第七章-维生素与辅酶

生物化学,维生素与辅酶,主讲教师：房健,维生素与辅酶,【目的与要求】,一、维生素总论,三、脂溶性维生素,二、水溶性维生素,【目的与要求】,维生素与辅酶,【目的与要求】,1.了解维生素的概念及其重要性；维生素命名原则及分类方法。,3.掌握脂溶性维生素：维生素A、D、E、K的生物学功能及其缺乏症。,2.掌握B族维生素、维生素C的生物学功能及其缺乏症，重点掌握B族维生素与辅酶的关系及辅酶与整个物质代谢的关系。,4.1维生素总论,7.1维生素总论,一、概述,维生素（vitamin）是机体维持正常功能所必需，但在体内不能合成或合成量很少，必须由食物供给的一组低分子量有机物质。,长期缺乏某种维生素，会导致维生素缺乏症。对人体、动物体，多数维生素是体内不能合成或合成量不能满足机体的需要，必须从食物中摄取，属外源性物质。,维生素的功能通常是作为酶的辅助因子（辅酶与辅基）。因此，它对动物体正常生长与健康是必需的。,二、维生素的发现与认识：来自医学实践,在古代曾有过维生素缺乏症的详细记载。唐代名医孙思邈用猪肝治疗雀目（维生素A缺乏症）。他还曾用麦麸熬粥来防治脚气病（维生素B1缺乏症）。并用大豆、防风、车钱子等药物治疗此病。,19世纪初，欧洲一些研究者认为，人体只需要蛋白质、糖类、脂类、矿物质、水五种营养素，但在航海和探险的传记中早已记载了许多坏血病的病例；这些病人并不能用当时已知的五种营养素来治疗。,1897年，荷兰医生C.Eijkman证明米糠可治脚气病。,7.1维生素总论,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素也就是维生素。,1911年，波兰学者Funk首先从米糠中提取出抗脚气病物质，并证明该物质属于胺类，是维持生命所必需的，因此称之为生命胺(vita-amino)。此后，学者们陆续在天然食物中发现了20多种为动物或微生物所必需的维生素，并证明它们在化学结构上大多数与胺不同，故改vitamin。,现在，人们已能合成许多种维生素，这对防治疾病、增进健康具有重大意义。各种维生素在物质代谢中的作用逐渐清楚。,7.1维生素总论,三.命名与分类,(一)命名：采用习惯法,用拉丁字母A、B、C、D来命名，但这些字母不表示发现该种维生素的历史次序(维生素A除外)，也不说明相邻维生素之间存在什么关系。,根据化学结构和生理功能命名如：,从上可知，V命名混乱，1967、1970年国际理论与应用化学学会、国际营养科学学会先后提出V命名原则的建议，但一直没被广泛应用。,7.1维生素总论,(二)分类,维生素的种类繁多，化学结构差异很大，通常接溶解性质将其分为脂溶性维生素（lipid-solublevitamins）和水溶性维生素（water-solublevitamins）两大类。根据分布情况，水溶性维生素又可分为B族维生素与维生素C两类。,l、脂溶性维生素,（1）维生素A：又名抗干眼病维生素，或视黄醇。（2）维生素D：又名抗佝偻病维生素，或钙化醇。（3）维生素E：又名抗不育维生素或生育酚。（4）维生素K：又名凝血维生素。,7.1维生素总论,2、水溶性维生素,（1）维生素B1：又名抗脚气病维生素或硫胺素。（2）维生素B2：又名核黄素。（3）维生素PP：又名抗癞皮病维生素，即尼克酸和尼克酚胺(烟酸和烟酰胺)。（4）维生素B6：又名抗皮炎维生素，即吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。（5）泛酸：又名遍多酸。（6）生物素。（7）叶酸。（8）维生素B12：又名抗恶性贫血维生素或钴胺素。（9）维生素C：又名抗坏血酸。