第四章 維生素與輔酶

1、第四章 維生素與輔酶第一節(jié) 維生素的概念與分類一、概念與重要性維生素是維持生命有機(jī)體正常生命活動(dòng)過程所必需的一類物質(zhì)。其種類很多，結(jié)構(gòu)各異，均為有機(jī)小分子。功能上，維生素雖不是構(gòu)成組織的原料和產(chǎn)能物質(zhì)，但確是生物生長(zhǎng)發(fā)育和進(jìn)行新陳代謝不可缺少的一類物質(zhì)。因?yàn)樗?尤其是VB)是輔酶的組成成分。動(dòng)物不能合成或只能合成少量的維生素，必須從食物中獲得。不同的維生素構(gòu)成不同的輔酶，缺乏時(shí)產(chǎn)生不同的疾病，這些統(tǒng)稱為維生素缺乏癥。高等植物一般可以合成自身所需的各種維生素；有些微生物能合成自身所需要的維生素，如核黃菌能合成VB2；人體內(nèi)的腸道細(xì)菌可以合成一定量的維生素。人類對(duì)維生素的認(rèn)識(shí)來源于長(zhǎng)期的醫(yī)療實(shí)踐和

2、科學(xué)實(shí)驗(yàn)。1896年，荷蘭醫(yī)生艾克曼(Eijkman)發(fā)現(xiàn)腳氣病發(fā)生與食米的精、 糙有關(guān)。他并發(fā)現(xiàn)雞長(zhǎng)期食用精米后，會(huì)產(chǎn)生與人相同的腳氣病，即多發(fā)性神經(jīng)炎。這可能是由于缺乏米糠中的某種成分引起的。1910年，波蘭學(xué)者馮克(Funk)從米糠中提取出一種胺類物質(zhì)可治療腳氣病。將其命名為“活性胺”(vita-amino)。1926年Jansenhe和Donath從米糠中獲取了硫胺素的結(jié)晶。此后，在天然食物中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多動(dòng)物和微生物生長(zhǎng)必需的物質(zhì)，統(tǒng)稱為維生素(Vitamin)。意為維持生命之要素。二、命名與分類1. 命名 習(xí)慣上用A、B、C、D命名，中文則相應(yīng)采用甲、乙、丙、丁。 根據(jù)生物學(xué)作用命

3、名；VB1可防止神經(jīng)炎，也稱為神經(jīng)炎維生素（aneurin）。 根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)命名；因VB1含有硫和氨基，又稱為硫胺素。 1956年，國(guó)際純粹和應(yīng)有化學(xué)命名委員會(huì)要求按照化學(xué)性質(zhì)命名。2. 分類目前，已知維生素有30多種。有胺類、醇類、酚類、醛類等；多按照其溶解性質(zhì)分為水溶性和脂溶性兩類：（1） 脂溶性維生素，如VA、VD、VE和VK等（2） 水溶性維生素，包括VC和VB族。第二節(jié) 重要脂溶性維生素一、維生素A及維生素A原維生素A（視黃醇，retinol）分為VA1和VA2兩種。VA1主要存在于咸水魚的肝臟，VA2主要存在于淡水魚的肝臟，商品VA即VA1。維生素A是含有-白芷酮環(huán)的不飽和一元醇。

4、只是VA2在環(huán)中三位比VA1多了一個(gè)雙鍵。人體缺乏VA會(huì)患干眼病，所以又稱為抗干眼病維生素。因其有醇羥基也稱為干眼醇。動(dòng)物肝臟中(尤其是魚肝中)含量豐富。有些物質(zhì)本來不具有維生素活性，但在體內(nèi)可在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成維生素的物質(zhì)稱為維生素原。如每100g鮮胡蘿卜肉含9.9mg胡蘿卜素，其中7.7mg為-胡蘿卜素。-胡蘿卜素（無維生素活性）經(jīng)雙加氧酶氧化成兩個(gè)視黃醛，后被視黃醛還原酶還原成視黃醇。VA為黃色油狀液體，粘性較大。側(cè)鏈雙鍵易氧化。一個(gè)國(guó)際單位(i.u.)VA的量相當(dāng)于0.6g純-胡蘿卜素或0.344g維生素A醋酸酯。視覺細(xì)胞中感受弱光的視紫紅質(zhì)（rhodopsin）由視蛋白（opsin）和11

