维生素大学生物化学

1、第四章 维生素和辅酶,一、维生素概论,维生素 （Vitamin）： 维持机体正常生命活动所必需的一类微量有机物质。,维生素都是小分子有机化合物。 维生素体内不能合成或合成量不足，必需由食物提供。 维生素的每日需要量甚少。,维生素缺乏症（avitaminosis） 机体缺乏某种维生素时，可使代谢过程发生障碍，机体不能正常生长，此类疾病称为维生素缺乏症。,维生素既不是构成机体组织的成分，也不是体内供能物质，然而在调节物质代谢和维持生理功能等方面却发挥着重要作用。 体内缺乏维生素时，物质代谢发生障碍。,（一）维生素的发现,（唐）孙思邈 肝脏防治夜盲症，谷皮汤防治脚气病。 18C 后，航海坏血病，用柑桔汁治疗 1878-1882，日本海军爆发脚气病，用大麦代替精米得以控制病情。,1906年， （英） Hopkins发现纯化饲料中添加微量牛奶可使大白鼠正常存活。 提出食物辅助因子维生素。 1913年， （美） Mendal、Osborni，McCollum和Davis发现VA、VB。 其后，其他维生素相继被发现。,（二）引起维生素缺乏症的原因,摄入量不足 吸收障碍 需要量增加，摄入量相对不足 服

2、用过多抗菌药物 食物贮存和烹调方法不当,（三）维生素的需要量,（四）维生素的命名与分类,命名：,维生素由Vitamin一词翻译而来。 维生素的名称一般按照发现的先后，在维生素（vitamin，简称V）之后加上A、B、C、D等拉丁字母表示，例如维生素C（VC）、维生素D（VD）。 初发现时是一种，后来证明是多种维生素混合存在，在拉丁字母右下方注以数字加以区别，例如维生素B1（VB），B2，B6等。,水溶性维生素 脂溶性维生素,VA、VD、VE、VK,VB族： VC 硫辛酸,VB1、VB2、 VB3（泛酸）、VPP、VB6、生物素、叶酸、VB12,2、分类：,维生素一般根据溶解性质分为脂溶性和水溶性两大类。其中脂溶性维生素在体内可直接参与代谢的调节作用，而水溶性维生素主要是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。,生物体内维生素多以辅酶或辅基形式参与机体 代谢。,酶,单纯酶,结合酶,holoenzyme cofactor 全酶脱辅酶辅因子 apoenzyme,二、水溶性维生素,包括维生素B族、硫辛酸和维生素C。 维生素B族主要有维生素B1、B2、PP、B6、泛酸、生物素、叶酸及B12。 维生素B族

3、在生物体内通过构成辅酶而发挥对物质代谢的影响。,（一）VB1（硫胺素、抗脚气病维生素）,1. VB1的结构：,（噻唑环）,（嘧啶环）,由含硫的带正电荷的噻唑环和含氨基的嘧啶环组成，故称硫胺素。,2. 辅酶形式：硫胺素焦磷酸（TPP）,TPP是催化丙酮酸、-酮戊二酸脱羧反应的辅酶脱羧辅酶。,例：,丙酮酸脱羧酶,Mechanism of yeast pyruvate decarboxylase.,2,（1） TPP与糖代谢密切相关,3. 生理功能及缺乏症：,缺乏症：多发性神经炎（脚气病）,（2） TPP可抑制胆碱脂酶活性,缺乏症：肠胃功能失调,当VB1缺乏时，糖代谢受阻，丙酮酸积累在体内，出现多发性神经炎，皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、肌肉萎缩，下肢浮肿等症状。,硫胺素在米糠和肝脏中含量丰富，经常食用精米的人容易得脚气病，因为除去的米糠中含有必需的维生素硫胺素。,（二）VB2 （核黄素）,1. VB2的结构,2. 辅酶形式：黄素单核苷酸（FMN） 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）,FMN、FAD是多种氧化还原酶（黄酶）的辅基，作为递H体，参与氧化还原反应。,琥珀酸脱氢酶,琥珀酸,延胡索酸,例：

