生物化学 第十一章维生素与辅酶

第十一章维生素与辅酶一、维生素概论二、脂溶性维生素三、水溶性维生素四、作为辅酶的金属离子1一、维生素概论2（一）发现记(1906年英国)纯化饲料矿物质、蛋白质、脂肪、核酸、糖纯化饲料+极微量牛奶牛奶中存在需要量极少，但生存必需的食物辅助因子——维生素动物合成某些维生素的功能退化，必须依靠植物和微生物提供，一旦缺乏：病/死

说明？3（二）概念

维生素(vitamin)

——人类必需的一类营养素是维持机体正常生理功能所必需、机体自身又不能合成或合成量不足，必需靠外界供给的一类微量低分子有机化合物。不是能量物质，也不是结构物质

4依据溶解性分为：水溶性：VB族、VC

脂溶性：

VA

、VD、VE、VK功能：水溶性V—辅酶，

参与酶催化反应中底物基团的转移脂溶性V—调控某些生物机能

5二、脂溶性维生素重要的脂溶性维生素1.维生素A：视黄醇（retinol）2.维生素D：麦角钙化(甾)醇（ergocalciferol，即维生素D2）胆钙化(甾)醇（cholecalciferol，即维生素D3）3.维生素E：生育酚（tecopherol）

4.维生素K：凝血维生素6（一）维生素A维生素A包括A1及A2两种。维生素A1即维生素A。来源维生素A只存在于动物性食物中，鱼肝油中含量较多。维生素A1存在于咸水鱼的肝脏，而维生素A2则存在于淡水鱼的肝脏。奶类、蛋类和肉类亦含有维生素A1。植物性食物还含有维生素A原，即β-胡萝卜素（β-carotene）。7如果假定β-胡萝卜素转化成维生素A的有效率为100％，则α-胡萝卜素的有效率为53％，γ-胡萝卜素为28％。1分子β-胡萝卜素在人体内经1种氧化酶和脱氢酶的相继作用可变为2分子维生素A1。8维生素A与正常视觉的关系功能主要功能为维持上皮组织的健康及正常视觉。910111213弱光存在形式：视紫红质（含视黄醛的糖蛋白）视黄醛功能

暗视野下感光视紫红质全反式视黄醛全反型维生素A11-顺型视黄醛视蛋白暗处NADH+E111-顺型维生素ANADH+E1E2E2

视黄醛异构酶E1

醇脱氢酶14

全反视黄醛

11-顺视黄醛维生素A(视黄醇)

光敏感蛋白—视紫红质视蛋白骨架视蛋白（暗）视蛋白（光）15维生素A的其他功能维生素A还有助于动物生殖和泌乳。对肾上腺皮质类固醇（包括肾上腺皮质激素和胆固醇）的生物合成、粘多糖的生物合成（促进生物硫酸化）、核酸代谢和电子传递都有促进作用。还有人认为维生素A对Ca2+通过某种生物膜有普遍促进作用。16维生素A缺乏会引起一系列的症状。主要的有下列几种：①上皮组织结构改变，呈角质化，易受病菌侵袭。②视紫红质不足，对暗光适应力减弱发生夜盲症状。③引起某些方面的代谢失调。例如新近发现缺乏维生素A时，动物某些器官的DNA含量减少，粘多糖（硫酸软骨素）的生物合成也受阻碍。

摄取过量维生素A是有害的。维生素A较易被正常肠道吸收，但不直接随尿排泄。儿童每天摄食50000到500000单位即产生中毒症状。早期症状为易怒、食欲不振、皮肤发痒、疲倦、脱毛、肌痛、头痛、体重减轻、口角开裂、口唇龟裂出血、鼻出血等症状。缺乏和过多的影响17（二）维生素D来源只动物体内才含有，鱼肝油含量最丰富；蛋黄、牛奶、肝、肾、脑、皮肤组织都含有维生素D。动植物组织含有可以转化为维生素D的固醇类物质，称维生素D原。经紫外光照射可变为维生素D。麦角固（甾）醇和7-脱氢胆固醇是典型的维生素D原。结构维生素D是固醇类物质。目前尚不能用人工方法合成，只能用紫外光照射维生素D原的方法来制造。18

