了十字军东征时有一种对 嘴和腿有侵害的 疾病 坏血病 15和16世纪 坏血病曾波及整个欧洲 以致医生们怀疑是否所有的疾病都是起源于坏血病 坏血病开始的时候症状是四肢无力 精神消退 烦燥不安 做任何工作都易疲惫 皮肤红肿 病人觉得肌肉疼痛 精神抑郁 然后他的脸部肿胀 牙龈出血 牙齿脱落 口臭 皮肤下大片出血看来像是严重的打伤 最后是严重疲惫 腹泻呼吸困难 骨折 肺脏或肾脏衰竭而致死亡 早年航海人员因坏血病死亡的灾难不可枚举 因为他们在航行时的食物是面饼和咸肉 含有很少的维生素C 1497年葡萄牙领航员围绕好望角航行到在印度马拉巴尔海岸 在航海途中他的160个船员因坏血病有100人丧生 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 待船到达目的地时 原来的200多人 活下来的只有35人 人们对此找不出原因 1600 1603年英国航海家J Lancaster船长记载了远航到东印度群岛时 他保持了全体水手健康的原因仅仅由于附加了一个 每天早上三匙柠檬汁 的命令 1740年冬 英国海军上将GeorgeAnson率领961水手乘6艘船远征 1741年6月抵达JuanFernandez岛时只剩下335人 半数以上的船员死于坏血病 当时海军上将JohnHawkins发现长期航海时海员发生坏血病的机会和只吃干粮的时间成正比例 如果他们能够吃到新鲜食物 包括柑橘类水果 就会迅速复原 因为新鲜的蔬菜水果是在船上最难保存的食物 所以英国海军致力研究发展其代用品 1747年 英国海军军医在12位患坏血病水手中实验了六种药物 发现了柑桔和柠檬有疗效 1768 1771年和1772 1775年各三年的两次远航中 英国船长在他的船上备有浓缩的深色菜汁和一桶桶泡菜 并每到一个港口便派人上岸收集各种水果和蔬菜 结果 水手们没有一个死于坏血病 1907年挪威的Holst和Frolich和进行了用一种缺乏抗坏血酸的食物喂养豚鼠引起坏血病的试验 Lime juicer 病因和发病情况 主要由于食物中缺乏维生素C而致病 人工哺乳婴儿及成人食物中长期缺乏新鲜果蔬菜 嗜酒 偏食等 或长期感染对维生素C需要量增多时 可患本病 症状 维生素C缺乏后数月 患者感倦怠 全身乏力 精神抑郁 虚弱 厌食 营养不良 面色苍白 牙龈肿胀 出血 并可因牙龈及齿槽坏死而致牙齿松动 脱落 骨关节肌肉疼痛 皮肤淤点 淤斑 毛囊过度角化 周围出血 小儿可因骨膜下出血而致下肢假性瘫痪 肿胀 压痛明显 髋关节处展 膝关节半屈 足外旋 蛙样姿势 1928年在英国剑桥大学 匈牙利科学家Szent Gyorgy从牛肾上腺 柑橘和甘蓝叶中首次分离出一种物质 他称这种物质为己糖醛酸 但他没做抗坏血病影响的实验 1937NobelLaureateinMedicine 1932年匹兹堡大学的C G King等人从柠檬汁中分离出结晶状的维生素C 并在豚鼠体内证实它具有抗坏血酸活性 这标志着一种新营养素的发现 1933年 瑞士科学家Reichstem首次合成了维生素C 第一节维生素C的性质 吸收和代谢 维生素C又名抗坏血酸 ascorbicacid 它是含有内脂结构的多元醇类 其特点是具有可解离出H 的烯醇式羟基 因而其水溶液有较强的酸性 维生素C可脱氢而被氧化 有很强的还原性 氧化型维生素C 脱氢抗坏血酸dehydroascorbicacid 还可接受氢而被还原 维生素C含有不对称碳原子 具有光学异构体 自然界存在的 有生理活性的是L 型抗坏血酸 维生素C的构造式及其氧化还原 维生素C在酸性水溶液 pH 4 中较为稳定 在中性及碱性溶液中易被破坏 有微量金属离子 如Cu Fe 等 存在时 更易被氧化分解 加热或受光照射也可使维生素C分解 维生素C氧化为DHVC 这一反应为可逆的 因此在体内形成氧化还原系统 然后再由DHVC氧化到二酮古洛糖酸 dikotogulonicacicd 草酸等 这一氧化反应是不可逆的 尤其是在碱性介质中 植物组织中尚含有抗坏血酸氧化酶 能催化抗坏血酸氧化分解 失去活性 所以蔬菜和水果贮存过久 其中维生素C可遭到破坏而使其营养价值降低 O2 heat metalionsFe 3 Cu 2noO2 nooxidationevenwithheatMaximumstabilityatpH3 0 4 5 Vit C化学结构与性质 2H 2H H2O 氧化 维生素C 脱氢维生素C 2 3 二酮古洛糖酸 草酸 L 苏阿糖酸 木糖酸 来苏糖酸 木糖 草酸 苏糖酸 维生素C是通过浓度扩散或主动运输机理被小肠吸收进入血液循环中 摄入量的多少可由血清维生素C水平的高低来反映 维生素C在体内的保存率与剂量有关 剂量愈小 在体内保存率愈高 可以完全不从尿排出 摄取100mg 可以完全保留在体内 180mg时保留76 1 5g保留50 大剂量时未被吸收者残留在肠内 影响渗透压 可引起腹泻 在正常情况下 维生素C体库为1500mg 其大小不随身体大小而变化 分布在体内水溶液部分 以肾上腺 胰 脾 唾液及睾丸的浓度最高 人类维生素C的排出途径主要为尿 大便中维生素C及通过呼吸道 以CO2及水形式 