生物化學課件（生物技術類）之維生素與輔酶

11.1維生素的定義和分類11.2NAD＋和NADP＋是尼克酸的衍生物11.3FAD和FMN是含有核黃素的核苷酸11.4輔酶A是泛酸的衍生物11.5硫胺素焦磷酸是維生素B1的衍生物硫胺素的衍生物11.6磷酸吡哆醛是維生素B6的衍生物11.7生物素是某些羧化酶的輔基11.8四氫葉酸是蝶呤的衍生物11.9維生素B12和它的輔酶形式都含有鈷11.10硫辛酸是參與酰基轉移反響的輔助因子11.11維生素C11.12某些維生素是脂溶性的第11章、維生素與輔酶沒有輔酶參與時，化合物A和B與酶不反響。有輔酶存在時，化合物A和B被吸引到酶的活性部位，開始反響。反響結束，生成反響產物AB。輔酶在酶催化中的作用維生素分為兩類：脂溶性維生素和水溶性維生素。溶解性賦予維生素許多特征，決定了它們吸收和在血液循環(huán)運輸?shù)姆绞?，是否在體內貯存，以及從體內容易流失的程度。脂溶性維生素與脂肪類似，被淋巴組織吸收，依靠各種蛋白質載體在血液中進行運輸。脂溶性維生素可以與其它脂一起貯存在脂肪組織，由于可以貯存，所以其中某些維生素可積累到毒性濃度。水溶性維生素一般可直接吸收進入血液中，自由地進行轉移。多數(shù)都不能在組織中大量貯存，反之過量的局部會通過尿液排出。因此水溶性維生素直接產生的毒性危險不象脂溶性維生素那樣大，當然高劑量情況除外。11.1維生素的定義和分類維生素分類脂溶性維生素水溶性維生素維生素A維生素D維生素E維生素KB族維生素硫胺素〔B1〕核黃素〔B2〕尼克酸〔B3〕葉酸維生素B12維生素B6生物素泛酸維生素C

脂溶性維生素水溶性維生素水溶性維生素被吸收到血液中，過量將被腎臟排入尿液食物在胃和小腸中被降解，釋放出維生素食物中維生素的吸收含有脂溶性維生素的乳糜顆粒經淋巴進入血液，最終到達肝臟微絨毛絨毛微團攜帶脂溶性維生素和脂肪到達小腸被吸收有些酶表現(xiàn)活性除了需要蛋白局部以外還需要輔助因子，兩者合起來才稱為全酶。輔助因子分為兩種類型，一類是稱為必需離子的無機離子〔例如，鎂、鐵等一些金屬離子〕，另一類是稱為輔酶或輔基的有機化合物。有些輔酶或輔基可轉移氫或電子，有些輔酶或輔基可以轉移大的、共價連接的化學基團。在動物細胞內，許多輔酶或輔基是由稱為B族維生素的前體合成的。維生素是包括人在內的動物的營養(yǎng)物質，必須由食物供給。當人的飲食中缺乏維生素時，將導致營養(yǎng)缺陷疾病，如壞血病、腳氣病或糙皮病。NAD＋和NADP＋是由尼克酸衍生的尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸〔輔酶I，NAD＋〕和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸〔輔酶II，NADP＋〕兩種輔酶都含有尼克酰胺，尼克酰胺的前體是尼克酸。尼克酸缺乏會導致糙皮病，所以尼克酸是哺乳動物飲食所必需的營養(yǎng)物。尼克酸也叫抗糙皮病維生素。NAD＋和NADP＋和復原形式NADH和NADPH的結構

FAD和FMN是含有核黃素的核苷酸

核黃素，或稱之維生素B2，是由5碳的核糖醇〔核糖的復原形式〕和6,7-二甲基異咯嗪〔這是黃素的特征〕構成。黃素單核苷酸〔FMN〕黃素腺嘌呤二核苷酸〔FAD〕黃素酶或黃素蛋白需要FAD或FMN作為輔基，參與氧化－復原反響。核黃素的氧化形式FAD和FMN在445~450nm波長范圍內都有吸收，顯黃色，但FADH2和FMNH2卻是無色的，因為當它們被復原后，異咯嗪的共軛雙鍵系統(tǒng)消失了。