VD固醇衍生物人体皮肤中的7-脱氢胆固醇VD3功能

1.促进Ca2+在骨骼中沉积VD紫外线230~300nm(P437)19维生素D

UV自发转变维生素D3肝肾1，25—维生素D3前维生素D37—脱氢胆固醇25—羟维生素D3（胆钙化醇）维生素D3的生成维生素D2（麦角钙化醇）麦角甾醇维生素D2的生成20功能维生素D的主要功能是调节钙、磷代谢，维持血液钙、磷浓度正常，从而促进钙化，使牙齿、骨骼正常发育。维生素D能保持血钙的正常含量，间接有防止失血和保护神经肌肉系统的功用。21缺乏：佝偻病、严重蛀牙、

软骨病、老年性骨质疏松症22维生素D摄食过量会呈毒性。中毒的早期症状为乏力、疲倦、恶心、头痛、腹泻等。较严重时可引起软组织（包括血管、心肌、肺、肾、皮肤等）的钙化，导致重大病患。过多的摄取维生素D还可使总血脂和血胆固醇量增高，妨碍心血管功能。过量维生素D之所以产生毒性，主要是因维生素D不易排泄，机体只能从胆汁排出一部分过多的维生素D。23（三）维生素E维生素E又称抗不育维生素或生育酚。自然界存在的具有维生素E作用的物质，已知有8种，其中4种（α、β、γ、δ生育酚）较为重要，α-生育酚的效价最高。一般所称的维生素E即指α-生育酚。2425来源维生素E分布甚广，以动植物油，尤其是麦胚油、玉米油、花生油及棉子油含量较多。此外，蛋黄、牛奶、水果、莴苣叶等都含有。植物的绿叶能合成维生素E，动物不能。动物组织（包括奶、蛋黄）的维生素E都是从食物中取得的。功能鼠类缺乏维生素E生殖力即受阻，雄性睾丸萎缩，不能产生精子，其不孕性是永久的，但对雄性小白鼠无妨碍；雌性虽然仍能受孕，但胎儿多在妊娠期死去并被吸收，倘在妊娠初期给以维生素E，胎儿仍可正常发育。维生素E对于人类有无功效，尚未确定，因在人类尚未发现有因缺乏维生素E而至不育的确证，用维生素E治疗不育病人，亦无显著疗效。26功能维生素E对维持骨骼肌、心肌、平滑肌和周围血管的正常功能也甚重要，可防止有关肌肉萎缩。由于维生素E的强抗氧化性质，能保护不饱和脂酸使其不被氧化成脂褐色素（lipofuscin）及自由基，从而维护细胞的完整和功能，故有一定的抗衰老作用。维生素E中以α-生育酚的生理功效最高，β-及γ-生育酚的效价仅及α-生育酚的一半，δ-生育酚的功效约为α-生育酚的1％，氧化后的生育酚无生理功效。27缺乏和过多的影响动物长期缺乏维生素E可以导致：①生殖系统的上皮细胞毁坏，雄性睾丸退化，不产生精子（雄性小白鼠不受此影响），雌性流产或胎儿被溶化吸收。②肌肉（包括心肌）萎缩，形态改变，同时代谢也发生反常，耗氧量和肌酸排出量都增加，许多酶系的活力也发生改变。③血胆固醇水平增高，红细胞被破坏，发生贫血。维生素E对人体的这些缺乏病并无明确疗效，故在临床上对人类尚无治疗价值。但在预防上有抗自由基的作用。维生素E摄食过量也无毒性，因为大部分可在肝脏中与葡萄糖醛酸结合由尿排出，或以生育酚状态通过肝脏随胆汁排到消化管，同粪便一同排出体外。28（四）维生素K维生素K是一类能促血液凝固的萘醌衍生物。1929年被H．Dam所发现。有K1、K2、K3和K4，K1、K2为天然产物，K3和K4为人工合成品。维生素K429来源猪肝、蛋黄、苜蓿、白菜、花椰菜（菜花）、菠菜、甘蓝和其他绿色蔬菜都含丰富的维生素K。腐鱼肉含维生素K2最多，人和动物肠内的细菌能合成维生素K。性质维生素K1为黄色油状物。维生素K2为黄色晶体，溶于油脂及有机溶剂，如乙醚、石油醚和丙酮等，耐热，但易被光破坏。功能维生素K的主要作用是促进血液凝固，因维生素K是促进肝脏合成凝血酶原及几种其他凝血因子的重要因素。肝脏功能失常时，维生素K即失去其促进凝血酶原生成的功效。维生素K1的活性较低，维生素K2的活性较高，维生素K3的活性最强。30功能：促进凝血血纤维蛋白质促凝血蛋白原血浆凝血酶磷脂、Ca2+凝血酶原维生素K凝血酶不溶性血纤维蛋白凝块来源：各种食物、肠道中微生物的合成，

