生物化学课件（生物技术类）之维生素与辅酶

11.1维生素的定义和分类11.2NAD＋和NADP＋是尼克酸的衍生物11.3FAD和FMN是含有核黄素的核苷酸11.4辅酶A是泛酸的衍生物11.5硫胺素焦磷酸是维生素B1的衍生物硫胺素的衍生物11.6磷酸吡哆醛是维生素B6的衍生物11.7生物素是某些羧化酶的辅基11.8四氢叶酸是蝶呤的衍生物11.9维生素B12和它的辅酶形式都含有钴11.10硫辛酸是参与酰基转移反响的辅助因子11.11维生素C11.12某些维生素是脂溶性的第11章、维生素与辅酶没有辅酶参与时，化合物A和B与酶不反响。有辅酶存在时，化合物A和B被吸引到酶的活性部位，开始反响。反响结束，生成反响产物AB。辅酶在酶催化中的作用维生素分为两类：脂溶性维生素和水溶性维生素。溶解性赋予维生素许多特征，决定了它们吸收和在血液循环运输的方式，是否在体内贮存，以及从体内容易流失的程度。脂溶性维生素与脂肪类似，被淋巴组织吸收，依靠各种蛋白质载体在血液中进行运输。脂溶性维生素可以与其它脂一起贮存在脂肪组织，由于可以贮存，所以其中某些维生素可积累到毒性浓度。水溶性维生素一般可直接吸收进入血液中，自由地进行转移。多数都不能在组织中大量贮存，反之过量的局部会通过尿液排出。因此水溶性维生素直接产生的毒性危险不象脂溶性维生素那样大，当然高剂量情况除外。11.1维生素的定义和分类维生素分类脂溶性维生素水溶性维生素维生素A维生素D维生素E维生素KB族维生素硫胺素〔B1〕核黄素〔B2〕尼克酸〔B3〕叶酸维生素B12维生素B6生物素泛酸维生素C

脂溶性维生素水溶性维生素水溶性维生素被吸收到血液中，过量将被肾脏排入尿液食物在胃和小肠中被降解，释放出维生素食物中维生素的吸收含有脂溶性维生素的乳糜颗粒经淋巴进入血液，最终到达肝脏微绒毛绒毛微团携带脂溶性维生素和脂肪到达小肠被吸收有些酶表现活性除了需要蛋白局部以外还需要辅助因子，两者合起来才称为全酶。辅助因子分为两种类型，一类是称为必需离子的无机离子〔例如，镁、铁等一些金属离子〕，另一类是称为辅酶或辅基的有机化合物。有些辅酶或辅基可转移氢或电子，有些辅酶或辅基可以转移大的、共价连接的化学基团。在动物细胞内，许多辅酶或辅基是由称为B族维生素的前体合成的。维生素是包括人在内的动物的营养物质，必须由食物供给。当人的饮食中缺乏维生素时，将导致营养缺陷疾病，如坏血病、脚气病或糙皮病。NAD＋和NADP＋是由尼克酸衍生的尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸〔辅酶I，NAD＋〕和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸〔辅酶II，NADP＋〕两种辅酶都含有尼克酰胺，尼克酰胺的前体是尼克酸。尼克酸缺乏会导致糙皮病，所以尼克酸是哺乳动物饮食所必需的营养物。尼克酸也叫抗糙皮病维生素。NAD＋和NADP＋和复原形式NADH和NADPH的结构

FAD和FMN是含有核黄素的核苷酸

核黄素，或称之维生素B2，是由5碳的核糖醇〔核糖的复原形式〕和6,7-二甲基异咯嗪〔这是黄素的特征〕构成。黄素单核苷酸〔FMN〕黄素腺嘌呤二核苷酸〔FAD〕黄素酶或黄素蛋白需要FAD或FMN作为辅基，参与氧化－复原反响。核黄素的氧化形式FAD和FMN在445~450nm波长范围内都有吸收，显黄色，但FADH2和FMNH2却是无色的，因为当它们被复原后，异咯嗪的共轭双键系统消失了。

FMNH2和FADH2可以象NADH和NADPH那样参与电子转移，但NADH和NADPH只参与双电子转移，而FMNH2和FADH2既可以给出一个电子，也可以同时给出2个电子。当参与单电子转移时，可以形成局部氧化的化合物FMNH·和FADH·。这些中间产物是相对稳定的自由基，称为黄素半醌。11.4辅酶A是泛酸的衍生物结构中含有一个游离-SH的巯基乙胺、泛酸单位〔-丙氨酸和泛解酸形成的酰胺〕和3ˊ-羟基被磷酸基团酯化的ADP。辅酶A常作为酰基的载体参与代谢反响。酰基与辅酶A之间形成的硫酯键是一种高能键。辅酶A〔CoA〕乙酰COA功能巯基11.5硫胺素焦磷酸是维生素B1的衍生物维生素B1也叫做抗脚气病维生素，它的化学名称为硫胺素。硫胺素含有一个吡啶环和一个带正电荷的噻唑环。硫胺素在米糠和肝脏中含量丰富，经常食用精米的人容易得脚气病，因为除去的米糠中含有必需的维生素硫胺素。硫胺素的辅酶形式是硫胺素焦磷酸〔TPP〕，在动物细胞内，该辅酶由饮食中的硫胺素合成的，辅酶中的噻唑环含有辅酶的反响中心。有很多酶需要TPP作为辅酶，例如丙酮酸脱氢酶。在酵解和柠檬酸循环一章中，我们将看到酵母中的丙酮酸脱氢酶可以将丙酮酸转化为乙醛，然后乙醛被复原为乙醇。在丙酮酸脱氢酶催化下，丙酮酸中的乙酰基转移到硫胺素的噻唑环的第2位碳上生成羟乙基硫胺素焦磷酸，然后再转移到辅酶A上生成乙酰CoA