FMNH2和FADH2可以象NADH和NADPH那樣參與電子轉移，但NADH和NADPH只參與雙電子轉移，而FMNH2和FADH2既可以給出一個電子，也可以同時給出2個電子。當參與單電子轉移時，可以形成局部氧化的化合物FMNH·和FADH·。這些中間產物是相對穩(wěn)定的自由基，稱為黃素半醌。11.4輔酶A是泛酸的衍生物結構中含有一個游離-SH的巰基乙胺、泛酸單位〔-丙氨酸和泛解酸形成的酰胺〕和3ˊ-羥基被磷酸基團酯化的ADP。輔酶A常作為酰基的載體參與代謝反響。酰基與輔酶A之間形成的硫酯鍵是一種高能鍵。輔酶A〔CoA〕乙酰COA功能巰基11.5硫胺素焦磷酸是維生素B1的衍生物維生素B1也叫做抗腳氣病維生素，它的化學名稱為硫胺素。硫胺素含有一個吡啶環(huán)和一個帶正電荷的噻唑環(huán)。硫胺素在米糠和肝臟中含量豐富，經常食用精米的人容易得腳氣病，因為除去的米糠中含有必需的維生素硫胺素。硫胺素的輔酶形式是硫胺素焦磷酸〔TPP〕，在動物細胞內，該輔酶由飲食中的硫胺素合成的，輔酶中的噻唑環(huán)含有輔酶的反響中心。有很多酶需要TPP作為輔酶，例如丙酮酸脫氫酶。在酵解和檸檬酸循環(huán)一章中，我們將看到酵母中的丙酮酸脫氫酶可以將丙酮酸轉化為乙醛，然后乙醛被復原為乙醇。在丙酮酸脫氫酶催化下，丙酮酸中的乙?；D移到硫胺素的噻唑環(huán)的第2位碳上生成羥乙基硫胺素焦磷酸，然后再轉移到輔酶A上生成乙酰CoA