不易缺乏电子传递体31缺乏的影响

动物缺乏维生素K，血凝时间延长，血中凝血酶原减少，血不易凝固。成人一般不易缺乏维生素K，因人类肠中的微生物可以合成维生素K，而且普通膳食中所含的维生素K已可满足正常需要新生婴儿肠内无细菌，不能合成维生素K，身体本身又无贮存，故易因维生素K的缺乏而出血，应当在出生前增加母体的维生素K。维生素K1及K2对动物均无毒。人服用或注射维生素K1后，个别人有面孔发红、呼吸困难和胸痛等症状。大剂量维生素K3及其衍生物可引起动物贫血、脾肿大和肝肾伤害。对皮肤和呼吸道有强烈刺激，有时还引起溶血。32主要脂溶性维生素的辅酶形式及主要功能

维生素辅酶功能1.维生素A

1１－顺视黄醛视循环2.维生素D１，２－二羟胆钙甾醇调节钙、磷代谢3.维生素E

保护膜脂质，抗氧化剂4.维生素K参与氧化还原反应羧化反应的辅助因子33B-VitaminsVitaminC三、水溶性维生素34维生素B1（thiamine）又称抗神经炎素、硫胺素噻嘧胺，是维生素中最早被发现的。维生素B1是嘧啶衍生物，由2-甲基-4-氨基嘧啶同一个噻唑衍生物（4-甲基-5-β-羟-乙基噻唑）经一个亚甲基连接而成。（一）维生素B1和硫胺素焦磷酸35存在形式：TPP（硫胺素焦磷酸）由ATP提供维生素B1在活体组织中可经硫胺素激酶催化与ATP作用转化成硫胺素焦磷酸（thiaminepyrophosphate，TPP）。36TPP-合成酶ATPAMPTPP是VitB1的活化形式37来源酵母中含维生素B1最多。其他食物中虽普遍含有维生素B1，但含量都不高，其中五谷类含量较高，多集中在胚芽及皮层中。此外，瘦肉（特别是猪肉），核果和蛋类的含量也较多。蔬菜中白菜及芹菜含量较多。酵母、某些细菌和高等植物能合成维生素B1。在动物和酵母体中，维生素B1主要以焦磷酸硫胺素形式存在。在高等植物体中有自由维生素B1存在。38功能及作用机制主要功能是以辅酶方式参加糖的分解代谢。TPP是脱羧酶、丙酮酸脱氢酶系和α-酮戊二酸脱氢酶系的辅酶。39脱羧酶辅酶

