生物化學(xué)第三章維生素和微量元素課件

第三章維生素與微量元素一、維生素的定義維生素(vitamin)是機(jī)體維持正常生理功能所必需，但在體內(nèi)不能合成或合成量很少，必須由食物供給的一組低分子量有機(jī)物質(zhì)。這類化合物天然存在于食物中，在物質(zhì)代謝過(guò)程中發(fā)揮各自特有的生理功能。但機(jī)體缺乏某種維生素時(shí)，可發(fā)生物質(zhì)代謝的障礙并出現(xiàn)相應(yīng)的維生素缺乏癥。二、維生素的命名與分類

（一）命名：維生素有三種命名系統(tǒng):

一、是按其被發(fā)現(xiàn)的先后順序，以拉丁字母命名，如維生素A、B、C、D、E、K等；

二、是根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)命名，如視黃醇、硫胺素、維生素B2等；

三、是根據(jù)其生理功能和治療作用命名，如抗干眼病維生素、抗癩皮病維生素、抗壞血酸維生素等等。

（二）分類

習(xí)慣上根據(jù)維生素的溶解性可將其分為脂溶性維生素(lipid-solublevitamin)和水溶性維生素(water-solublevitamin)兩大類。脂溶性維生素包括維生素A、D、E、K四種，水溶性維生素包括B族維生素和維生素C兩類。B族維生素又包括維生素B1、B2、B6、B12、維生素PP、泛酸、葉酸、生物素等。第二節(jié)脂溶性維生素

一、維生素A(一)化學(xué)本質(zhì)及性質(zhì)維生素A又稱抗干眼病維生素。天然的維生素A有A1及A2兩種形式，A1又稱視黃醇（retinol），A2即3-脫氫視黃醇。植物中含有稱作維生素A原（provitaminA）胡蘿卜素（carotene），其中β-胡蘿卜素可在小腸黏膜由β-胡蘿卜素加氧酶作用，加氧斷裂，生成2分子視黃醛retinal），再經(jīng)還原形成視黃醇，部分視黃醛進(jìn)一步氧化形成視黃酸（retinoicacid）。維生素A在體內(nèi)的活性形式包括視黃醇、視黃醛和視黃酸。(二)生化作用及缺乏癥1.構(gòu)成視覺(jué)細(xì)胞感光物質(zhì)在視覺(jué)細(xì)胞內(nèi)，視黃醇被異構(gòu)成11-順視黃醇，并進(jìn)而氧化為11-順視黃醛，其作為光敏感視蛋白（opsin）的輔基與之結(jié)合生成各種視色素。在感受強(qiáng)光的錐狀細(xì)胞內(nèi)有視紅質(zhì)、視青質(zhì)及視藍(lán)質(zhì)，桿狀細(xì)胞內(nèi)有感受暗光的視紫紅質(zhì)。在暗處受弱光刺激，視紫紅質(zhì)中的11-順視黃醛發(fā)生光異構(gòu)，轉(zhuǎn)變成全反式視黃醛，并與視蛋白分離而失色。在維生素A缺乏時(shí)，會(huì)發(fā)生“夜盲癥”。

2.參與糖蛋白的合成視黃酸在體內(nèi)轉(zhuǎn)變生成的視黃醇磷酸（retinylphosphate）是寡糖穿越膜脂雙層的載體，可促進(jìn)膜蛋白的糖鏈的延伸和糖脂的形成。如糖蛋白分泌減少，引起上皮組織干燥、增生和角化等，以致角膜、結(jié)合膜干燥產(chǎn)生干眼病xerophthalmia），所以維生素A又稱為抗干眼病維生素。

3.其他作用維生素A和β-胡蘿卜素是有效的抗氧化劑，能直接消滅自由基，有助于控制細(xì)胞膜和富含脂質(zhì)組織的脂質(zhì)過(guò)氧化，故能防止自由基蓄積引起的腫瘤和多種疾病的發(fā)生。二、維生素D(一)化學(xué)本質(zhì)及性質(zhì)維生素D又稱為抗佝僂病維生素，是類固醇衍生物，含有環(huán)戊多氫菲結(jié)構(gòu)。維生素D由維生素D原轉(zhuǎn)變來(lái)，在植物和動(dòng)物中都存在，現(xiàn)已知的主要有D2、D3、D4、D5四種，其中活性較強(qiáng)的為維生素D2（麥角鈣化醇，ergocalciferol）和維生素D3（膽鈣化醇，cholecalciferol