,以上所列是较为重要的维生素，其中以维生素A、D、B1、B2、PP和维生素C对机体的代谢调节最为重要，从膳食中的供应也常不足或缺乏。,7.1维生素总论,7.1维生素总论,7.1维生素总论,四、缺乏病发生的原因,引起维生素缺乏病发生的原因很多，但随着社会的进步，科学的发展，以前那种典型的维生素缺乏症如夜盲症、坏血症、脚气病等已不多见。除了疾病的影响外，就目前的社会情况而言，维生素缺乏的原因不是因为生活的贫困，而多是由于科学的营养卫生知识不足，简述如下：,7.1维生素总论,食物构成及膳食调配不合理或严重偏食使某些维生素供给不足；或者对食物的储存、加工及烹调方法不当造成维生素的大量破坏和丢失。淘米过度、煮稀饭加碱、面粉加工过细，可使维生素BI大量丢失破坏；油炸面食中的维生素也多被破坏；新鲜食物储存过久，维生素C可被破坏；蔬菜先切、后洗、再炒或加碱，其中的维生素C几乎全部丢失。,（一）维生素的摄入量不足,7.1维生素总论,（二）维生素的吸收障碍,（三）需要量增加,（四）食物以外的维生素供给不足,多见于消化道疾病患者。如脂类消化吸收的障碍可严重降低脂溶性维生素的吸收。,机体在某些生理或病理情况下对维生素的需要量特别的增多，若不及时补充则引起维生素相对不足。如生长发育期的儿童、孕妇、乳母、重体力劳动者或传染病患者。,如长期服用抗生素可使肠道正常菌丛生长受到抑制，从而影响其合成某些维生素，如维生素K、B6、叶酸、PP等；日光照射不足，则常可使皮肤内维生素D的生成不足，从而引起小儿佝偻病或成人软骨病。,7.1维生素总论,4.3水溶性维生素,7.2水溶性维生素,水溶性维生素包括B族维生素和维生素C。水溶性维生素体内过剩的部分均可由尿排出体外，因而在体内很少蓄积，也不会因此而发生中毒。又因为在体内的储存很少，所以必须经常从食物中摄取。,一、维生素Bl,（一）结构,维生素B1又名硫胺素（thiamine），是由一个嘧啶环和一个噻唑环构成，又称噻嘧胺。体内的活性型为焦磷酸硫胺素（thiaminepyrophosphate，TPP）。,7.2水溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,以TPP形式参与糖代谢，为丙酮酸、-酮戊二酸氧化脱羧酶系的辅酶。缺VB1，TPP不能合成，糖类物质代谢中间产物-酮酸不能氧化脱羧而堆积，造成“脚气病”。,VB1可抑制胆碱酯酶的活性，减少乙酰胆碱水解。乙酰胆碱有增加肠道蠕动及腺体分泌的作用，有助于消化。缺VB1，消化液分泌减少，肠胃蠕动减少，出现食欲不振，消化不良。,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,维生素B1盐酸盐为无色结晶，溶于水，在酸性溶液中稳定，在中性和碱性溶液中易被氧化。在普通烹调条件下损失并不大。有特殊香气，微苦。,酵母中含维生素B1最多，其他食物中含量多不高。五谷类多集中在胚芽及皮层中。瘦肉、核果和蛋类的含量也较多。酵母、细菌和高等植物能合成维生素B1。,7.2水溶性维生素,二、维生素B2和黄素辅酶,（一）结构及性质,维生素B2又名核黄素(riboflavin)，因其溶液呈黄色而得名。它的异咯嗪环上的第1及第10位氮原子与活泼的双键连接，此这两个氮原子可反复接受或释放氢，因而具有可逆的氧化还原性。,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,维生素B2分布很广,从食物中被吸收后在小肠粘膜的黄素激酶的作用下可转变成黄素单核苷酸（FMN），在体细胞内还可进一步在焦磷酸化酶的催化下生成黄素腺膘吟二核苷酸（FAD），FMN及FAD为其活性型。