5、-順視黃醛（retinene）組成。當(dāng)光線照在視網(wǎng)膜上時(shí)，視紫紅質(zhì)分解成視蛋白和全反視黃醛。全反視黃醛可以異構(gòu)酶催化轉(zhuǎn)化成11-順視黃醛；也可以先還原成反視黃醇，后經(jīng)異構(gòu)酶轉(zhuǎn)化成11-順視黃醇，最終還原成11-順視黃醛。上述轉(zhuǎn)化中一部分反視黃醛被分解成無用物質(zhì)，所以需要經(jīng)常補(bǔ)充。動(dòng)物缺乏VA，會(huì)影響其暗適應(yīng)能力，出現(xiàn)“夜盲癥”。 VA還是維持上皮組織的結(jié)構(gòu)和功能的必需物質(zhì)。動(dòng)物缺乏VA，皮膚及粘膜上皮細(xì)胞易角質(zhì)化，引起如眼角膜干燥，皮膚角質(zhì)化粗糙，呼吸道易感染等疾病。但VA攝入過量易引起中毒。二、維生素D及維生素D原維生素D是固醇類衍生物，又稱抗佝僂病維生素。維生素D有很多種，其中VD2和VD

6、3較為重要，兩者只是側(cè)鏈R不同。植物中的麥角固醇經(jīng)過紫外線照射可轉(zhuǎn)化成VD2，所以它是VD2的維生素原；而VD2又稱為鈣化醇或麥角鈣化醇。人和動(dòng)物皮下含有7-脫氫膽固醇，經(jīng)紫外線照射轉(zhuǎn)化成VD3，是VD3的維生素原。VD3在體內(nèi)生物活性較低，需先在肝臟中羥基化成25-羥-維生素D3，再在腎臟進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成1,25二羥維生素D3，才能發(fā)揮其生理功能。維生素D為無色結(jié)晶體，酸性條件下易被破壞。1國(guó)際單位維生素D相當(dāng)于0.025g純VD2。維生素D主要功能是調(diào)節(jié)鈣、磷的代謝，維持血鈣和血磷的水平。從而維持牙齒和骨骼的正常生長(zhǎng)和發(fā)育。兒童時(shí)期缺乏維生素D會(huì)引起佝僂病，表現(xiàn)為弓形腿、膝內(nèi)翻和關(guān)節(jié)腫大等。過

7、量攝入維生素D會(huì)引起急性中毒。三、維生素K1930年，丹麥科學(xué)家H.Dam發(fā)現(xiàn)了一種與凝血酶原相關(guān)的物質(zhì)，并命名為維生素K，即凝血維生素。天然維生素K有兩種：VK1和維生素VK2。它們都是2-甲基-1,4-萘醌的衍生物，差異在側(cè)鏈上。VK1最初從苜蓿葉中提取出來，黃色油狀物。VK2是從腐爛魚中提取出的淡黃色晶體。蛋黃、苜蓿、綠色蔬菜如菠菜、動(dòng)物肝臟等含有豐富的維生素K，人體腸道細(xì)菌可以合成VK，一般不會(huì)缺乏。VK主要功能是促進(jìn)凝血酶原的合成。凝血酶原無活性，其N端135位的10個(gè)谷氨酸必需進(jìn)行羧基化轉(zhuǎn)化成羧基谷氨酸后，才有活性。缺乏維生素K，凝血酶原合成受阻，導(dǎo)致凝血時(shí)間延長(zhǎng)，故VK又稱為凝血

8、維生素。肝臟或腸道疾病患者，脂類的消化吸收不良，或長(zhǎng)期服用廣譜抗生素抑制了腸道細(xì)菌的生長(zhǎng)，易導(dǎo)致VK的缺乏。VK有還原型和環(huán)氧化物(epoxide)兩種形式。環(huán)氧化物酶可使還原型的VK變成環(huán)氧化物，后者也可以在還原酶的作用下轉(zhuǎn)化為還原型維生素K。谷氨酸的羧基化需要還原型VK。新雙羥香豆素是還原酶的抑制劑，使環(huán)氧化物形式的VK無法轉(zhuǎn)化成還原型，抑制凝血酶原的合成。四、維生素EVE因?yàn)榭梢灶A(yù)防大鼠不孕癥，被成為抗不孕維生素；它屬于酚類化合物，所以又稱生育酚。天然VE有很多種，均為淡黃色油狀物質(zhì)；不溶于水，不易被酸、堿破壞，但易氧化；不同生育酚的結(jié)構(gòu)差異主要在側(cè)鏈上。其生物活性以-生育酚最強(qiáng)。維生素