體內(nèi)膽固醇變?yōu)?-脫氫膽固醇，儲(chǔ)存在皮下，在紫外線作用下再轉(zhuǎn)變成維生素D3，是人體內(nèi)維生素D的主要來(lái)源，因而稱7-脫氫膽固醇為維生素D原。在酵母和植物油中有不能被人吸收的麥角固醇，在紫外線照射下可轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙蝗宋盏木S生素D2（圖3-2）。食物中的維生素D在小腸被吸收后被運(yùn)輸至肝，在25-羥化酶催化下成為25-(OH)-D3。25-(OH)-D3經(jīng)腎小管上皮細(xì)胞線粒體內(nèi)lα-羥化酶的作用生成D3的活性形式1,25-(OH)2-D3，再經(jīng)24-羥化酶催化轉(zhuǎn)化成無(wú)活性的1,24,25-(OH)3-D3。

(一)化學(xué)本質(zhì)及性質(zhì)維生素E屬酚類化合物，是苯駢二氫吡喃的衍生物，主要分為生育酚（tocopherol）及生育三烯酚（tocotrienol）兩大類。每類又可根據(jù)甲基的數(shù)目、位置不同分為α、β、γ和δ四種。自然界中以α-生育酚生理活性最高，若以它為基準(zhǔn)，β及γ-生育酚和α-生育三烯酚的生理活性分別為40、8及20，其余活性甚微。但就抗氧化作用而論，δ-生育酚作用最強(qiáng)，α-生育酚作用最弱。生育酚和生育三烯酚的結(jié)構(gòu)如下：三、維生素E四、維生素K

(一)化學(xué)本質(zhì)及性質(zhì)維生素K是具有異戊烯類側(cè)鏈的萘醌化合物，在自然界中主要以K1和K2兩種形式存在），其化學(xué)結(jié)構(gòu)都是2-甲基1，4-萘醌的衍生物。維生素K1存在于綠葉蔬菜中，稱為葉綠甲基萘醌(phytylmenaquinone)

維生素K2是人體腸道細(xì)菌的代謝產(chǎn)物，又稱多異戊烯甲基萘醌（multiprenylmenaquinoe）。臨床上應(yīng)用的為人工合成的K3和K4，為2-甲基-萘醌（menaquinone）的含氮類似物，其活性高于維生素K1和K2，臨床上作為水溶性維生素K代用品的4-亞氨基2-甲基萘醌的凝血活性比維生素K1高3～4倍。維生素K的結(jié)構(gòu)如下：(二)生化作用及缺乏癥維生素K的主要生化作用是維持體內(nèi)第Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ凝血因子的正常水平，促進(jìn)凝血作用。這些凝血因子由無(wú)活性型向活性型的轉(zhuǎn)變需要其前體的4～6個(gè)谷氨酸殘基(Glu)經(jīng)羧化變?yōu)棣?羧基谷氨酸(Gla)殘基。Gla具有很強(qiáng)的整合Ca2+能力，因而使其轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚孕?。催化這一反應(yīng)的為γ-羧化酶，維生素K為該酶的輔助因子。第三節(jié)水溶性維生素一、維生素B1(一)化學(xué)本質(zhì)及性質(zhì)維生素B1又名硫胺素（thiamine）,耐熱，酸溶液中穩(wěn)定，堿性條件下加熱易破壞，焦磷酸硫胺素(thiaminepyrophosphate，TPP)為其體內(nèi)的活性形式，結(jié)構(gòu)如下：二、維生素B2

(一)化學(xué)本質(zhì)及性質(zhì)維生素B2又名核黃素(lactofiavin)，它的化學(xué)本質(zhì)是核糖醇和6，7-二甲基異咯嗪的縮合物。維生素B2分布很廣，從食物中被吸收后在小腸黏膜轉(zhuǎn)變成黃素單核苷酸(flavinmononucleotide，F(xiàn)MN)，在體細(xì)胞內(nèi)還可進(jìn)一步在焦磷酸化酶的催化下生成黃素腺嘌呤二核苷酸(flavinadeninedinucleotide，F(xiàn)AD)，F(xiàn)MN及FAD為其活性型，結(jié)構(gòu)如下：