4、,构成黄素酶的辅基成分，参与生物氧化等过程。 起着电子和质子的传递体作用。,缺乏症：口角炎、舌炎、唇炎等。,3. 生理功能和缺乏症,维生素B2能促进糖、脂肪和蛋白质的代谢，对维持皮肤、粘膜和视觉的正常机能均有一定的作用。,(三) VPP （抗癞皮病维生素）,1. VPP结构： 包括尼克酸（烟酸）、尼克酰胺（烟酰胺）。,吡啶,尼克酸,尼克酰胺（为主）,2. 辅酶形式： 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+，辅酶I） 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（ NADP+，辅酶II ）,NAD+和 NADP+是递氢体，参与氧化-还原反应。,+ H+,NAD+(NADP+),NADH(NADPH) + H+,异柠檬酸脱氢酶,- 酮戊二酸,异柠檬酸,例：,3. 生理功能和缺乏症：,缺乏症：能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出现皮炎癞皮病，腹泻及痴呆（神经组织变性的结果）。,NAD+参与生物体内产能过程：EMP、TCA,NADPH(H+)参与光和作用、脂肪酸和固醇的合成,NAD+是DNA连接酶的辅酶,皮炎常呈对称性，并出现于暴露部位；,（四）泛酸（VB3 ,遍多酸 pantothenic acid）,1

5、. 泛酸结构：,2. 辅酶形式：辅酶A（ CoASH , CoA）,辅酶A（ CoASH ） 是酰基载体。,3. 生理功能：,辅酶A（CoASH ） 作为酰基载体，在糖、脂、氨基酸代谢中发挥重要作用。,糖,丙酮酸,脂肪酸,氨基酸,乙酰CoA,TCA,胆固醇,酮体,CO2+ H2O + 能量,缺乏症 因泛酸广泛存在于生物界，所以很少见泛酸缺乏症，但在二战时的远东战俘中曾有“脚灼热综合征“，为泛酸缺乏所致。,（五）VB6,1. VB6结构,包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。,2. 辅酶形式：磷酸吡哆醛（PLP）、磷酸吡哆胺,氨基转移酶,例：,-酮戊二酸,磷酸吡哆醛（PLP）是很多酶的辅基。,转氨酶的辅基都是PLP：,3. 生理功能：,以磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺的形式，参与氨基酸的转氨基作用、脱羧、消旋等作用。,（六）生物素（VB7、VH）,1. 生物素的结构,噻吩环,由噻吩环和尿素结合而成的一个双环化合物，侧链有一分子戊酸。,生物素是羧化酶的辅酶。参与CO2的固定和传递。,2. 生理功能,它可通过酰胺键与酶活性部位中的一个赖 氨酸残基的-氨基共价连接,酶-生物素,CO2 +H2O +ATP,ADP

6、 +Pi,酶-生物素-COO-,酶：丙酮酸羧化酶,生物素主要作为催化羧基转移反应和依赖ATP 的羧化反应的酶的辅助因子。,（七）叶酸（VB11） （folic acid）,1.叶酸结构:,2.辅酶形式：四氢叶酸（THFA，FH4),谷氨酸,Active center of FH4.,FH4是一碳单位传递体，是一碳单位转移酶的辅酶。,例：,Ser,3. 生理功能：,以FH4的形式参与氨基酸代谢和核酸合成。 缺乏症：巨红细胞贫血症,（八）VB12（氰钴胺素）,VB12结构 2. 辅酶形式：5-脱氧腺苷钴胺素、甲基钴胺素,The structure of VB12 (top) and several coenzyme forms of VB12.,5-脱氧腺苷钴胺素是某些变位酶的辅酶。,甲基丙二酸单酰CoA变位酶,（5-脱氧腺苷钴胺素）,甲基丙二酸单酰CoA,琥珀酰CoA,钴胺素辅酶参与几种酶催化的分子内重排，即变位反应。一般是一个底物内氢原子与结合在它相邻的第二个基团交换位置。,3. 生理功能：,VB12以其辅酶形式发挥作用，除为变位酶辅酶外，甲基钴胺素还参与一C单位代谢。,缺乏症：巨红细