9、E在自然界廣泛分布，蔬菜、谷類及動(dòng)物性食品中含有。種子的胚芽，尤其是麥胚油、玉米油和花生油中含量都很高。芝麻雖小，但胚芽多，含維生素E也多。營(yíng)養(yǎng)學(xué)家認(rèn)為，膳食中維生素E的最好來源是植物油，以豆油中含量最高(94mg/100g豆油中)。其次是玉米油(83mg/100g玉米油)。維生素E在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)、分布都依賴于-生育酚結(jié)合蛋白。與維生素E后，以溶解的方式存在于各個(gè)組織中。維生素E的功能有兩個(gè)： 與動(dòng)物生殖機(jī)能有關(guān)。臨床上常用來治療習(xí)慣性流產(chǎn)、早產(chǎn)等。 抗氧化作用。維生素E極易氧化的物質(zhì)不被氧化，所以它是有效的抗氧化劑。維生素E通過自身的氧化而保護(hù)生物膜中的不飽和脂肪酸不被氧化。第三節(jié) 重要的水溶

10、性維生素 一、維生素C 1. 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)維生素C為具有L-糖構(gòu)型的不飽和多羥基化合物。因分子中含有烯醇式羥基，易解離放出質(zhì)子而顯酸性。天然維生素C為L(zhǎng)-型，因可治療和預(yù)防壞雪病，又稱為抗壞血酸。維生素C在自然界廣泛分布，其中草莓、山楂和橘類含量最多。大多數(shù)動(dòng)物可以利用葡萄糖合成維生素C，人類、靈長(zhǎng)類和豚鼠因缺乏合成維生素C的L-古洛糖酸內(nèi)酯氧化酶，不能合成自身所需的維生素C。維生素C為無色晶體或粉末，在酸性下穩(wěn)定；氧化后變黃。2. 維生素C的功能一些重金屬離子等毒物。重金屬離子與酶的巰基結(jié)合使酶失去活性，維生素C可使還原型谷骯甘肽(G-S-S-G)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?GSH)，后者可與重金屬離子結(jié)合

11、，而保護(hù)了需巰基的酶的活性。維生素C可提高某些金屬酶的活性，如脯氨酰羥化酶等，因而可促進(jìn)膠原蛋白及粘多糖的合成，促進(jìn)傷口愈合，膠原蛋白是結(jié)締組織中重要的蛋白質(zhì)與其他蛋白質(zhì)比較，其氨基酸組成的特點(diǎn)是含羥脯氨酸較多；放射性同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證明新合成的膠原肽鏈中，其甘氨酸殘基氨基端的氨基酸是羥脯氨酸而不是脯氨酸。是在多肽鏈合成后，由脯氨酰羥化酶催化相應(yīng)位置上的脯氨酸進(jìn)行羥基化反應(yīng)而產(chǎn)生的。體外實(shí)驗(yàn)證明，人工合成的多聚(脯-脯-甘)三螺旋的熔點(diǎn)是24，而多聚(脯-羥脯-甘)三螺旋的熔點(diǎn)為58；在維生素C缺乏的情況下，合成的膠原蛋白的熔點(diǎn)比正常膠原的熔點(diǎn)低。說明羥脯氨酸是膠原三螺旋之間形成氫鍵以穩(wěn)定定膠原

12、三螺旋所必需的氨基酸。脯氨酰羥化酶的活性需有Fe2+的存在。亞鐵離子使氧（O2）激活；在脯氨酰羥化酶催化的反應(yīng)中，有Fe3+O-復(fù)合物形成，該復(fù)合物使脯氨酰羥化酶失活；而維生素C的存在，可使Fe3+還原為Fe2+；因此，維生素C充當(dāng)了抗氧化劑。以繼持金屬離子的酶的活性。缺乏維生素C，脯氨酸不能進(jìn)行羥基化，合成的膠原蛋自異常，皮膚易損傷，血管變脆而導(dǎo)致壞血病的發(fā)生。二、維生素B1和焦磷酸硫胺素 維生素B1(VBl)又稱為抗腳氣病維生素，抗神經(jīng)炎因子。是由嘧啶環(huán)和噻唑環(huán)借亞甲基橋連接而成的化合物(圖4-5)。因分子中含有氨基，又稱為噻嘧胺；又因分子中含有S，又稱為硫胺素等。硫胺素是最早被發(fā)現(xiàn)的一種