(二)生化作用及缺乏癥FMN及FAD是體內(nèi)氧化還原酶的輔基，如：琥珀酸脫氫酶、黃嘌呤氧化酶及NADH脫氫酶等，主要起遞氫體的作用。維生素B2廣泛參與體內(nèi)的各種氧化還原反應(yīng)，能促進(jìn)糖、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝，對(duì)維持皮膚、黏膜和視覺(jué)的正常功能均有一定作用。缺乏維生素B2時(shí)，組織呼吸減弱，代謝強(qiáng)度降低，可引起口角炎、唇炎、陰囊炎、眼瞼炎等癥。三、維生素PP

(一)化學(xué)本質(zhì)及性質(zhì)維生素PP又稱抗癩皮病維生素，包括尼克酸(nicotinicacid，又稱煙酸)及尼克酰胺(nicotinamide，又稱煙酰胺)，兩者均屬吡啶衍生物，在體內(nèi)可相互轉(zhuǎn)化。維生素PP廣泛存在于自然界動(dòng)植物中，肝內(nèi)能將色氨酸轉(zhuǎn)變成維生素PP，但轉(zhuǎn)變率較低，60mg色氨酸僅能轉(zhuǎn)變成1mg尼克酸，人體的維生素PP主要從食物中攝取。維生素PP的結(jié)構(gòu)如下：

(二)生化作用及缺乏癥

NAD+和NADP+在體內(nèi)是多種不需氧脫氫酶的輔酶。維生素PP能維持神經(jīng)組織的健康，對(duì)中樞及交感神經(jīng)系統(tǒng)有保護(hù)作用，缺乏時(shí)表現(xiàn)出神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)障礙。維生素PP缺乏癥稱為癩皮病(pellagra)，主要表現(xiàn)是皮炎、腹瀉及癡呆。近年，臨床上將尼克酸用來(lái)作為降膽固醇藥。尼克酸能抑制脂肪組織的脂肪分解，從而抑制FFA的動(dòng)員，可使肝中VLDL的合成下降，起到降膽固醇的作用。服用過(guò)量尼克酸(2～4g/d)會(huì)引起血管擴(kuò)張、臉頰潮紅、痤瘡及胃腸不適等癥狀，長(zhǎng)期大量服用可能對(duì)肝有損害?？菇Y(jié)核藥物異煙肼的結(jié)構(gòu)與維生素PP十分相似，兩者有拮抗作用，長(zhǎng)期服用可能引起維生素PP缺乏。

(一)化學(xué)本質(zhì)及性質(zhì)維生素B6包括吡哆醇(pyridoxine)、吡哆醛(pyridoxal)及吡哆胺(pyridoxamine)，在體內(nèi)以磷酸酯的形式存在。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可相互轉(zhuǎn)變，均為活性型(圖3-4)。維生素B6廣泛存在于肝、腎、肌肉、米糠、種子胚及酵母中四、維生素B6

(二)生化作用及缺乏癥磷酸吡哆醛是氨基酸代謝中的轉(zhuǎn)氨酶及脫羧酶的輔酶，能促進(jìn)谷氨酸脫羧，增進(jìn)大腦抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸的生成。臨床上常用維生素B6治療小兒驚厥及妊娠嘔吐和精神焦慮等。磷酸吡哆醛還是血紅素合成的限速酶δ-氨基γ-酮戊酸(ALA)合酶的輔酶，維生素B6缺乏時(shí)血紅素的合成受阻，造成低血色素小細(xì)胞性貧血和血清鐵增高。磷酸吡哆醛作為糖原磷酸化酶的重要組成部分，參與糖原分解為1-磷酸葡萄糖的過(guò)程。肌肉磷酸化酶所含的維生素B6約占全身維生素B6的70％～80％。人類未發(fā)現(xiàn)維生素B6缺乏的典型病例。異煙肼與吡哆醛結(jié)合形成腙而從尿中排出，引起維生素B6缺乏癥，故維生素B6也可用于防治因大劑量服用異煙肼導(dǎo)致的中樞神經(jīng)興奮、周圍神經(jīng)炎和小細(xì)胞低色素性貧血等。六、生物素(一)化學(xué)本質(zhì)及性質(zhì)生物素(biotin)是由噻吩環(huán)和尿素結(jié)合而形成的一個(gè)雙環(huán)化合物，側(cè)鏈有一戊酸，為無(wú)色針狀結(jié)晶體，耐酸而不耐堿，氧化劑及高溫可使其失活。生物素是酶促反應(yīng)中的羧基傳遞體，生物素是體內(nèi)多種羧化酶的輔酶，如丙酮酸羧化酶等，參與CO2的羧化過(guò)程。生物素在動(dòng)植物界分布廣泛，如肝、腎、蛋黃、酵母、蔬菜、谷類中含量豐富。人腸道細(xì)菌也能合成，故很少出現(xiàn)缺乏癥。新鮮雞蛋中有一種抗生物素蛋白(avidin)，它能與生物素結(jié)合使其失去活性不被吸收，蛋清加熱后這種蛋白被破壞，也就不再妨礙生物素的吸收。長(zhǎng)期使用抗生素可抑制腸道細(xì)菌生長(zhǎng)，也可能造成生物素的缺乏，主要癥狀是疲乏、惡心、嘔吐、食欲缺乏、皮炎及脫屑性紅皮病。七、葉酸（一)化學(xué)本質(zhì)及性質(zhì)葉酸(folicacid)是由2-氨基-4-羥基-6-甲基蝶呤啶（pteridine）、對(duì)氨基苯甲酸（p-aminobenzoicacid，PABA）和L-谷氨酸三部分組成，因綠葉中含量十分豐富而得名。葉酸為某些微生物生長(zhǎng)所必需，人體雖然自己不能合成，但因腸道細(xì)菌可以合成，故一般不易患缺乏癥。葉酸在植物的綠葉中大量存在，肝、酵母中含量也很豐富。在體內(nèi)葉酸被二氫葉酸還原酶還原為二氫葉酸，再進(jìn)一步還原為四氫葉酸（tetrahydrofolicacid，THFA或FH4），反應(yīng)過(guò)程需要NADPH和維生素C參與。四氫葉酸是葉酸的活性形式

