第六章--维生素与激素化学

1 2 3 第一节维生素概述 第六章维生素与激素化学 第二节脂溶性维生素 第三节重要的水溶性维生素 4 5 6 第四节激素的概念和类别 第六节植物激素 第五节动物激素 第七节激素的作用机制 6 7 一 维生素的概念及其重要性二 维生素的命名和分类 第一节维生素概述 维生素 也称维他命 是一种生物体内只需微量就能对机体起作用的不可缺少的有机营养素 有些生物体能自行合成一部分 大多数由食物供给 一 维生素的概念及其重要性 一 维生素的概念及其重要性 重要性 对有机体的生长 生理机能的调节起着十分重要的作用 尤为重要的是绝大多数维生素通过辅酶或辅基的形式参与生物体内的酶反应体系 调节酶活性及代谢活性 1 维生素的命名2 维生素的分类 二 维生素的命名和分类 习惯上采用拉丁字母A B C等来命名 根据生理功能来命名 如维生素C 有预防坏血病的作用 又称为抗坏血病维生素 依据其化学结构来命名 如维生素B1 因分子中含有硫和氨基 又称为硫胺素 1956年 国际纯化学和应用化学命名委员会要求按化学性质来命名 但固有的习惯命名仍然采用 1 维生素的命名 维生素 2 维生素的分类 一 维生素A二 维生素D三 维生素E四 维生素K 第二节脂溶性维生素 一 维生素A 1 维生素A的化学结构2 维生素A的功能3 维生素A来源与缺乏症 1 维生素A的化学结构与性质 维生素也称视黄醇 是含 白芷酮环的异戊二烯的聚合物 属于萜类物质 维生素A1维生素A2 1 维生素A的化学结构与性质 植物界某些类胡萝卜素可转变为视黄醇 3 维生素A的来源与缺乏症 1 来源主要来源于新鲜水果和蔬菜 动物和鱼类的肝脏中也富含 2 缺乏症夜盲症 干眼病 呼吸道感染 肾髓质细胞形成结石 腺体的管腔被阻塞等病症 视紫红质全反视黄醛全反型维生素A暗处视蛋白11 顺型视黄醛11 顺型维生素A 视黄醛可与视蛋白内Lys的氨基结合形成视紫红质 在弱光处视物时 视紫红质中的11 顺型视黄醛感光 发生异构化反应变为全反型视黄醛 反应的同时可出现神经冲动 引起视觉 弱光 NADH NADH 二 维生素D 1 维生素D的化学结构2 维生素D的功能3 维生素D来源与缺乏症 1 维生素D的化学结构与性质 1 结构 环戊烷多氢菲的衍生物 属固醇类化合物 有D2 D3 D4 D5 维生素D2维生素D3 2 维生素D的功能 与骨骼的正常钙化有关 动物体内胆钙固醇转化成有活性的1 25 二羟胆钙固醇的过程 维生素D是固醇类化合物 主要有D2 D3 D4 D5 其中D2 D3 鱼肝油 活性最高 维生素D原 3 维生素D的来源与缺乏症 7 脱氢胆固醇为维生素D3原 动物 麦角固醇为维生素D2原 植物 3 维生素D的来源与缺乏症 1 来源动物的脑 肾 肝 皮肤以及牛奶 卵黄中含有 植物体内不含 2 缺乏症儿童时期易发生佝偻病 成人导致软骨病 三 维生素E 1 维生素E的化学结构与性质2 维生素E的功能3 维生素E的来源与缺乏症 1 维生素E的化学结构与性质 又叫生育酚 目前发现有8种 属于酚类化合物 2 维生素E的功能 抗氧化作用 维持生殖机能 促进血红素代谢 3 维生素E的来源与缺乏症 1 来源存在于蔬菜 谷物和动物性食品中 种子的胚芽中含量最为丰富 2 缺乏症人的红细胞脆化 易被破坏 导致贫血 动物的不孕 四 维生素K 1 维生素K的化学结构2 维生素K的功能3 维生素K的来源与缺乏症 1 