,7.2水溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,核黄素以辅酶FMN及FAD的形式参与体内各类氧化还原反应，与糖、脂和氨基酸代谢密切相关，在代谢中主要起氢传递体的作用。,7.2水溶性维生素,成人每日需要量为1.21.5mg，常用红细胞中的谷胱甘肽还原酶活性来检查体内维生素B2的含量。,维生素B2缺乏时，可引起口角炎、唇炎、阴囊炎、眼睑炎、羞明等症。,FADFADH2,FMNFMNH2,+2H,+2H,-2H,-2H,7.2水溶性维生素,三、泛酸（维生素B5）和辅酶A,（一）结构,泛酸（pantothenicacid）又称遍多酸、维生素B5。由、二羟基、二甲基丁酸和丙氨酸脱水缩合而成。,7.2水溶性维生素,泛酸在肠内被吸收进人人体后，经磷酸化并获得巯基乙胺而生成个磷酸泛酰巯基乙胺。4-磷酸泛酰巯基乙胺是辅酶A（COA）及酰基载体蛋白（acylcaarierprotein，ACP）的组成部分，所以CoA及ACP为泛酸在体内的活性型。,7.2水溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,在体内C0A及ACP构成酰基转移酶的辅酶，广泛参与糖、脂类、蛋白质代谢，约有70多种酶需C0A及ACP。因泛酸广泛存在于生物界，所以很少见泛酸缺乏症，但在二战时的远东战俘中曾有脚灼热综合征，为泛酸缺乏所致。,7.2水溶性维生素,四、维生素PP和辅酶、辅酶,（一）结构及性质,维生素PP又名抗癞（糙）皮病维生素，包括尼克酸（nicotinicacid）及尼克酰胺（nicotinamide），在体内可相互转化。,7.2水溶性维生素,在体内尼克酸可经几步连续的酶促反应与核糖、磷酸、腺嘌呤组成脱氢酶的辅酶，主要包括尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+），它们也是维生素PP在体内的活性型。,维生素PP广泛存在于自然界，肝内能将色氨酸转变成维生素PP，但转变率较低,为1/60，即60mg色氨酸仅能转变成lmg尼克酸（转化过程见P162）。因色氨酸为必需氨基酸，所以人体的维生素PP主要从食物中摄取。,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,NAD+和NADP+在体内是多种不需氧脱氢酶的辅酶，分子中的尼克酰胺部分具有可逆的加氢及脱氢的特性。,7.2水溶性维生素,人类VPP缺乏症称为癞（糙）皮病（pellagra），PP来自于拉丁文癞皮病防治一词（pellagrapreventalive），癞皮病主要表现是皮炎、腹泻及痴呆。皮炎常呈对称性，并出现于暴露部位；痴呆是因神经组织变性的结果。,抗结核药物异烟肼的结构与维生素PP十分相似，二者有拮抗作用，长期服用可能引起维生素PP缺乏。,最近尼克酸临床用来作为降胆固醇的药物，尼克酸能抑制脂肪组织的脂肪分解，从而抑制FFA的动员，可使肝中VLDL的合成下降，而起到降胆固醇的作用。,7.2水溶性维生素,五、维生素B6和磷酸吡哆醛,（一）结构,维生素B6包括吡哆醇(pyridoxine)、吡哆醛(pyridoxal)及吡哆胺（pyridoxamine），在体内以磷酸酯的形式存在。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可相互转变，均为活性型。,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,磷酸吡哆醛是氨基酸代谢中的转氨酶及脱羧酶的辅酶，能促进谷氨酸脱羧，增进-氨基丁酸的生成，-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。