(二)生化作用及缺乏癥

FH4是體內(nèi)一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶，以一碳單位的載體參與體內(nèi)許多重要物質(zhì)例如嘌呤、嘧啶、核苷酸、絲氨酸、甲硫氨酸等的合成過(guò)程中。當(dāng)葉酸缺乏時(shí)，DNA合成必然受到抑制，骨髓幼紅細(xì)胞DNA合成減少，細(xì)胞分裂速度降低，細(xì)胞體積變大，造成巨幼紅細(xì)胞貧血?？拱┧幬锛装钡室蚪Y(jié)構(gòu)與葉酸相似，能抑制二氫葉酸還原酶的活性，使四氫葉酸合成減少，進(jìn)而抑制體內(nèi)胸腺嘧啶核苷酸的合成，因此有抗癌作用。(二)生化作用及缺乏癥

1．維生素C作為多種羥化酶的輔助因子，參與體內(nèi)多種羥化反應(yīng)（1）促進(jìn)膠原蛋白的合成；（2）參與膽固醇的轉(zhuǎn)化維生素C是膽汁酸合成的限速酶——7α-羥化酶的輔酶；（3）參與芳香族氨基酸的代謝在苯丙氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)槔野彼幔野彼徂D(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)羥苯丙酮酸及尿黑酸的反應(yīng)中，都需維生素C。

2．維生素C參與體內(nèi)氧化還原反應(yīng)(1)維生素C能保護(hù)巰基酶的-SH處于還原狀態(tài)，維持巰基酶的活性。起保護(hù)細(xì)胞膜的作用。(2)維生素C能使紅細(xì)胞中的高鐵血紅蛋白(MHb)還原為血紅蛋白(Hb)，使其恢復(fù)對(duì)氧的運(yùn)輸能力。維生素C還能將Fe3+還原成Fe2+，因而可使食物中的鐵易于吸收，體內(nèi)的鐵重新利用，促進(jìn)造血功能。(3)維生素C能保護(hù)維生素A、E及B免遭氧化，還能促使葉酸還原，轉(zhuǎn)變成為有活性的四氫葉酸。

3．維生素C具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力的作用維生素C能促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖和趨化作用，提高吞噬細(xì)胞的吞噬能力，促進(jìn)免疫球蛋白的合成，因此能提高機(jī)體免疫力。臨床上用于心血管疾病、病毒性疾病等的支持性治療。

第四節(jié)微量元素微量元素（microelement）是指人體每日的需要量在100mg以下的元素，主要包括有鐵、碘、銅、鋅、錳、硒、氟、鉬、鈷、鉻等。雖然所需甚微，但生理作用卻十分重要。鐵（iron）是體內(nèi)含量最多的一種微量元素，約占體重的0.0057％。成年男性平均含鐵量約為每kg體重50mg，女性略低，約為每kg體重30mg。體內(nèi)的鐵約75％存在于鐵卟啉化合物中，25％存在于非鐵卟