维生素K的化学结构与性质 是一类促进血液凝固的萘醌衍生物 又称凝血维生素 有K1和K2 K3和K4 2 维生素K的功能 参与凝血酶原的激活 作为电子传递体系的组分 在氧化磷酸化反应中作为电子受体 3 维生素K的来源与缺乏症 1 来源绿色蔬菜都富含维生素K 动物的肝脏 蛋黄中含量丰富 人和动物肠道内细菌可以合成维生素K 2 缺乏症凝血时间延长 一 维生素B1和焦磷酸硫胺素二 维生素B2和黄素类核苷酸三 维生素B3与辅酶A四 维生素B5和辅酶 辅酶 五 维生素B6和磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺六 维生素B7和生物素七 维生素B11和四氢叶酸八 维生素B12和B12辅酶九 维生素C十 硫辛酸 第三节重要的水溶性维生素 1 维生素B1的化学结构 维生素B1 硫胺素 一 维生素B1和焦磷酸硫胺素 1 维生素B1的化学结构与性质 在体内硫胺素常以焦磷酸硫胺素 TPP 的形式存在 一 维生素B1和焦磷酸硫胺素 功能 催化 酮酸的脱羧反应 1 来源人和动物不能合成 但可以在细胞内合成焦磷酸硫胺素 TPP 酵母细胞中含有维生素B1 五谷种子外皮 胚芽 瘦肉 核果 蛋类中维生素B1含量较多 而蔬菜和水果中所含较少 3 Vb1的来源 功能与缺乏症 一 维生素B1和焦磷酸硫胺素 3 维生素B1的来源与缺乏症 2 功能与缺乏症脱羧酶的辅酶 参与脱羧作用 缺乏导致 脚气病 症状如心跳加快 下肢沉重 四肢麻木等 多发性神经炎 头部抽缩 湿性脚气病 腿部广泛性水肿 1 维生素B2的化学结构 维生素B2 核黄素 二 维生素B2和黄素类核苷酸 2 维生素B2的功能 在机体内与ATP作用转化为FMN和FAD FAD和FMN是黄素酶类的辅基 黄素 腺嘌呤二核苷酸 黄素单核苷酸 二 维生素B2和黄素类核苷酸 2 维生素B2的功能 FAD和FMN是黄素酶类的辅基 二者均利用N1和N10两个氮原子来转移氢原子和电子 FMN 2e 2H FMNH2FAD 2e 2H FADH2 3 维生素B2的来源与缺乏症 1 来源自然界广泛存在人和动物体内不能合成 2 缺乏症细胞代谢失调 引起眼角膜和口角血管增生 白内障 口角炎 眼角膜炎等 雏鸡生长发育受阻 1 维生素B3的化学结构 维生素B3 泛酸是由 二羟基 二甲基丁酸和一分子丙氨酸缩合而成 二羟基 二甲基丁酸 丙氨酸 三 维生素B3与辅酶A 2 维生素B3的功能 泛酸以辅酶A作为酰基的载体 是体内酰化酶的辅酶 3 维生素B3的来源与缺乏症 1 来源广泛存在于动 植物组织中 微生物能合成 人类和其它哺乳动物不能合成 但人体肠道细菌可以合成 2 缺乏症人体一般不会缺乏 1 维生素B5的化学结构与性质 烟酸 尼克酸 烟酰胺 尼克酰胺 四 维生素B5和辅酶 辅酶 2 维生素B5的功能 形成辅酶I和辅酶II 参与递氢作用 3 维生素B5的来源与缺乏症 1 来源人类和动物可通过肠道内细菌利用色氨酸合成烟酸 2 缺乏症对称性皮炎又称癞皮病 1 维生素B6的化学结构与性质 五 维生素B6和磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺 维生素B6又称吡哆素 包括吡哆醇 吡哆醛 吡哆胺 2 维生素B6的功能 形成磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺作为多种酶的辅酶 