湿性脚气病硫胺素缺乏〔维生素B1〕干性脚气病硫胺素缺乏〔维生素B1〕11.6磷酸吡哆醛是维生素B6的衍生物

维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，其辅酶形式为磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛〔PLP〕主要是转氨酶的辅基，PLP与酶活性部位的赖氨酸残基的-氨基结合形成Schiff碱，有时也称为内醛亚胺〔E-PLP〕，反响时PLP与底物形成的Schiff碱称之外醛亚胺。R1氨基酸＋R2酮酸＝R1酮酸＋R2氨基酸生物素生物胞素11.7生物素是某些羧化酶的辅基生物素是催化羧基转移反响和羧化反响的酶的辅基。生物素通过酰胺键与酶活性部位中的一个赖氨酸残基的-氨基共价连接，形成的生物素酰-赖氨酰局部也称为生物胞素。丙酮酸羧化酶催化三碳的丙酮酸结合一分子二氧化碳羧化生成四碳的草酰乙酸。反响涉及羧化生物素的生成和二氧化碳从羧化生物素转移到丙酮酸上两个反响过程，酶-生物素作为可转移羧基的中间载体。11.8四氢叶酸是蝶呤的衍生物维生素叶酸也称为喋酰谷氨酸。叶酸主要含有三种成分：蝶呤〔2-氨基-4-氧取代的喋啶〕、p-氨基苯酸和谷氨酸残基。叶酸的辅酶形式是四氢叶酸。5,6,7,8-四氢叶酸缩写为FH4，是在甲醇、甲醛和甲酸氧化水平上催化一碳单位转移的酶所需要的辅酶。所以与四氢叶酸结合的根本基团是甲基、亚甲基或甲酰基。11.9维生素B12和它的辅酶形式都含有钴维生素B12〔也称为钴胺素，分子中含有鈷〕。维生素B12的钴啉环系统类似于血红素中的卟啉环系统。维生素B12是由两种不稳定辅酶形式：腺苷钴胺〔钴原子上结合5ˊ-脱氧腺苷酰〕、甲钴胺〔钴原子上结合甲基〕。腺苷钴胺参与几种酶催化的分子内重排反响：底物内氢原子与相邻的第二个基团交换位置。例如甲基丙二酸单酰CoA变位酶催化的反响就是有腺苷酰钴胺素参与的分子内重排反响。通过重排将甲基丙二酸单酰CoA转换为琥珀酸CoA。维生素B12结构维生素B12钴啉环结构分子重排反响11.10硫辛酸是参与酰基转移反响的辅助因子硫辛酸是一个C-6，C-8上的氢原子被二硫键取代的8碳羧酸〔辛酸〕〔图a〕硫辛酸中羧基可以通过酰胺键共价地与一个赖氨酸残基的-氨基结合〔图b〕。这个结构出现在二氢硫辛酰胺酰基转移酶中，它是丙酮酸脱氢酶复合物等酶的一个酶成分。硫辛酸可以接受酰基，例如载有来自于丙酮酸的乙酰基，形成一个硫酯键〔图c〕。然后乙酰基转移到辅酶A分子的硫原子上，并形成辅基的二氢硫辛酰胺可再经二氢硫辛酰胺脱氢酶〔需要NAD＋〕氧化重新生成辅基的氧化型〔硫辛酰胺〕。〔图d〕。硫辛酸硫辛酸通过酰胺键与一个赖氨酸残基的-氨基结合接受乙酰基二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺再经二氢硫辛酰胺脱氢酶〔需要NAD＋〕氧化重新生成硫辛酰胺〔氧化型〕。11.11维生素C维生素C又称之为抗坏血酸，普遍存在于蔬菜和水果中。人、猴和豚鼠由于肝脏中缺少古洛内酯氧化酶，因此不能在体内合成维生素C，必须要从食物中获得。缺少维生素C会导致坏血病，表现为毛细管脆弱，皮肤出现小血斑，牙龈出血，牙齿松动等。维生素C〔活性形式〕维生素C〔氧化型无活性〕坏血病〔缺乏维生素C〕