排出均甚少 第二节维生素C的生理功能 一 参与体内的羟化反应1 胶元的合成2 类固醇的羟化 3 芳香族氨基酸的羟化 4 有机药物或毒物的羟化 二 还原作用 1 保护巯基和使巯基再生2 促进铁的吸收和利用 3 促进叶酸转变为四氢叶酸4 抗体的生成 一 参与体内的羟化反应 1 胶元的合成维生素C对结缔组织中胶原蛋白及基质中酸性粘多糖的合成都有影响 成纤维细胞合成的肽链中 部分脯氨酸及赖氨酸须分别经脯氨酸羧化酶及赖氨酸羧化酶的作用转变为羧脯氨酸及羧赖氨酸 这类酶需要 酮戊二酸 氧 Fe2 等因素的参加 维生素C不参与反应 它能使酶Fe2 复合体中的铁保持2价 激活酶 维生素C缺乏对快速生长的胶原组织 如伤口愈合等有明显的影响 维生素C对透明质酸有氧化还原解聚作用 维生素C作用为分解透明质酸与蛋白质结合的大分子 因而增加皮肤的渗透性 维生素C也是影响硫酸软骨素的形成 骨骼牙齿毛细血管 ProlylHydroxylase Proline HO Proline ProlineMonooxygenase Ascorbate SemidehydroascorbylRadical 胶原是细胞间质的重要成分 因此 当维生素C缺乏时 胶原和细胞间质合成障碍 毛细管壁脆性增大 通透性增强 轻微创伤或压力即可使毛细血管破裂 引起出血现象 临床上称为坏血病 scurvy 2 类固醇的羟化 正常情况下 体内胆固醇约有80 转变为胆酸后排出 在胆固醇转变为胆酸前 需先将环状部分羟化 7 羟化作用 而后侧链断裂 最终生成胆酸 缺乏维生素C则此种羟化过程受阻 胆固醇转变成胆酸的作用下降 肝中胆固醇堆积 而血中胆固醇浓度增高 因此 临床上用大量维生素C可降低血中胆固醇 其机理可能在于维生素C促进胆固醇向胆酸转变 3 芳香族氨基酸的羟化 酪氨酸为非必需的氨基酸 可以由苯丙氨酸羟化转变而来 这个羧化过程中需要四氢喋啶参加 但逐渐氧化失去作用 维生素C及NADPH将其还原 恢复其作用 羟化酶 Vit CPheTyr儿茶酚胺类 NE E DA 酪氨酸在分解代谢中 先经氨基转换酶作用变成对羧基丙酮酸 再变为尿黑酸 在这些过程中有羧基化步骤 需要 羧基丙酮酸氧化酶及其他因素 如O2 酮戊二酸 Fe2 维生素C为维持Fe2 为还原状态 酪氨酸量少 维生素C缺乏时也可以进行分解代谢 但酪氨酸大量时 则需要维生素C 体内一些具有生理作用的儿茶酚胺 由酪氨酸转变而来 酪氨酸羧基化变为多巴 然后去羧基变成多巴胺 再羧化为去甲基肾上腺素 再甲基化变化肾上腺素 维生素C营养状况与这些羧基化作用有关 肌体缺乏肾上腺素 正常的代谢过程受阻挠 肌体会感到疲劳和虚弱 DopamineHydroxylase Dopamine Norepinephrine Dopamine Monooxygenase Cu Cu2 Ascorbate SemidehydroascorbylRadical 4 有机药物或毒物的羟化 合成4 氨基联苯胺及2 萘胺的工人易患膀胱癌 因而怀疑这些物质的代谢产物 如邻羧或羟胺基的化合物 在尿中可能为膀胱的致癌物质 一定量维生素C存在时 可以阻止其氧化 亚硝酸盐可以与仲或叔胺作用 在胃中形成亚硝胺 这类物质有致癌作用 在食物添加剂及杀虫剂中常含有这些胺类 维生素C可与胺竞争 与亚硝酸盐作用 因而阻止亚硝胺的产生 但它须与亚硝酸盐同时存在于胃中 其浓度以分子量计 应为亚硝酸盐的2倍 二 还原作用 1 保护巯基和使巯基再生已知许多含巯基的酶当其在体内发挥催化作用时需要有自由的 H 而维生素C能使酶分子中 SH保持在还原状态 从而保持酶有一定的活性 维生素C还可使氧化型的谷胱甘肽 G S S G 还原为还原型的谷胱甘肽 G SH 使 SH得以再生 从而保证谷胱甘肽的功能 维生素C与谷胱甘肽氧化还原反应的关系 1 G SH还原酶 2 G SH过氧化酶 某些含巯基的酶在金属中毒 如铅中毒 时被抑制 给以大量维生素C往往可以缓解其毒性 据认为 金属离子能与体内巯基酶类的SH结合 使其失活 以致代谢障碍而中毒 维生素C可以将G S S G还原为G SH 后者可与金属离子结合而排出体外 所以维生素C能保护含巯基的酶 具有解毒作用 维生素C解毒示意图 2 促进铁的吸收和利用 维生素C能使难吸收的Fe 还原成易吸收的Fe 促进铁的吸收 它还能促使体内的Fe 还原 有利于血红素的合成 此外 维生素C还有直接还原高铁血红蛋白 MHb 的作用 3 促进叶酸转变为四氢叶酸 叶酸在体内必须转变成四氢叶酸 FH4或THFA 才有生理活性 小肠粘膜 肝及骨髓等组织含有叶酸还原酶 NADPH和维生素C的参与下 可催化此种转变 4 抗体的生成 抗体分子中含有相当数量的双S键 所以抗体的合成需要足够量的半胱氨酸 体内高浓度的维生素C可以把胱氨酸还原成半胱氨酸 有利于抗体的合成 维生素C增强机体的免疫功能不限于促进抗体的合成 它还能增强白细胞对流感病毒的反应性以及促进H2O2在粒细胞中的杀菌作用等 5作为一种自由基清除剂 Oxidationofascorbicacid A ascorbicacid B 6 O octanoyl ascorbicacid