濕性腳氣病硫胺素缺乏〔維生素B1〕干性腳氣病硫胺素缺乏〔維生素B1〕11.6磷酸吡哆醛是維生素B6的衍生物

維生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，其輔酶形式為磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛〔PLP〕主要是轉氨酶的輔基，PLP與酶活性部位的賴氨酸殘基的-氨基結合形成Schiff堿，有時也稱為內醛亞胺〔E-PLP〕，反響時PLP與底物形成的Schiff堿稱之外醛亞胺。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輔基生物素是催化羧基轉移反響和羧化反響的酶的輔基。生物素通過酰胺鍵與酶活性部位中的一個賴氨酸殘基的-氨基共價連接，形成的生物素酰-賴氨酰局部也稱為生物胞素。丙酮酸羧化酶催化三碳的丙酮酸結合一分子二氧化碳羧化生成四碳的草酰乙酸。反響涉及羧化生物素的生成和二氧化碳從羧化生物素轉移到丙酮酸上兩個反響過程，酶-生物素作為可轉移羧基的中間載體。11.8四氫葉酸是蝶呤的衍生物維生素葉酸也稱為喋酰谷氨酸。葉酸主要含有三種成分：蝶呤〔2-氨基-4-氧取代的喋啶〕、p-氨基苯酸和谷氨酸殘基。葉酸的輔酶形式是四氫葉酸。5,6,7,8-四氫葉酸縮寫為FH4，是在甲醇、甲醛和甲酸氧化水平上催化一碳單位轉移的酶所需要的輔酶。所以與四氫葉酸結合的根本基團是甲基、亞甲基或甲酰基。11.9維生素B12和它的輔酶形式都含有鈷維生素B12〔也稱為鈷胺素，分子中含有鈷〕。維生素B12的鈷啉環(huán)系統(tǒng)類似于血紅素中的卟啉環(huán)系統(tǒng)。維生素B12是由兩種不穩(wěn)定輔酶形式：腺苷鈷胺〔鈷原子上結合5ˊ-脫氧腺苷?！场⒓租挵贰测捲由辖Y合甲基〕。腺苷鈷胺參與幾種酶催化的分子內重排反響：底物內氫原子與相鄰的第二個基團交換位置。例如甲基丙二酸單酰CoA變位酶催化的反響就是有腺苷酰鈷胺素參與的分子內重排反響。通過重排將甲基丙二酸單酰CoA轉換為琥珀酸CoA。維生素B12結構維生素B12鈷啉環(huán)結構分子重排反響11.10硫辛酸是參與酰基轉移反響的輔助因子硫辛酸是一個C-6，C-8上的氫原子被二硫鍵取代的8碳羧酸〔辛酸〕〔圖a〕硫辛酸中羧基可以通過酰胺鍵共價地與一個賴氨酸殘基的-氨基結合〔圖b〕。這個結構出現(xiàn)在二氫硫辛酰胺?；D移酶中，它是丙酮酸脫氫酶復合物等酶的一個酶成分。硫辛酸可以接受酰基，例如載有來自于丙酮酸的乙酰基，形成一個硫酯鍵〔圖c〕。然后乙?；D移到輔酶A分子的硫原子上，并形成輔基的二氫硫辛酰胺可再經二氫硫辛酰胺脫氫酶〔需要NAD＋〕氧化重新生成輔基的氧化型〔硫辛酰胺〕?！矆Dd〕。硫辛酸硫辛酸通過酰胺鍵與一個賴氨酸殘基的-氨基結合接受乙?；淞蛐刘０范淞蛐刘０吩俳浂淞蛐刘０访摎涿浮残枰狽AD＋〕氧化重新生成硫辛酰胺〔氧化型〕。11.11維生素C維生素C又稱之為抗壞血酸，普遍存在于蔬菜和水果中。人、猴和豚鼠由于肝臟中缺少古洛內酯氧化酶，因此不能在體內合成維生素C，必須要從食物中獲得。缺少維生素C會導致壞血病，表現(xiàn)為毛細管脆弱，皮膚出現(xiàn)小血斑，牙齦出血，牙齒松動等。維生素C〔活性形式〕維生素C〔氧化型無活性〕壞血病〔缺乏維生素C〕

在小腸中，維生素C可以保護鐵不被氧化，由此促進鐵的吸收。在血液中，維生素C可以保護血液的敏感成分不被氧化，同時有助于保護維生素E。

維生素C的抗氧化作用成為人們廣泛研究的焦點，尤其是它與疾病防治的關系。然而在試管實驗中，高濃度的維生素C卻具有相反的作用，完全象一個促氧化劑。人體內是否也發(fā)生這種現(xiàn)象，如果有會對健康造成什么影響，對于這些問題，至今尚無定論。

