第五章 维生素与辅酶

第五章维生素与辅酶本章内容简介掌握内容讲授要点回顾本章习题本章着重介绍了各种维生素的结构、性质和功能，特别是每种维生素相对应的辅酶及其辅酶在代谢中的功能，为以后的动态生物化学部分的学习奠定必需的基础。学习本章时应注意用比较和分析的方法来掌握维生素复杂的结构及其与辅酶的关系。第一节维生素的概念和类别第二节脂溶性维生素第三节水溶性维生素维生素的概念:是参与生物生长发育和代谢所必需的一类微量的小分子有机物质。所有维生素都是功能物质而不是结构或能量物质。主要功能是作为某些代谢物质的载体或某些酶的辅酶或辅基参加各种代谢反应。机体缺少某种维生素时，可使机体物质代谢发生障碍，使生物体不能正常生长，以至发生不同的维生素缺乏病。维生素的类别水溶性维生素脂溶性维生素维生素B族（B1、B2、泛酸、维生素PP、B6、生物素、叶酸，B12）和维生素C等。维生素A、D、E、K等维生素AVA只存在于动物性食物中，包括A1和A2两种。A1即视黄醇，主要存在于咸水鱼肝脏；A2即3-脱氢视黄醇，主要存在于淡水鱼肝脏。在高等植物和动物中普遍存在的β-胡萝卜素（VA原）可转变为VA。VA是不饱和一元醇，在体内可被氧化成视黄醛CH2OH视黄醇3-脱氢视黄醇脂溶性维生素常见的有维生素A、D、E、KCH2OHCHO功能：VA除了促进年幼动物生长外，其主要功能为维持上皮组织健康及正常视觉，还有助于动物生殖和泌乳缺乏症：VA缺乏会引起视紫红质不足，对暗光适应能力减弱，发生夜盲症VA较易被正常肠道吸收，但不直接随尿排泄，因而摄取过量是有害的。正常人每日生理需要量为3000IU左右。视紫红质不足，对暗光适应能力减弱，发生夜盲症维生素DVD具有抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维生素。已确知有4种，即维生素D2、D3、D4、D5，均为类固醇(甾醇)衍生物，其中D2（麦角钙化醇）和D3（胆钙化醇）较为重要。D2比D3仅多一个甲基和一个双键只在动物体内含有VD，鱼肝油中含量最丰富。动物组织和人体内可由胆固醇转化为7—脱氢胆固醇再经紫外光照射可转变为维生素D3；植物中的麦角固醇也可经紫外线照射转变为维生素D2。目前尚不能用人工方法合成，只能用紫外光照射维生素D原的方法来制造功能：调节钙、磷代谢，维持血液正常的钙、磷浓度，从而促进钙化，使牙齿、骨骼发育正常VD3（胆钙化醇）转钙化蛋白（DBP）肝脏混合功能氧化酶C-25位羟化25—羟胆钙化醇（VD在体内的主要循环形式，但生物活性低）肾脏混合功能氧化酶C-1位羟化1.25—二羟胆钙化醇（VD在体内的主要活性形式）靶组织调节钙、磷代谢降钙素甲状旁腺素缺乏症：VD摄食不足，不能维持钙的平衡，儿童骨骼发育不良，产生佝偻病。患者骨质软弱，膝关节发育不全，两腿形成内曲或外曲畸形。成人则产生骨骼脱钙作用；孕妇和授乳妇人的脱钙作用严重时导致骨质疏松症，患者骨骼易折，牙齿易脱落。机体只能从胆汁排出过多的VD，VD如摄食过量则会中毒。早期症状为：乏力、疲倦、恶心、头痛、腹泻等。较严重时引起软组织（包括血管、心肌、肺、肾、皮肤等）的钙化，导致重大病患。维生素EVE又称生育酚或抗不育维生素，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。动物组织的VE都是从食物中取得的。VE为淡黄色无嗅无味油状物，不溶于水而溶于油脂。不易被酸、碱和热破坏。极易被氧化。易被紫外光破坏。在259nm有吸收峰。功能：与动物生殖有关，以α-生育酚生理活性最高；具有抗氧化的功能，以δ-生育酚作用最强，可使细胞膜上不饱和脂肪酸免于氧化而被破坏，保护生物膜的结构和功能；提高血红素合成中关键酶活性促进血红素合成，同时其抗氧化功能能防止红细胞破裂溶血而延长其寿命；可用于延缓老年早衰和记忆力减退，预防动脉硬化，神经和皮肤的病变等。缺乏症：1.生殖系统的上皮细胞毁坏，影响生殖功能。2.肌肉（包括心肌）萎缩，形态改变，代谢反常。3.血胆固醇水平增高，红细胞破坏，发生贫血。维生素KVK是一类能促进血液凝固的萘醌衍生物，又称凝血维生素。