将底物移入/出脱羧酶活性中心+丙酮酸脱羧酶40缺乏病：1、脚气病消化不良（抑制胆碱酯酶）2.中枢神经和胃肠病患糖代谢失常多存在于种皮、瘦肉、白菜中VB1在酸性溶液中稳定，耐热，在pH3.5以下，120℃不被破坏。维生素B1的另一作用是促进年幼动物的发育。维生素B1还有保护神经系统的作用，41（二）维生素B2和黄素辅酶维生素B2又称核黄素（riboflavin），是一种含核糖醇基的黄色物质，在自然界多与蛋白质结合存在，这种结合体称黄素蛋白。维生素B2由异咯嗪与核糖醇所组成42来源维生素B2的分布较广。酵母、肝脏、乳类、瘦肉、蛋黄、花生、糙米、全粒小麦、黄豆等含量较多；蔬菜及水果也略含有。人体不能合成维生素B2，某些微生物能合成。性质维生素B2为桔黄色的针状晶体，味苦，微溶于水，极易溶于碱性溶液，水溶液呈黄绿色荧光，在波长565nm，pH4～8之间荧光最大，可作定量依据。对光和碱都不稳定，对酸相当稳定。在碱液中经光作用产生光咯嗪（lumichrome）。自然界中，维生素B2在机体内与ATP作用转化为核黄素磷酸，即黄素单核苷酸（简称FMN）。后者再经ATP作用进一步磷酸化即产生黄素腺嘌呤二核苷酸（简称FAD）。43氧化态

还原态机理FMN+2e+2H+

FMNH2FAD+2e+2H+

FADH2

二甲基异咯嗪上的N1、N5载运H缺乏病——舌炎、眼球充血等症状补充物—牛奶、蔬菜广泛存在，酵母、肝、肾、蛋、奶、大豆中丰富444546（三）维生素B3（泛酸、遍多酸）与辅酶A来源泛酸广布于动植物组织中。肝、肾、蛋、瘦肉、脱脂奶、糖浆、豌豆、菜花、花生、甜山芋等的泛酸含量都较为丰富，肠细菌及植物能合成泛酸，哺乳类不能。结构泛酸是β-丙氨酸与α，γ-二羟-β-二甲基丁酸结合而成的化合物。分子中有一肽键。性质泛酸为淡黄色粘性油状物，溶于水和醋酸，不溶于氯仿和苯。在中性溶液中对湿热、氧化和还原都稳定。酸、碱、干热可使之分裂为β-丙氨酸及其他产物。泛酸的钙盐为无色粉状晶体，微苦，溶于水，对光及空气都稳定，但在pH5～7溶液中可被热破坏，商品泛酸为泛酸钙。47化学结构泛解酸β丙氨酸VB3存在方式辅酶A（CoA~SH）3`5`巯基乙胺酰胺键磷酸二酯键泛酸3，3-二甲基-2、4-二羟基丁酸

OH1VB33`.5`-ADP(P447)48功能——酰基转移酶辅酶，传递酰基在脂类与糖类代谢中起重要的作用H2O脂酰CoAH+49CoA主要起传递酰基的作用，是各种酰化反应中的辅酶。主要功能：（1）通过亲核攻击转移活化的酰基（2）吸取一个质子活化酰基的-氢50缺乏的影响成人每天有5～10mg的泛酸即基本满足需要，缺乏泛酸的情况极少。大白鼠缺乏泛酸，毛变灰白，并自行脱落，毛与皮的色素形成可能与泛酸有关。机体的泛酸有大部分（约70％）可不经改变由尿排出，小部分随粪便排出。51（四）维生素PP和烟酰胺辅酶维生素PP（nicotinamide，nicotinicacid），过去称抗癞皮病维生素，包括烟酸及烟酰胺两种化合物。由于烟酰胺的副作用较小（如引起面部、颈部发赤、发痒和烧灼感），医疗及营养上多用烟酰胺，国际生化名词委员会采用烟酰胺为维生素PP的化学名。来源烟酸和烟酰胺的分布都很广，以酵母、肝脏、瘦肉、牛乳、花生、黄豆等含量较多；谷类皮层及胚芽中含量亦富，动物肠内有的细菌可从色氨酸合成烟酸和烟酰胺。52化学结构存在方式烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶I）NAD+烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（辅酶Ⅱ）NADP+烟酰胺NAD+磷酸NADP+NMPAMPO53功能：脱氢酶辅酶，传递H酶活性中心+底物可自身合成，不缺乏54在脱氢酶的活性中心辅助H传递NAD(P)H脱氢酶活性中心底物