7、胞贫血症,（九）Vc （抗坏血酸）,1. Vc的结构：,是含有6个碳原子的酸性多羟基化合物。,维生素C是强的还原剂，它的生理功能是由它的还原性质驱动的。,维生素C和脱氢维生素C形式是一种有效的氧化还原系统。,1）维生素C参与体内氧化还原反应。 （1）维生素C能起到保护巯基的作用，它能使巯基酶的-SH维持还原状态。 （2）维生素C也可促使氧化型谷胱甘（GSSG）还原为还原型谷胱甘肽（GSH）。还原型谷胱甘肽能使细胞膜的脂质过氧化物还原，起保护细胞膜的作用。,2. 生理功能和缺乏症：,（3）维生素C能使红细胞中的高铁血红蛋白（MHb）还原为血红蛋白（Hb），使其恢复对氧的运输。 （4）维生素C能保护维生素A、E免遭氧化，还能促使叶酸转变成为有活性的四氢叶酸。,2）维生素C参与体内多种羟化反应。 （1）促进胶原蛋白的合成：维生素C是胶原脯氨酸羟化酶及胶原赖氨酸羟化酶维持活性所必需的辅助因子，体内的结缔组织、骨及毛细血管的重要构成成分也离不开胶原。在创伤愈合时，结缔组织的生成是其前提。所以维生素 C对创伤的愈合是不可缺少的，如果缺乏必然会导致牙齿易松动，毛细血管破裂及创伤不易愈合等。,（2）与

8、胆固醇代谢有关。维生素C是催化胆固醇转变成 7-羟胆固醇反应的 7羟化酶所必需的。 （3）维生素C参与芳香族氨基酸的代谢。在酪氨酸转变为对羟苯丙酮酸及尿黑酸的反应中，都需维生素C。维生素 C缺乏时，患者尿中大量出现对羟苯丙酮酸。 多巴胺去甲肾上腺素的转变是由依赖于维生素C的多巴胺羟化酶催化的。,3）防止贫血 4）改善变态反应，提高免疫力 5）解毒作用。 6）增加铁的吸收。,缺乏症：坏血病,维生素C广泛存在于新鲜水果和蔬菜中。,（五）硫辛酸（lipoic acid）,1. 结构：,2. 生理功能：,硫辛酸是硫辛酰转乙酰酶和二氢硫辛酰脱氢酶的辅酶，分别起酰基载体和H载体的作用。,三、脂溶性维生素,（一） VA（视黄醇 、抗夜盲症维生素）,1 . VA结构：,VA1,VA2,Retinol isomerase,11-顺视黄醛,2. 维生素A原：-胡萝卜素,-Carotene can be cleaved into two molecules of VA.,3. 生理功能及缺乏症,与视觉有关 缺乏症：夜盲症,视紫红质,全反型视黄醛,11-顺视黄醛,11-顺视黄醇,全反型视黄醇,血浆V A,光,视蛋白,肝 V A,视黄醇脱氢酶,NADH,NAD+,促进生长发育，增强机体免疫力,维持上皮组织结构健全与完整,缺乏症：干眼病,V D3,（二） VD（钙化醇、抗佝偻病维生素）,VD的结构,胆固醇,V D2,7-脱氢胆固醇,麦角固醇,2. VD原： 7-脱氢胆固醇(VD3元)、 麦角固醇（ VD2元）,3. 生理功能：,调节钙磷代谢，促进钙磷吸收，促进成骨作用。,缺乏症：儿童：佝偻病 成人：软骨病,（三） VE（生育酚）,1. VE结构：分为、等8种。,2. 生理功能：,抗氧化作用，保护生物膜 与动物生殖功能有关,（四） VK（凝血维生素）,1. 结构： 天然有K1、K2两种， 临床上最常用为K3。,2. 生理功能：,与肝脏合成凝血因子II、VII、IX和X有关 。,缺乏症：偶见于新生儿胆管阻塞患者，表现为凝血时间延长或血块回缩不良,脂溶性维生素与其活性形式,

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