在绿叶植物及动物肝脏中含量丰富。有K1、K2、K3、K4四种，K1、K2为天然产物，K3为人工合成品，临床最常用。溶于油脂及有机溶剂，如乙醚、丙酮等，耐热，但易被光破坏1：促进血液凝固，因VK是作为羧化酶的辅酶促进肝脏合成凝血酶原，调节凝血因子合成，促进血液凝固。2：可作为电子传递体系的一部分，参与氧化磷酸化过程。缺乏症：动物缺乏VK，血凝时间延长。成人一般不易缺乏VK。但新生婴儿不能合成VK，应增加母体的VK含量。有VK缺乏病状的人，必伴有其他生理功能不正常的情况，如胆管阻塞，或因肠道疾病妨碍VK的吸收。功能：VK→使(构成凝血因子的)谷氨酸羧化→Ca2+螯合能力增强依赖于VK的谷氨酸羧化酶→催化凝血酶原氨基端(区域的)十个谷氨酸成为γ-羧基谷氨酸(正常的凝血酶原)→ca2+的强螯合剂→具凝血活性的凝血酶VK缺乏或其拮抗物的存在,无法合成有效的凝血酶原进而生成凝血酶,使出血不止维生素B1和硫胺素焦磷酸维生素PP/VB5和烟酰胺辅酶维生素B2和黄素辅酶泛酸/VB3和辅酶A维生素B6和磷酸吡哆醇、醛、胺维生素B12及其辅酶生物素/VB7叶酸/VB11和四氢叶酸硫辛酸维生素C水溶性维生素和辅酶维生素B1和硫胺素焦磷酸TPPN—C—CH3HCC—CH2CH2OHSCl维生素B1由一含S的噻唑环和一含NH2的嘧啶环组成，又称硫胺（素）。1245NH2·HCl3HCCH2124PP硫胺素焦磷酸（TPP）硫胺素+ATPMg2+硫胺素激酶TPP+AMP主要功能：1.以辅酶方式参加糖的分解代谢。TPP（羧化辅酶）是脱羧酶、脱氢酶的辅酶。功能部位在噻唑环的C2上的氢可以解离成H+和负碳离子，负碳离子可以和酮酸的羰基碳结合从而脱去CO2。p4422.保护神经系统。促进糖代谢，为神经活动提供能量，又能抑制胆碱酯酶的活性，保持神经的正常传导功能。缺乏症：1.脚气病2.中枢神经和肠胃患糖代谢失常＝活性噻唑环＋＋＋＋＋——因维生素B1严重缺乏而引起的多发性神经炎。患者的周围神经末梢及臂神经丛均有发炎和退化现象，伴有心界扩大、心肌受累、四肢麻木、肌肉瘦弱、烦躁易怒和食欲不振等症状。同时因丙酮酸脱羧作用受阻，组织和血液中乳酸量大增，湿性脚气病还伴有下肢水肿。脚气病缺乏维生素B1不仅周围神经的结构和功能受损，中枢神经系统也同样受害。因为神经系统（特别是大脑）所需的能量，基本由血糖氧化供给，当糖代谢受阻时，神经组织也就发生反常现象。酵母中含VB1最多，其次在米糠和麦麸中含量也很丰富。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。VB1极易溶于水,淘米时VB1损失30%～60%,VB2和VPP各损失20%～25%,矿物质损失70%.搓洗次数越多,浸泡时间越长,水温越高,损失越多.故米不宜多淘洗以免损失。维生素PP和辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ维生素PP过去称抗癞皮病维生素，包括尼克酸（烟酸）和尼克酰胺。尼克酰胺的副作用较小，医疗及营养上多用尼克酰胺。尼克酰胺为维生素B5的化学名。NCOOH尼克酸NCONH2尼克酰胺NCONH2OOH2COHOHNNNNHH9POO‖NH2OH2COHOHOP=OOO+尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(辅酶Ⅰ)（nicotinamideadeninedinucleotide，NAD+）P尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(辅酶Ⅱ)（nicotinamideadeninedinucleotidephosphate，NADP+）尼克酰胺+PRPP+ATP→NAD+NAD++ATP→NADP++PPi功能：1.以NAD+（辅酶Ⅰ）或NADP+（辅酶Ⅱ）形式作为脱氢酶的辅酶而起到递氢体和电子载体的作用；并使某些反应偶联起来。NCONH2R2H=2e+2H+NCONH2RHH1+4-2HNAD(P)+氧化型+2H-2HNAD(P)H+H+还原型..+H+2.