A.維生素A維生素A是一個15碳的脂類分子，可由飲食中30碳的-胡蘿卜素通過酶促氧化切割得到，或是直接從肝臟、蛋黃或奶制品中獲得。實際上存在著三種類型的維生素A：視黃醇、視黃醛和視黃酸。11.12某些維生素是脂溶性的視黃醛在暗視覺反響中的作用視黃醛是視紫紅質的輔基，視紫紅質是一個膜結合蛋白，它是由多肽視蛋白和視黃醛組成的?！?〕cis〔順式〕視黃醛與視蛋白結合，〔2〕當cis視黃醛吸收光后，異構化為trans〔反式〕視黃醛〔前視紫紅質〕，〔3〕引起視紫紅質的構象發(fā)生變化，變成變視紫紅質，構象的變化啟動了對大腦的神經脈沖，啟動視覺的級聯(lián)反響?！?〕變視紫紅質解離為視蛋白和全反式視黃醛，〔5〕為了完成反響循環(huán)，視黃醛異構酶催化cis視黃醛的再生。如果維生素A供給缺乏，將導致視紫紅質恢復的延緩和暗視覺的障礙，這就是夜盲癥的病因所在。B.維生素D維生素D包括維生素D2〔麥角鈣化醇〕和D3〔膽鈣化醇〕。缺乏維生素D：佝僂病〔兒童〕和軟骨病〔成人〕，因為磷酸鈣不能在骨骼的膠原基質中形成適宜的結晶，所以導致骨質疏松。當一個哺乳動物暴露于充足的陽光下，維生素D3在皮膚內由7-脫氫膽固醇非酶催化就可形成。維生素D的活性形式1,25-二羥膽鈣化醇是通過兩步羥化反響由維生素D3形成的。C.維生素E維生素E〔-生育酚〕是一組密切關系的生育酚家族中的一員，含有一個含氧的雙環(huán)系統(tǒng)，環(huán)上帶有一個疏水的側鏈。維生素E的主要功能是作為抗氧化劑，可以防止生物膜中的脂肪酸受損傷。一般很少會出現(xiàn)生物素E缺乏，但如果缺乏可導致人的紅細胞的脆化以及大鼠的不孕癥。D.維生素K維生素K〔葉綠醌〕是來自植物的一種維生素，是羧化酶的輔助因子，該酶催化特殊谷氨酸殘基轉化為-羧基谷氨酸殘基。-羧基谷氨酸成分起著Ca2+螯合劑的作用。鈣與凝固蛋白的-羧基谷氨酸殘基結合使得這些蛋白粘附在血小板的外表上，在外表上會發(fā)生許多血液凝固級聯(lián)反響。要點歸納1.吡啶核苷酸輔酶NAD＋和NADP＋是尼克酸的衍生物。依賴于吡啶核苷酸的脫氫酶催化H-由一種特異的底物轉移至NAD＋和NADP＋的吡啶環(huán)的4位上，使這兩個輔酶分別復原為NADH或NADPH，同時釋放出一個質子H＋。吡啶核苷酸一次可以接收或給出兩個電子。NADH或NADPH在340nm處有光吸收，而NAD＋和NADP＋那么沒有。2.核黃素〔維生素B2〕是由一個異咯嗪環(huán)和一個核醇組成，它的輔酶形式是FAD和FMN。FAD和FMN可以被氫化物〔雙電子〕轉移復原為FADH2和FMNH2，復原的黃素輔酶可以通過穩(wěn)定的自由基FADH·和FMNH·每次給出一個電子。3.輔酶A是泛酸的衍生物，是參與?；D移反響的主要輔酶。乙酰CoA的硫酯鍵的能量大約相當于ATP磷酸酐的能量，是個高能健。4.硫胺素〔維生素B1〕是第一個別離出的維生素，它可用于預防和治療腳氣病。它的輔酶形式是硫胺素焦磷酸〔TPP〕，許多α-酮酸脫氫酶都需要TPP作為輔酶或輔基。5.磷酸吡哆醛〔PLP〕是許多參與氨基酸代謝的酶的輔酶。PLP是吡哆醇的衍生物，通常輔酶都是連接在依賴于PLP的酶上，例如連接在轉氨酶活性部位的賴氨酸殘基上。6.生物素常作為幾種依賴于ATP的羧化酶和羧基轉移酶的輔基。生物素通過酰胺鍵與處于酶活性部位的一個賴氨酸殘基的ε-氨基共價連接。7.四氫葉酸是葉酸復原的產物，它參與甲醇、甲醛和甲酸氧化水平的一碳單位的轉移。這種轉移在蛋白質合成和嘌呤核苷酸以及dTMP的生物合成中非常重要。8.維生素B12和它的輔酶形式含有一個鈷啉環(huán)。腺苷鈷胺素是維生素的腺苷輔酶衍生物，它參與某些分子內的重排反響。甲基鈷胺素是由四氫葉酸和同型半胱氨酸形成蛋氨酸的中間代謝物。9