C 6 O dodecanoyl ascorbicacid D 6 O tetradecanoyl ascorbicacid E 6 O octadecanoyl ascorbicacid F 6 O dodecanedioyl ascorbicacid G 6 O docosanedioyl ascorbicacid H 6 O thapsoyl ascorbicacid I 6 O suberoyl ascorbicacid J 6 O adipoyl ascorbicacid K vitaminE L 5 6 O octylidene ascorbicacid M 6 O perfluorododecanoyl ascorbicacid N glutathione O trans retinale P trans retinoicacid Q epicatechin R caffeicacid S rutin T oleuropein U isorhoifolin V oliveoil A W oliveoil B X tyrosol 第三节维生素C的剂量与大剂量的副作用 NEWDRIs 75mgforadultwomen90mgforadultmen OldRDAs 60mgforadults75 95mgforpregnantandlactatingwomen35 40mg dayinchildren ages1 3Therequirementinsmokersmaybeincreasedto100mg day DeficiencySymptomsofVitaminCScurvyadiseasethatcausesexcessivebleeding looseteeth andswollengumsSlowhealingwoundsandfracturesSwollenorpainfuljointsBruisingandpetechiae spotsofbloodundertheskin ssurface 皮下出血 Nosebleeds 鼻出血 ImpaireddigestionLossofappetiteAchingjoints ExcessiveIntakeandToxicitySymptomsofVitaminC 1 000 5 000milligrams DiarrheaMaycausekidneystonesImpairedimmunefunctionWithdrawalsymptoms 推测的可能原因 1 Thereisasaturationlevel beyondwhichthebodycannotabsorbadditionalquantitiesofvitaminC Intakegreaterthanthatneededforsaturationisimmediatelypumpedoutbythebody Ifsuchamountsaretakenforanextendedperiodoftime thebodybecomestrainedto pumpout theamountofexcess Then whenthedosageisreduced thebodystillkeepspumpingouttheamountitthinksisinexcess eventhoughitisnowneeded 2 Ascorbicacidcanturntraitor Itisnormallyagoodanti oxidant whichisusefulforthebody However inlargedosesascorbicacidcanchangebehavior Itcansuddenlybecomeanoxidizer notananti oxidizer 3 longtermmegadoseusagegivessomepeoplekidneystones 1954NobelLaureateinChemistry1962NobelPeacePrizeLaureate 1970年两次获得诺贝尔奖的化学家莱纳斯 鲍林出版 VitaminCandCommonCold 一书 提出高剂量 远远超过1g 的维生素C可以预防和治疗感冒 虽然医药界激烈反对他的论点 但是鲍林的研究的确引起了学术界对应用超过RDA剂量维生素C的重视 带动了世界各地大量的同类研究 这本书畅销美国 民众抢购维生素C以致造成世界性缺货 奇怪的是1970年之后 美国人因心脏病死亡率显着下降 而同样是发达国家的西欧人和日本人的心脏病死亡率却持平 许多人认为这是维生素C预防心脏病的有力左证 1979年EwanCameron医师和鲍林出版 癌症和维生素 CancerandVitaminC 一书 提出高剂量的维生素C可以帮助癌症患者及治疗一些癌症 再度挑起医药界激烈的反对 美国国家卫生院NIH特别商请着名的Mayo医院的癌症医师C G Moertel做两次双盲实验证明高剂量维生素C不能治疗癌症 但是两次实验的过程有许多问题 其结果并没有平息维生素C治疗癌症的争议 1992年