维持神经组织的健康。尼克酰胺对中枢及交感神经系统有维护作用，缺乏，则常产生神经损害和精神紊乱缺乏症缺乏维生素PP所引起的疾病为对称性皮炎，又叫癞皮病；患者的中枢及交感神经系统、皮肤、胃、肠等皆受不良影响。主要症状为两手及其裸露部位呈现对称性皮炎、中枢神经方面的症状为头痛、头昏、易刺激、抑郁等。Vpp在自然界分布很广，此外在体内Trp可转变为尼克酰胺，所以人类一般不会缺乏。但长期以玉米为主食易患缺乏症（玉米中Trp贫乏）。维生素B2和黄素辅酶VB2又称核黄素，是一种核糖醇与7，8—二甲基异咯嗪的缩合物，在自然界多与蛋白质结合成黄素蛋白H2C—C—C—C—CHOHOHOHOHHHHH1′2′3′4′5′NNNCCONHOCH3CH31234689105核糖醇基异咯嗪基7H2C—C—C—C—CH2OHOHOHOHHHHNNNCCONHOCH3CH3-O—P=OOO-FMN/黄素单核苷酸，flavinmononucleotideOH2COHOH1′2′3′4′5′NNNNHHH9-O—P=OOFAD/黄素腺嘌呤二核苷酸，flavinadeninedinucleotideVB2+ATP→FMN+ADPFMN+ATP→FAD+PPiNNNCCONHOCH3CH3R51NNNCCONHOCH3CH3HHR+2HH2-VB2的生理功能是作为递氢辅酶，参与生物氧化作用。有3种不同的氧化还原状态VB2的生理功能维生素B2每人每天需要量：儿童0.6mg，成人1.6mg。动物体内不能合成VB2，必须由食物供给，如小麦，青菜，黄豆，动物肝脏，酵母等。但过量则排出。膳食中长期缺乏维生素B2，眼角膜和口角血管增生，引起白内障、眼角膜炎、舌炎等。泛酸（维生素B3）和辅酶A•1)维生素(VB3)：泛酸•2)由，-二羟基--二甲基丁酸和一分子-丙氨酸缩合而成。CH2CCH3CH3CHOHCONHCH2CH2COHCOOHOα,γ-二羟-β,β-二甲基丁酸β-丙氨酸3)形成辅酶A：与β-巯基乙胺、3’5’-ADP形成辅酶A(CoA-SH)CH2CCH3CH3CHOHCONHCH2CH2CNHCH2CH2SHOOOOHPOOHHONNNH2NNOPOOOHPOOOHCH2磷酸泛酰巯基乙胺辅酶A泛酸的生物功能是以CoA这一活性形式参加代谢，是酰基的载体，CoA中巯基乙胺的-SH可与酰基形成巯酯，是体内酰化酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的乙酰基转移有重要作用。泛酸的另一活性形式是酰基载体蛋白(ACP),其中的泛酰巯基乙胺以共价键与Pr的Ser-OH相连，与脂肪酸的生物合成关系密切膳食中泛酸含量丰富（遍多酸），同时肠道细菌也能合成泛酸供人体利用，因此人类极少缺少泛酸。维生素B6和磷酸吡哆醛维生素B6又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。NCH2OHCH2OHHOH3C吡哆醇NCH2OHCHOHOH3C吡哆醛NCH2OHCH2NH2HOH3C吡哆胺NCH2O—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ATPADP功能：作为辅酶参加多种代谢反应，特别在氨基酸代谢中非常重要，其作用机制为：PLP的醛基与底物氨基酸的氨基结合成中间复合物醛亚胺（Schiff碱），醛亚胺再根据不同酶蛋白的特性，使氨基酸发生脱羧、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作用。磷酸吡哆醛维生素B12和B12辅酶维生素B12是含钴的化合物，是红色晶体，又称钴胺素。维生素B12的发现是多年研究恶性贫血症（即巨初红细胞症）的结果。在自然界中只有微生物能合成维生素B12。维生素B12是含三价钴的多环系化合物，其经验式为C63H88O14N14RCo。其结构式经多次修正，至1963年确定。1973年完成人工合成。R基团VB12在体内有多种活性形式，其中5’-脱氧腺苷钴胺素(VB12分子中与Co离子相连的CN基被5’-脱氧腺苷所取代)是体内的