NAD(P)+NAD(P)H将H传递出去55功能烟酸及烟酰胺有下列几种生理作用：①作为辅酶成分参加代谢NAD和NADP为脱氢酶的辅酶，是生物氧化过程中不可缺少的递氢体。②维持神经组织的健康③烟酸和烟酰胺可促进微生物（如乳酸菌、白喉杆菌、痢疾杆菌等）生长。④烟酸可使血管扩张，使皮肤发赤、发痒，烟酰胺无此作用。较大剂量烟酸有降低血浆胆固醇和脂肪的作用。医药上用烟酸肌醇酯作为防治血脂和血胆固醇过高症就是利用烟酸和肌醇来防止胆固醇在血液中累积。56缺乏的影响膳食中长期缺少维生素PP所引起的疾病为对称性皮炎，又叫癞皮病（pellagra）。在狗生黑舌病。癞皮病患者的中枢神经及交感神经系统、皮肤、胃、肠等皆受不良影响。主要症状为对称性皮炎，消化管炎和神经损害与精神紊乱，两手及其裸露部位呈现对称性皮炎，发炎处有显著而界限清楚的色素沉着及腹泻等特征。烟酸和烟酰胺可部分由尿排出，大部分在体内转化为其他物质。大剂量（3～8g/日）可损害肝脏。57（五）维生素B6和磷酸吡哆醛（胺）来源维生素B6的分布较广，酵母、肝脏、谷粒、肉、鱼、蛋、豆类及花生中含量都较多。动物组织中多以吡哆醛和吡哆胺形式存在，植物组织中多以吡哆醛的形式存在。某些动植物和微生物能合成维生素B6。结构3种吡哆素皆为吡啶的衍生物又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺58NCH2O—CHOHOH3CP（磷酸吡哆醛，PLP）吡哆醇吡哆醇氧化酶吡哆醛吡哆胺吡哆胺转氨酶ATPADP磷酸吡哆醇磷酸吡哆醇氧化酶磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺转氨酶磷酸吡哆胺ATPADP激酶ATPADP5960功能：作为辅酶参加多种代谢反应，包括脱羧、转氨、氨基酸内消旋、Trp代谢（包括Trp→nicotinamide）、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基酸的代谢和氨基酸的脱水等。分布广泛;食物中富含，肠道细菌可以合成供人体需要。维生素B6也是微生物（如酵母、乳酸菌等）生长所必需的。吡哆醛磷酸与吡哆胺磷酸的活性较高。61缺乏及过多的影响小剂量无任何不良副作用，大剂量（每公斤体重3～4g）会引起痉挛。长期缺乏维生素B6会导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害，例如人体严重缺乏维生素B6会产生抑郁、精神紊乱、血色素降低，白细胞类型反常，皮脂溢出、舌炎、口炎和鼻炎等。婴儿缺乏可能引起易惊、腹胀、呕吐、腹泻和抽搐等，但不常见。白鼠缺乏可发皮炎、爪、耳棘皮。成人每天2.0mg，婴儿及儿童每天有0.2～1.2mg即可，不致有缺乏之虞。62为含硫维生素，其结构可视为由尿素与硫戊烷环结合而成，并有一个C5酸枝链。HNNHCO尿素部分HCCHH2CCHS硫戊烷环部分(CH2)4COOHC5酸根部分生物素（biotin）尿素环上的一个N可与CO2结合(P454)（六）维生素B7（生物素）6364生物素是细长针状的晶体，熔点232℃，耐热和酸碱，微溶于水。功能：生物素是多种羧化酶的辅酶，在CO2固定反应中起重要作用。6566（七）维生素B11（叶酸）与四氢叶酸来源叶酸分布较广，绿叶、肝、肾、菜花、酵母中含量较多，其次为牛肉、麦粒。结构叶酸分子是由蝶啶（pteridine）、对氨基苯甲酸与L-谷氨酸连接而成：67存在形式——四氢叶酸（辅酶F、CoF）谷氨酸叶酸四氢叶酸5678F4，THF68含一个碳原子的基团功能：一碳单位脱除酶的辅酶传递一碳基团69传递亚甲基谷氨酸谷氨酸传递甲基谷氨酸传递甲川基707172叶酸参与嘌呤、嘧啶的合成，间接影响蛋白质合成。磺胺类药物可竞争性地抑制细菌叶酸的合成，导致繁殖中断。73功能叶酸的重要生理功用是作为一碳化合物的载体参加代谢。缺乏的影响由于叶酸间接与核酸和蛋白质的生物合成有关，缺乏时可引起多种疾病。如鸡缺乏叶酸时患贫血和抗病力降低，鼠毛缺少色素，猴患巨红血细胞贫血、白血病、腹泻、水肿和口腔损害等症，人患恶性贫血、舌炎和胃肠疾患等。叶酸在体内可转化为其他物质，约2／3与其他物质结合，从尿排泄的甚少，对人无毒。临床上叶酸只适用于恶性贫血，对缺铁所引起的贫血无效。74（八）维生素B12（钴维生素）维生素B12是含钴的化合物，故又称钴维生素或钴胺素（cobalamins或cobamide），至少有5种。一般所称的维生素B12是指分子中钴同氰（CN）结合的氰钴胺素。来源肝脏为维生素B12的最好来源，其次为奶、肉、蛋、鱼、蚌、心、肾等，植物不含维生素B12。天然维生素B12与蛋白质结合存在，在吸收前须经热或蛋白水解酶分解成自由型才能被吸收。在自然界中只有微生物能合成维生素B12，动物组织中的维生素B12部分从食物得来，部分是肠道中的微生物合成的。75结构维生素B12是含三价钴的多环系化合物，其经验式为C63H88O14N14PCo。76辅酶参与的3种类型的反应77功能：1.促进某些化合物的异构作用。2.