在小肠中，维生素C可以保护铁不被氧化，由此促进铁的吸收。在血液中，维生素C可以保护血液的敏感成分不被氧化，同时有助于保护维生素E。

维生素C的抗氧化作用成为人们广泛研究的焦点，尤其是它与疾病防治的关系。然而在试管实验中，高浓度的维生素C却具有相反的作用，完全象一个促氧化剂。人体内是否也发生这种现象，如果有会对健康造成什么影响，对于这些问题，至今尚无定论。

A.维生素A维生素A是一个15碳的脂类分子，可由饮食中30碳的-胡萝卜素通过酶促氧化切割得到，或是直接从肝脏、蛋黄或奶制品中获得。实际上存在着三种类型的维生素A：视黄醇、视黄醛和视黄酸。11.12某些维生素是脂溶性的视黄醛在暗视觉反响中的作用视黄醛是视紫红质的辅基，视紫红质是一个膜结合蛋白，它是由多肽视蛋白和视黄醛组成的。〔1〕cis〔顺式〕视黄醛与视蛋白结合，〔2〕当cis视黄醛吸收光后，异构化为trans〔反式〕视黄醛〔前视紫红质〕，〔3〕引起视紫红质的构象发生变化，变成变视紫红质，构象的变化启动了对大脑的神经脉冲，启动视觉的级联反响。〔4〕变视紫红质解离为视蛋白和全反式视黄醛，〔5〕为了完成反响循环，视黄醛异构酶催化cis视黄醛的再生。如果维生素A供给缺乏，将导致视紫红质恢复的延缓和暗视觉的障碍，这就是夜盲症的病因所在。B.维生素D维生素D包括维生素D2〔麦角钙化醇〕和D3〔胆钙化醇〕。缺乏维生素D：佝偻病〔儿童〕和软骨病〔成人〕，因为磷酸钙不能在骨骼的胶原基质中形成适宜的结晶，所以导致骨质疏松。当一个哺乳动物暴露于充足的阳光下，维生素D3在皮肤内由7-脱氢胆固醇非酶催化就可形成。维生素D的活性形式1,25-二羟胆钙化醇是通过两步羟化反响由维生素D3形成的。C.维生素E维生素E〔-生育酚〕是一组密切关系的生育酚家族中的一员，含有一个含氧的双环系统，环上带有一个疏水的侧链。维生素E的主要功能是作为抗氧化剂，可以防止生物膜中的脂肪酸受损伤。一般很少会出现生物素E缺乏，但如果缺乏可导致人的红细胞的脆化以及大鼠的不孕症。D.维生素K维生素K〔叶绿醌〕是来自植物的一种维生素，是羧化酶的辅助因子，该酶催化特殊谷氨酸残基转化为-羧基谷氨酸残基。-羧基谷氨酸成分起着Ca2+螯合剂的作用。钙与凝固蛋白的-羧基谷氨酸残基结合使得这些蛋白粘附在血小板的外表上，在外表上会发生许多血液凝固级联反响。要点归纳1.吡啶核苷酸辅酶NAD＋和NADP＋是尼克酸的衍生物。依赖于吡啶核苷酸的脱氢酶催化H-由一种特异的底物转移至NAD＋和NADP＋的吡啶环的4位上，使这两个辅酶分别复原为NADH或NADPH，同时释放出一个质子H＋。吡啶核苷酸一次可以接收或给出两个电子。NADH或NADPH在340nm处有光吸收，而NAD＋和NADP＋那么没有。2.核黄素〔维生素B2〕是由一个异咯嗪环和一个核醇组成，它的辅酶形式是FAD和FMN。FAD和FMN可以被氢化物〔双电子〕转移复原为FADH2和FMNH2，复原的黄素辅酶可以通过稳定的自由基FADH·和FMNH·每次给出一个电子。3.辅酶A是泛酸的衍生物，是参与酰基转移反响的主要辅酶。乙酰CoA的硫酯键的能量大约相当于ATP磷酸酐的能量，是个高能健。4.硫胺素〔维生素B1〕是第一个别离出的维生素，它可用于预防和治疗脚气病。它的辅酶形式是硫胺素焦磷酸〔TPP〕，许多α-酮酸脱氢酶都需要TPP作为辅酶或辅基。5.磷酸吡哆醛〔PLP〕是许多参与氨基酸代谢的酶的辅酶。PLP是吡哆醇的衍生物，通常辅酶都是连接在依赖于PLP的酶上，例如连接在转氨酶活性部位的赖氨酸残基上。6.生物素常作为几种依赖于ATP的羧化酶和羧基转移酶的辅基。生物素通过酰胺键与处于酶活性部位的一个赖氨酸残基的ε-氨基共价连接。7.四氢叶酸是叶酸复原的产物，它参与甲醇、甲醛和甲酸氧化水平的一碳单位的转移。这种转移在蛋白质合成和嘌呤核苷酸以及dTMP的生物合成中非常重要。8.维生素B12和它的辅酶形式含有一个钴啉环。腺苷钴胺素是维生素的腺苷辅酶衍生物，它参与某些分子内的重排反响。甲基钴胺素是由四氢叶酸和同型半胱氨酸形成蛋氨酸的中间代谢物。9