临床上常用维生素B6对小儿惊厥及妊娠呕吐进行治疗。,磷酸吡哆醛作为糖原磷酸化酶的重要组成部分，参与糖原分解为1-磷酸葡萄糖的过程。肌磷酸化酶所含的维生素B6约占全身维生素B6的7080%。,人类未发现维生素B6缺乏的典型病例。异烟肼能与磷酸吡哆醛结合，使其失去辅酶的作用，所以在服用异烟肼时，应补充维生素B6。,7.2水溶性维生素,六、生物素,（一）结构及性质,生物素（biotin）由一个噻吩环和一分子尿素结合而成，侧链带一戊酸。为无色针状结晶体，耐酸而不耐碱，氧化剂及高温可使其失活。,7.2水溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,生物素是体内多种羧化酶的辅酶，如丙酮酸羧化酶等，参与CO2的固定过程。在组织内生物素的分子侧链中，戊酸的羧基与酶蛋白分子中的赖氨酸残基上的-氨基通过酰胺键共价结合，形成羧基生物素-酶复合物，又称生物胞素（biocytin）。,生物胞素可将活化的羧基转移给酶的相应的底物。生物素来源极广泛，人体肠道细菌也能合成，很少出现缺乏症。新鲜鸡蛋中有一种抗生物素蛋白（avidin），它能与生物素结合使其失去活性并不被吸收，蛋清加热后这种蛋白便被破坏，也就不再妨碍生物素的吸收。长期使用抗生素可抑制肠道细菌生长，也可能造成生物素的缺乏，主要症状是疲乏、恶心、呕吐、食欲不振、皮炎及神经过敏等,7.2水溶性维生素,七、叶酸和叶酸辅酶,（一）结构及性质,叶酸（folicacid）因绿叶中含量十分丰富而得名，又称蝶酰谷氨酸。由2氨基4-羟基6-甲基蝶呤、对氨基苯甲酸和谷氨酸三部分组成。动物细胞不能合成对氨基苯甲酸，也不能将谷氨酸接到蝶酸上去，所以动物所需的叶酸需从食物中供给。植物中的叶酸含7个谷氨酸，肝中的叶酸一般为5个谷氨酸残基，谷氨酸之间是以-羧基和-氨基连接形成的多肽。,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,。叶酸在小肠上段易被吸收，在十二指肠及空肠上皮粘膜细胞含叶酸还原酶（辅酶为NADPH），在该酶的作用下可转变成叶酸的活性型四氢叶酸。,-H,7.2水溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,FH4是体内一碳单位转移酶的辅酶，分子内部N5、N10两个氮原子能携带一碳单位。一碳单位在体内参加多种物质的合成，如嘌呤、胸腺嘧啶核苷酸等。当叶酸缺乏时，DNA合成必然受到抑制，骨髓幼红细胞DNA合成减少，细胞分裂速度降低，细胞体积变大，造成巨幼红细胞贫血。,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,叶酸在肉及水果、蔬菜中含量较多，肠道的细菌也能合成，所以一般不发生缺乏症。孕妇及哺乳期快速分裂细胞增加或因生乳而致代谢较旺盛，应适量补充叶酸。口服避孕或抗惊厥药物能干扰叶酸的吸收及代谢，如长期服用此类药物时应考虑补充叶酸。,7.2水溶性维生素,叶酸类似物氨甲蝶呤、氨基蝶呤可抑制二氢叶酸还原酶从而抑制四氢叶酸的生成，临床上用作抗肿瘤药物。,7.2水溶性维生素,八、维生素B12和B12辅酶,（一）结构,维生素B12又称钴胺素（coholamine），是唯一含金属元素的维生素，结构下图所示。维生素B12在体内因结合的基团不同，可有多种形式存在，如氰钴胺素、羟钴胺素、甲钴胺素和5-脱氧腺苷钴胺素，后两者是维生素B12的活性型，也是血液中存在的主要形式。,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,7.2水溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,功能：参与体内甲基转移作用。