13、維生素。維生素B1廣泛分布于種子的外皮、胚芽中。米糠、酵母、瘦肉中含量也多。維生素B1為白色粉末，其鹽酸鹽為白色針狀結(jié)晶。維生素B1的熔點(diǎn)較高（250）,在酸性，中性條件下較穩(wěn)定。在體內(nèi)維生素B1常以硫胺素焦磷酸酯的形式存在，構(gòu)成-酮酸氧化脫羧酶系的輔酶焦磷酸硫胺素(TPP，thiamine pyrophosphate)。其主要功能是參與-酮酸的氧化脫羧作用（圖4-6）；若維生素Bl缺乏，TPP不能合成，糖類物質(zhì)代謝的中間產(chǎn)物-酮酸不能氧化脫羧而積累。這些積累的酸性物質(zhì)可刺激神經(jīng)末梢， 誘發(fā)患神經(jīng)炎，并伴有出現(xiàn)健忘、不安、易怒或憂郁等癥狀。故維生素B1又稱為杭神經(jīng)炎維生素。同時(shí)糖代謝受阻，能量

14、供應(yīng)不足，影響神經(jīng)和心肌的代謝和機(jī)能，出現(xiàn)心跳加快、下肢沉重、手足麻木、并有類似螞蟻在上面爬行的感覺。臨床上稱為“腳氣病。所以維生素B1，又稱為抗腳氣病維生素。三、維生素B2(VB2)和FMN、FAD維生素B2為橘黃色針狀晶體（熔點(diǎn)280），因其水溶液有黃色熒光，故稱核黃素。維生素B2化學(xué)名為6,7-二甲基-9-d-核糖醇異咯嗪。在酸性條件下穩(wěn)定，堿性條件下和遇光易被破壞；在體內(nèi)維生素B2和磷酸結(jié)合形成磷酸核黃素，又稱為黃素單核苷酸(flavine mono nucleotide，F(xiàn)MN)。FMN 和一分子AMP縮合，形成黃素腺嘌呤二核苷酸，簡(jiǎn)稱FAD(flavine adenine dinu

15、cleotide)。FMN和FAD為黃酶(黃素蛋白)的輔酶，參與氧化還原反應(yīng)，與糖、脂和氨基酸的代謝密切相關(guān)。大白鼠飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明，缺乏維生素B2，大鼠有生長(zhǎng)停止、皮膚干燥等癥狀。人體缺乏維生素B2，出現(xiàn)口舌發(fā)炎、角膜炎等癥狀。維生素B2在自然界廣泛分布。豆類、苜蓿、動(dòng)物的肝臟中含量豐富，酵母、雞蛋、魚、綠色蔬菜中也多。植物和微生物能合成所需要的維生素B2，動(dòng)物體內(nèi)一般不能合成。成人每天需要量約為1.22.1mg。四、泛酸與輔酶A泛酸(pantothenic acid遍多酸、維生素B3)由 ,-二羥-,-二甲基丁酸和-丙氨酸脫水而成。酵母、蜂王漿、肝、腎、瘦肉和花生等組織中都含有較多的泛酸，人體

16、腸道細(xì)菌可以合成，故一般不會(huì)缺乏。泛酸為淡黃色油狀物；在中性條件下穩(wěn)定；無臭味，但味道發(fā)苦。缺乏泛酸可以引起皮炎。在體內(nèi)生成輔酶A。輔酶A是酰基轉(zhuǎn)移酶的輔酶，在糖類和脂類代謝中起轉(zhuǎn)移?；淖饔?。輔酶A對(duì)厭食、疲勞等癥狀有明顯的改善效果；臨床上常用做各種疾病治療的輔助藥物，如白細(xì)胞減少癥、各種肝炎、動(dòng)脈硬化等。五、煙酸、煙酰胺和NAD、NADP煙酸(nicotinic acid，尼克酸)也稱維生素PP，是吡啶的衍生物。煙酸在體內(nèi)主要以煙酰胺(nicotinamide，尼克酰胺)形式存在。煙酸為白色針狀結(jié)晶體，性質(zhì)穩(wěn)定；不易被酸，堿及熱破壞，易溶于水。肉類、花生、酵母、米糠中含量豐富，被小腸吸收后