3 维生素B6的来源与缺乏症 1 来源酵母 肝脏 谷物 肉类 蛋黄 豆类和花生中含量都较多 人体肠道细菌能合成 2 缺乏症神经系统功能异常 出现抑郁 精神紊乱等症状 还会出现血色素降低 白细胞类型反常 皮脂溢出 舌炎 口炎和鼻炎等 1 维生素B7的化学结构 六 维生素B7和生物素 2 维生素B7的功能 多种羧化酶的辅酶 参与二氧化碳的固定反应 3 维生素B7的来源与缺乏症 1 来源广泛存在于动 植物体内 人体肠道细菌能合成 2 缺乏症动物缺乏会出现皮肤病 消瘦 脱毛和神经过敏等症状 脚趾皮肤角化 1 维生素B11的化学结构2 维生素B11的功能3 维生素B11来源与缺乏症 七 维生素B11 叶酸 和四氢叶酸 1 维生素B11的化学结构 七 维生素B11 叶酸 和四氢叶酸 2 维生素B11的功能 叶酸在维生素C和还原型辅酶II参与下 转变成具有生理活性的四氢叶酸 THFA或FH4 2 维生素B11的功能 四氢叶酸是转一碳基团酶系的辅酶 可参与多种反应 它是甲基 亚甲基 甲酰基 次甲基等的载体 3 维生素B11的来源与缺乏症 1 来源分布较广 如绿叶 肝 肾 菜花等 人体肠道细菌能合成 2 缺乏症影响血细胞的生成 导致恶性贫血 舌炎和胃肠疾患等 1 维生素B12的化学结构 VB12是一种抗恶性贫血的维生素 又称为钴维素 钴胺素 它是维生素中唯一含有金属元素的 八 维生素B12和B12辅酶 2 维生素B12的功能 以辅酶方式参加各种代谢作用 促进蛋白质合成和红细胞生成 参与甲酰基转移反应 参与变位反应 3 维生素B12的来源与缺乏症 1 来源肝脏 牛奶 肉类等均富含 植物中一般不含 某些微生物可以合成 人体肠道细菌能合成 2 缺乏症恶性贫血等 1 维生素C的化学结构与性质 1 结构 氧化型 还原型 九 维生素C 2 维生素C的功能 羟化酶的辅酶 促进羧化作用和氧化还原作用 具有抗氧化作用 九 维生素C 3 维生素C的来源与缺乏症 1 来源主要来源于新鲜水果和蔬菜 人类 灵长类和豚鼠不能合成 2 缺乏症坏血病 1 硫辛酸的化学结构 十 硫辛酸 2 硫辛酸的功能 作为辅酶 在氧化脱羧反应中起作用 在丙酮酸脱氢酶复合物和 酮戊二酸脱氢酶复合物中 催化酰基的产生和转移 第四节激素的概念和类别 概念 1904年 BaylissW及StarlingE提出 激素是生物体内特定细胞产生的对某些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质 在机体的代谢过程或生理过程起调控作用 类别 动物激素 植物激素 脊椎动物激素 无脊椎动物激素 氨基酸衍生物激素 肽和蛋白质激素 类固醇激素 脂肪酸衍生物激素 甲壳类激素 昆虫激素 激素 产生部位 不是所有的细胞 是某些特定的组织细胞 作用部位 不在产生部位 经体液运输到靶器官 细胞 效率 量少 作用大 功能 调节新陈代谢 协调机体各部位功能 调节 分泌量随内外环境变化而增减激素调控往往是局部性的 直 间接受到神经系统的控制 激素的特点 人体部分内分泌腺示意图 6 5 1激素的化学本质 1 含氮激素蛋白质激素 前垂体 甲状旁腺 胰岛多肽激素 下丘脑 调节垂体前叶的功能 氨基酸衍生物激素 甲状腺 肾上腺髓质2 固醇类激素性腺和肾上腺皮质分泌的激素 3脂肪酸衍生物激素主要由生殖系统及其它组织分泌产生 第五节动物激素 1 甲状腺激素 甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的三碘甲腺原氨酸 三碘甲腺原氨酸的活性约为甲状腺素的5 10倍 二者的结构如下 天然的甲状腺素是酪氨酸衍生物 均为L 构型 甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织 能将体内70 80 的碘富集在其中 6 5 1 1氨基酸衍生物激素 生理功能 在甲状腺素的合成中 碘化过程并不是发生在游离的酪氨酸上 而是甲状腺球蛋白分子中的酪氨酸残基发生碘化反应 主要是促进糖 脂及蛋白质的代谢 促进机体的生长发育和组织分化 对中枢神经系统 循环系统 造血过程 肌肉活动及智力和体质的发育等均有显著作用 幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状腺时 将引起发育迟缓 身材矮小 行动呆笨而缓慢 呆小症 成年动物甲状腺机能减退时 出现厚皮病 心博减慢 基础代谢降低 性机能低下 反之 甲状腺机能亢进 动物眼球突出 心跳加快 基础代谢增高 消瘦 神经系统兴奋性提高 表现为神经过敏等 还有一种由于食物中长期缺碘引起地方性甲状腺肿 2 肾上腺素 肾上腺分为髓质和皮质两部分 髓质分泌肾上腺素和少量去甲肾上腺素 去甲肾上腺素主要由交感神经末梢分泌 他们也是酪氨酸的衍生物 为R 构型 肾上腺素主要促使肝糖原分解 使血糖增加 又能促使肌糖原分解 使乳酸增加 去甲肾上腺素也有上述作用 但作用较弱 功能 肾上腺素可使血管收缩 并能刺激心脏 使心肌收缩力增加 心跳加快 所以使血压升高 对心脏作用大 临床上被用来作为升压药物 起抗休克作用 去甲肾上腺素也能使血压升高 但机制不同 去甲肾上腺素主要使除冠状动脉以外的全身小动脉收缩 所以使血压升高 对血管作用大 总的来讲肾上腺素和去甲肾上腺素使血糖 血压 狗急跳墙 血流速度快 血氧 血糖高 麻黄素和伪麻黄素 麻黄素含有二个手性碳原子 其构型为1R2S 与R 构型肾上腺素相似 具有较高的生理活性 伪麻黄素的构型为1S2S 其生理作用则有明显的差异 6 5 1 2肽及蛋白质激素 由脑垂体 下丘脑 胰腺 甲状旁腺 胃肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多肽或蛋白质激素 这些激素具有各种各样的功能 1 脑垂体激素 脑垂体在神经系统的控制下 起调节体内各种内分泌腺作用 垂体可分为前叶 中叶和后叶三个部分 脑垂体分泌的激素共有10多种 生长激素 GH 促甲状腺素 TSH 促肾上腺皮质激素 ACTH 催乳素 LTH 促卵泡素 FSH 黄体生成素 LH 促黑色细胞素 MSH 催产素 加压素垂体前叶和中叶能够合成激素 后叶只能存储和分泌激素 后叶所分泌的激素由下丘脑合成 生长激素 GH 化学本质 蛋白质 不同来源的GH Mr不同 Mr2万 5万 结构差异较大 如人的GHMr21000由191个氨基酸组成 牛的GHMr46000 由396个氨基酸组成 不同种属来源的GH结构不同 但有一部分序列是相同的 这相同的序列与生物功能有关 1 促进蛋白质和RNA的生成 2 调节蛋白质 糖和脂肪代谢 3 刺激骨与软骨的生长 最主要 4 促进粘多糖及胶原的合成对神经系统的发育和生长影响不大过多 幼体 巨人症成人 肢端肥大缺乏 侏儒 功能 21岁高仅1 15米的应城学生陈巍走进了湖北经济学院 化学本质 