,缺乏症：巨幼红细胞贫血、神经疾患,7.2水溶性维生素,6.2水溶性维生素,九、硫辛酸,硫辛酸（lipoicacid）的结构是6,8二硫辛酸，能还原为二氢硫辛酸，为硫辛酸乙酰转移酶的辅酶。硫辛酸有抗脂肪肝和降低血胆固醇的作用。另外，它很容易进行氧化还原反应，故可保护巯基酶免受重金属离子的毒害。目前，尚未发现人类有硫辛酸的缺乏症。,维生素C又称L-抗坏血酸（ascorbicacid）。分子中C2及C3位上的两个相邻的烯醇式羟基极易分解释放H+，因而呈酸性，又因其为烯醇式结构，C2及C3位羟基上两个氢原子可以全部脱去而生成脱氢抗坏血酸。,十、维生素C,（一）结构及性质,脱氢抗坏血酸在有供氢体存在时，又能接受2个氢原子再转变为抗坏血酸。脱氢抗坏血酸还可水解成为无活性的L-二酮古洛糖酸。L-抗坏血酸为天然生理活性型。L-脱氢抗坏血酸虽然也具有生理意义，然而在血液中以前者为主，后者仅为前者的1/15。维生素C为片状晶体，具有强还原性。,7.2水溶性维生素,人体不能合成维生素C，维生素C广泛存在于新鲜蔬菜及水果中，植物中含有的抗坏血酸氧化酶能将维生素C氧化为无活性的二酮古洛糖酸，所以储存久的水果、蔬菜中的维生素C的含量会大量减少。干种子中虽然不含有维生素C，但一发芽便可合成，所以豆芽等是维生素C的重要来源。,果蔬是维生素C的最好来源。植物体内维生素C由葡萄糖转化而来（见P157）,7.2水溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,1促进胶原蛋白的合成。维生素C是胶原脯氨酸羟化酶及胶原赖氨酸羟化酶维持活性所必需的辅助因子，体内的结缔组织、骨及毛细血管的重要构成成分也离不开胶原。在创伤愈合时，结缔组织的生成是其前提。所以维生素C对创伤的愈合是不可缺少的，如果缺乏必然会因胶原蛋白合成异常导致皮肤易损伤，牙齿易松动，毛细血管破裂及创伤不易愈合即所谓的坏血病。,2体内的胆固醇正常时有40要转变成胆汁酸。维生素C是催化胆固醇转变成7-羟胆固醇反应的7-羟化酶的辅酶。,7.2水溶性维生素,3肾上腺皮质含有大量维生素C。在肾上腺皮质激素合成加强、或用肾上腺皮质激素来刺激肾上腺时，其中维生素C的含量显著下降。,4维生素C参与芳香族氨基酸的代谢。在苯丙氨酸转变为酪氨酸，酪氨酸转变为对羟苯丙酮酸及尿黑酸的反应中，都需维生素C。维生素C缺乏时，尿中大量出现对羟苯丙酮酸。维生素C还参与酪氨酸转变为儿茶酚胺、色氨酸转变为5一羟色胺等反应。,5有维生素C存在下，铁的吸收增加明显。,7.2水溶性维生素,维生素C能起到保护巯基的作用，它能使巯基酶的-SH维持还原状态。维生素C也可在谷胱甘肽还原酶作用下，促使氧化型（G-S-S-G）还原为还原型谷胱甘肽（GSH）。还原型G-SH能使细胞膜的脂质过氧化物还原，起保护细胞膜的作用。,6维生素C参与体内氧化还原反应。,维生素C能保护维生素A、E免遭氧化，还能促使叶酸转变成为有活性的四氢叶酸。我国建议成人每日的需要量为60mg。维生素C缺乏时可患坏血病，主要为胶原蛋白合成障碍所致，可出现皮下出血、肌肉脆弱等症。正常状态下因体内可储存有维生素C，坏血病的病状在维生素C缺乏后34个月才能出现。,维生素C能使红细胞中的高铁血红蛋白（MHb）还原为血红蛋白（Hb），使其恢复对氧的运输。,7.2水溶性维生素,4.2脂溶性维生素,脂溶性维生素包括维生素A、D、E、K，它们不溶于水，而溶于脂类及脂肪溶剂。脂溶性维生素在食物中与脂类共同存在，并随脂类一同吸收。吸收后的脂溶性维生素在血液中与脂蛋白及某些特殊的结合蛋白特异地结合而运输。