17、直接代謝。煙酰胺在體內(nèi)主要構(gòu)成脫氫酶的輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)。在生理pH條件下，其吡啶N為5價(jià)，能接受電子二轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)N原子，其對(duì)位C原子可以加氫。NAD從代謝物上接受兩個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子，另一個(gè)質(zhì)子留在溶液中。動(dòng)物可以利用色氨酸合成煙酸，一般食物既含有色氨酸又富含煙酸，故正常人體一般不會(huì)缺乏。 煙酸和色氨酸都缺乏時(shí)易患癩皮病(糙皮病，又稱對(duì)稱性皮炎)，所以煙酸又稱為抗癩皮病維生素。癩皮病的主要癥狀為：裸露的皮膚上產(chǎn)生黑紅色的斑點(diǎn)，并有口炎、舌炎、胃腸功能失常，導(dǎo)致腹瀉等。腸結(jié)核病患者不能吸收膳食中的煙酸，易得癩皮病。治療結(jié)核病的藥物雷米封(即異

18、煙肼)與煙酰胺結(jié)構(gòu)類似；服藥后，使結(jié)核病不能利用煙酰胺，起到抗代謝的作用。煙酸可維持神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能。人缺乏煙酸或煙酰胺，易頭暈、抑郁等。給人注射維生素B5，可治療神經(jīng)紊亂癥，但注射NAD或NADP無效。六、維生素B6及其輔酶VB6稱為吡哆素，有吡哆醛(pyridoxal)、吡哆胺(pyridoxamine)和吡哆醇(pyridoxine)三種。維生素B6在動(dòng)，植物界廣泛分布酵母、米糠、蛋黃，肉類等都有豐富的維生素B6。維生素B6為無色晶體，對(duì)光、堿性條件敏感遇高溫易被破壞；在酸性條件下穩(wěn)定。在體內(nèi)，維生素B6常以磷酸酯的形式存在，構(gòu)成磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺和磷酸吡哆醇(圖 4 )；磷酸吡哆

19、醛和磷酸吡哆胺是多種酶，如氨基酸轉(zhuǎn)氨酶和氨基酸脫羧酶的輔酶，參與氨基酸的代謝。補(bǔ)充維生素B6，可提高谷氨酸脫羧酶的活力，產(chǎn)生較多的-氨基丁酸(重要的神經(jīng)遞質(zhì))。缺乏維生素B6，易導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)功能異常。吡哆醛易與異煙肼結(jié)合生成異煙腙使其失去活性。結(jié)結(jié)核病患者長(zhǎng)期服用異煙肼時(shí)，需同時(shí)補(bǔ)充VB6。乙醇在體內(nèi)氧化成乙醛，可促使磷酸吡哆醛的分解，故酗酒者易導(dǎo)致吡哆醛的缺乏。人體腸道細(xì)菌可以合成VB6，故一般不缺乏。七、生物素生物素(Biotin)，也稱為維生素B7，由一個(gè)噻吩環(huán)和一分子尿素結(jié)合而成，側(cè)鏈上有一分子戊酸。生物素為無色針狀結(jié)晶，微溶于水；熔點(diǎn)較高(200以上)；生物素在酸性條件下耐熱，在堿性

20、條件下，加熱易被破壞。生物素在動(dòng)、植物體內(nèi)廣泛存在，且腸道細(xì)菌可以合成，一般情況下不會(huì)缺乏。蛋清中含有抗生物素蛋白，能與生物素結(jié)合而使生物素成為不易被吸收的物質(zhì)，若較長(zhǎng)時(shí)間吃生蛋清，會(huì)導(dǎo)致生物素缺乏。動(dòng)物缺乏生物素，變得消瘦，導(dǎo)致皮炎、脫毛、神經(jīng)過敏等癥狀。在體內(nèi)，生物素構(gòu)成羧化酶的輔酶，參與二氧化碳的固定反應(yīng)。生物素作為輔酶，與羧化酶的結(jié)合是通過酶分子中的賴氨酸殘基。八、葉酸和四氫葉酸葉酸(folic acid, FH4或THF) 也稱為蝶酰谷氨酸，由2-氨基-4羥基-6-甲基蝶呤、對(duì)氨基苯甲酸和谷氨酸三部分組成(圖4-15)。葉酸首先從動(dòng)物肝臟中分離到，后來發(fā)現(xiàn)綠葉中含量也很多，故稱葉酸。葉酸微溶于水，見光失去生理活性；在中性、堿性溶液中對(duì)熱穩(wěn)定。葉酸在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)樗臍淙~酸(圖4-16)，充當(dāng)一碳單位(即含有一碳原子的基團(tuán))轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)中的