都是糖蛋白 都由两条多肽链组成 分别称为 链 链 每条多肽链都含有糖 比较短的一条是 链 较长的一条是 链 也称 亚基 亚基 这三种激素 链结构很相似 不同的在 链 不同激素特有的生理活性是由 链决定的 促甲状腺素 TSH 促卵泡激素 FSH 促黄体生成素 LH 促激素 促性腺激素 推测这三种激素有一个共同的祖先 即从同一个前体分子来的 促甲状腺激素 靶腺是甲状腺 促使甲状腺发育以及分泌甲状腺激素 从而影响全身代谢 功能 促黄体生成素 又称促间质细胞激素 雄性 刺激睾丸间质细胞发育 分泌雄性激素 雌性 促进卵泡发育成黄体 促进胆固醇转变成孕酮并分泌孕酮 阻止排卵 雄性 促进精巢发育 刺进精子生成和释放 雌性 促卵泡生成和释放 排卵和分泌雌激素 促卵泡激素 催乳素 LTH 催乳激素中有一段氨基酸序列与生长激素相似 一条肽链的蛋白质 人的LTH约由200个氨基酸组成 功能 刺激乳腺分泌乳汁 刺激黄体分泌孕酮 促肾上腺皮质激素 ACTH ACTH是39个氨基酸组成的多肽 有种属差异 生理功能 促使肾上腺皮质发育和促使肾上腺皮质分泌激素 可用ACTH来诊断肾上腺皮质的生理状况 也可用它治疗痛风 气喘和皮肤痛等病 促黑素 MSH MSH 13肽 各种哺乳动物相同 MSH 有种属差异 人的 MSH为22肽 功能 促进皮色素的形成和控制皮色素颗粒在细胞质内的分布 使皮肤颜色加深 2 下丘脑激素 下丘脑所分泌的激素主要包括一些释放激素 或释放因子 和释放抑制激素 下丘脑激素经垂体门静脉到达脑垂体 并作用于垂体细胞 起调控作用 下丘脑 促甲状腺素释放激素 TRH 促肾上腺皮质激素释放激素 CRH 促卵泡素释放激素 FRH 促黄体生成素释放激素 LRH 生长素释放激素 GRH 生长素释放抑制激素 GRIH 促黑色细胞激素释放激素 MRH 促黑色细胞激素抑制释放激素 MRIH 催乳素释放激素 PRH 催乳素释放抑制激素 PRIH 3 脑肽 1975年有人从猪脑中分离出两种具有吗啡活性的脑啡肽 Leu 脑啡肽 H3 N Tyr Gly Gly phe Leu COO Met 脑啡肽 H3 N Tyr Gly Gly phe Met COO 内啡肽 endophin 从垂体分离出的一族具有吗啡功能的内啡肽 有 三种 内啡肽为16肽 内啡肽为32肽 内啡肽为17肽 脑内注射内啡肽能引起全身在几小时内深度消失痛觉 体温降低 行为变得木僵并呈现向外牵张姿势 内啡肽的生物学研究 拓宽了对神经生物学和神经精神病学的理解 对人类情感的生理学基础也有了更深入的认识 功能 镇痛 胰岛是胰脏的内分泌组织 人的胰岛主要由 和 三种细胞组成 细胞分泌胰高血糖素 细胞分泌胰岛素 4 胰岛素 胰岛素是由胰腺中胰岛的 细胞分泌的一种含有51个氨基酸残基的蛋白质激素 胰岛素由两条多肽链组成胰岛素的生理功能主要是促进细胞摄取葡萄糖 促进肝糖原和肌糖原的合成 抑制肝糖原的分解 胰岛素具有抑制细胞内腺苷酸环化酶活性作用 使cAMP产生显著减少 导致糖原分解速度减慢 胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反 结构 功能 促进糖原的生物合成以及葡萄糖的氧化 降低血糖 促进蛋白质及脂类的合成代谢 当胰岛受到严重破坏时 胰岛素分泌显著减少 血糖升高 尿中糖排出 发生糖尿病 5 胰高血糖素 胰高血糖素为胰岛的 细胞分泌的多肽激素 由29个氨基酸组成 