,7.3脂溶性维生素,7.3脂溶性维生素,一、维生素A,（一）结构,维生素A又称抗干眼病维生素。天然的维生素A有两种形式:A1及A2。,Al又称视黄醇（retinol），A2又称3-脱氢视黄醇。维生素A在体内的活性形式包括视黄醇、视黄醛。A1主要存在于海水鱼的肝脏，A2主要存在于淡水鱼的肝脏。,植物中不存在维生素A，但有多种胡萝卜素，其中以-胡萝卜素最为重要。它在小肠粘膜处由-胡萝卜素加氧酶的作用，加氧断裂，生成2分子视黄醇，所以通常将-胡萝卜素称为维生素A原。,7.3脂溶性维生素,在维生素A缺乏时，必然引起11-顺视黄醛的补充不足，视紫红质合成减少，对弱光敏感性降低，日光适应能力减弱，严重时会发生夜盲症。,图4-2视紫红质的合成、分解与视黄醛的关系,7.3脂溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,1维生素A是视觉细胞内感受弱光的物质视紫红质的组成成分,在视觉细胞内由11-顺视黄醛（retinal）与不同的视蛋白（opsin）组成视色素。在感受强光的锥状细胞内有视红质、视青质及视蓝质，杆状细胞内有感受弱光或暗光的视紫红质。,当视紫红质感光时，视色素中的11一顺视黄醛在发生的光异构作用下转变成全反视黄醛，并与视蛋白分离而失色。全反式视黄醛可经异构酶作用缓慢地重新异化成为11一顺视黄醛，但大部分被还原成全反视黄醇，经血流至肝变成11一顺视黄醇，而后再随血流返回视网膜氧化成11-顺视黄醛，合成视色素。在这个视循环中会造成部分全反视黄醛分解成无用的物质，所以要经常补充维生素A。其他视色素的感光过程与视紫红质相同。,7.3脂溶性维生素,2维生素A也是维持上皮组织的结构与功能所必需的物质。,当维生素A缺乏时，可引起上皮组织干燥、增生和角质化，产生干眼病、皮肤干燥、毛发脱落等。,3其它作用,维生素A能促进粘多糖、糖蛋白及核酸的合成，因而能促进机体的生长。,7.3脂溶性维生素,二、维生素D,（一）结构,维生素D又称为抗佝偻病维生素，是类固醇衍生物。主要包括D2（麦角钙化醇ergocalcilferol）及D3（胆钙化醇cholecalcifeol）。体内可由胆固醇变为7-脱氢胆固醇，储存在皮下，在阳光及紫外线照射下可转变成D3，因而称7-脱氢胆固醇为维生素D3原。在酵母和植物油中有不能被人吸收的麦角固醇，在阳光及紫外线照射下可转变为能被人吸收的D2，所以称麦角固醇为D2原。,7.3脂溶性维生素,7.3脂溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,具有生物活性的1,25-(OH)2-D3的靶细胞是小肠粘膜、肾及肾小管。主要的作用是促进钙及磷的吸收，有利于骨的生成、钙化。当缺乏维生素D时，儿童可发生佝偻病，成人引起软骨病。,7.3脂溶性维生素,食物中的维生素D在小肠被吸收后，入乳糜微粒经淋巴入血，在血液中主要与一种特异载体蛋白-维生素D结合蛋白（DBP）结合后被运输至肝，在25-羟化酶催化下C-25加氧成为25-(OH)2-D3。25-(OH)-D3经肾小管上皮细胞线粒体内1-羟化酶的作用生成D3的活性形式1,25-(OH)2-D3、,7.3脂溶性维生素,三、维生素E,（一）结构与性质,维生素E又称生育酚（tocopherol），有六种，其中四种、和种有生物活性。自然界以-生育酚（结构如下图）分布最广。维生素E在无氧条件下对热稳定，但对氧十分敏感，易自身氧化，能避免脂质过氧化物的产生，因而能保护生物膜的结构和功能。,7.3脂溶性维生素,7.3脂溶性维生素,（二）生理功能及缺乏症,1维生素E是体内最重要的抗氧化剂，能避免脂质过氧化物的产生，