促进甲基转移作用。3.

维持SH的还原型状态。4.

促进核酸和蛋白质的生物合成。5.

维持造血机构的正常运转。6.

促进上皮组织细胞的新生。784.

髓磷脂的生物合成减少，损害神经系统缺乏症：1.儿童及幼龄动物发育不良。2.消化道上皮组织细胞失常。3.造血器官功能失常，导致恶性贫血。79（九）硫辛酸

辛：八

H2C-CH2-HC（CH2）4—COOH||SHSH(P459)80

H2C-CH2-HC（CH2）4—COOH

S—S

酰基的载体硫辛酸是一种酰基载体，存在于丙酮酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶中，是涉及糖代谢的两种多酶复合体。在-酮酸氧化作用和脱羧作用时行使偶联酰基转移和电子转移的功能8182（十）维生素C（抗坏血酸）来源维生素C的主要来源为新鲜水果及蔬菜。水果中含量最多者首推橙类，番茄含维生素C也很多。蔬菜中以辣椒的维生素C含量最富，每100g辣椒中所含维生素C可达200mg。此外，胡萝卜、甘蓝、萝卜以及绿叶菜和嫩芽中的含量都相当多。野生植物中毛梨（刺梨）、槐花及醋柳含维生素C亦富。结构维生素C为酸性己糖衍生物，是烯醇式己糖酸内酯。有L-及D-型两种异构体，只有L-型有生理功效，还原型和氧化型都有生物活性。8384Vc生理功能：1、参与体内氧化还原反应（1）保持巯基酶的活性和谷胱甘肽的还原状态，起解毒作用85（2）还原高铁血红蛋白成血红蛋白（3）促进肠道内铁的吸收（4）保护VitA、E和B免遭氧化2、参与体内多种羟化反应（1