人和猪的胰高血糖素的氨基酸序列完全一样 其结构如下 His Ser Gln Gly Thr Phe Thr Ser Asp Tyr Ser Lys Tyr Leu Asp Ser Arg Arg Ala Gln Asp Phe Val Gln Trp Leu Met Asp Thr胰高血糖素主要是促进肝糖原分解 使血糖升高 与肾上腺素作用相似 其作用原理是激活肝细胞中的腺苷酸环化酶 使cAMP浓度升高 从而提高磷酸化酶活性 促进肝糖原分解 6 甲状旁腺激素 甲状旁腺主要分泌甲状旁腺素 PTH 和降钙素 CT 它们都是多肽激素 二者的生理作用相反 PTH可以升高血钙 而CT则可以降低血钙 因此都是调节钙磷代谢的激素 甲状旁腺激素 血钙 血磷 降血钙素 血钙 血磷 1 25 二羟胆钙化醇 VitD3 血钙 血磷 6 5 1 3类固醇激素 类固醇激素是一类脂溶性激素 它们在结构上都是环戊烷多氢菲衍生物 脊椎动物的类固醇激素可分为肾上腺皮质激素和性激素两类 1 肾上腺皮质激素 肾上腺皮质激素由肾上腺皮质分泌产生 目前从肾上腺皮质提取液中分离的类固醇化合物有30余种 皮质激素一般结构式 2 性激素 性激素属于类固醇类激素 可分为雄性激素和雌性激素两类 它们与动物的性别及第二性征的发育有关 性激素的分泌受垂体的促性腺激素 LHF和SH 调节 除睾丸分泌雄性激素 卵巢分泌雌性激素外 肾上腺皮质也可产生性激素 脊椎动物性别反常都与肾上腺皮质功能异常有关 6 5 2昆虫激素 昆虫激素的类别1 发育激素 1 保幼激素 抑制成虫特征的出现 2 蜕皮激素 鞣化激素 羽化激素 3 脑激素 调节发育激素2 性激素 某些称为外激素 信息素 3 变色激素 保护色 警戒色的形成 1 生长素 天然的是吲哚乙酸2 赤霉素 一类物质 促进茎叶生长 打破休眠 促进萌发 防止果实脱落等3 细胞激动素 细胞分裂素 4 脱落酸 离层酸 促进脱叶 脱果 存在于衰老和休眠的器官中5 乙烯 6 6植物激素 6 7激素的作用机制 靶细胞膜上或靶细胞内有激素的受体 激素为什么只对 靶 起作用 受体 receptor 能识别并与特定信号物质结合的特异蛋白配体 ligand 与受体结合的细胞外生物活性物质 如激素 某些药物 毒素等 受体的类型 根据在细胞内分布的不同 膜受体胞内受体 1 专一性 由其结构决定同一信号分子可能有两种以上的受体同一信号分子与不同受体结合产生不同的效应2 高亲和性 极低浓度下即可被受体捕获10 9 10 10mol l 即使杂Pr高10万倍3 可饱和性 靶细胞上受体数目有限不同细胞上 同一受体的数目可能不同 同一细胞上不同受体的数目可能不同4 可逆性 非共价键结合 受体的性质 4种途径 1 通过cAMP途径2 钙及肌醇三磷酸作用途径3 受体的酪氨酸激酶途径4 固醇类激素受体调节基因转录速度 反应快 通过生成cAMP而立即起作用大部分含氮激素以这种方式起作用 激素 第一信使 与细胞膜上特异受体结合 腺苷酸环化酶被活化 催化ATP生成cAMP 第二信使 cAMP再经一系列的相关反应 级联放大 a 先激活细胞内的蛋白激酶Ab 再诱发各种功能单位产生相应的反应亦被称为第二信使学说 6 7 1通过cAMP起作用 第二信使学说由Sutherland提出 因此他荣获1971年国际生理学诺贝尔奖 G蛋白 GTP结合蛋白 依赖于GTP的调节蛋白 亚基 45KD 亚基 35KD 亚基 7KD