第四章 维生素与辅酶

1、第四章 维生素与辅酶第一节 维生素的概念与分类一、概念与重要性维生素是维持生命有机体正常生命活动过程所必需的一类物质。其种类很多，结构各异，均为有机小分子。功能上，维生素虽不是构成组织的原料和产能物质，但确是生物生长发育和进行新陈代谢不可缺少的一类物质。因为它(尤其是VB)是辅酶的组成成分。动物不能合成或只能合成少量的维生素，必须从食物中获得。不同的维生素构成不同的辅酶，缺乏时产生不同的疾病，这些统称为维生素缺乏症。高等植物一般可以合成自身所需的各种维生素；有些微生物能合成自身所需要的维生素，如核黄菌能合成VB2；人体内的肠道细菌可以合成一定量的维生素。人类对维生素的认识来源于长期的医疗实践和

2、科学实验。1896年，荷兰医生艾克曼(Eijkman)发现脚气病发生与食米的精、 糙有关。他并发现鸡长期食用精米后，会产生与人相同的脚气病，即多发性神经炎。这可能是由于缺乏米糠中的某种成分引起的。1910年，波兰学者冯克(Funk)从米糠中提取出一种胺类物质可治疗脚气病。将其命名为“活性胺”(vita-amino)。1926年Jansenhe和Donath从米糠中获取了硫胺素的结晶。此后，在天然食物中陆续发现了许多动物和微生物生长必需的物质，统称为维生素(Vitamin)。意为维持生命之要素。二、命名与分类1. 命名 习惯上用A、B、C、D命名，中文则相应采用甲、乙、丙、丁。 根据生物学作用命

3、名；VB1可防止神经炎，也称为神经炎维生素（aneurin）。 根据化学结构命名；因VB1含有硫和氨基，又称为硫胺素。 1956年，国际纯粹和应有化学命名委员会要求按照化学性质命名。2. 分类目前，已知维生素有30多种。有胺类、醇类、酚类、醛类等；多按照其溶解性质分为水溶性和脂溶性两类：（1） 脂溶性维生素，如VA、VD、VE和VK等（2） 水溶性维生素，包括VC和VB族。第二节 重要脂溶性维生素一、维生素A及维生素A原维生素A（视黄醇，retinol）分为VA1和VA2两种。VA1主要存在于咸水鱼的肝脏，VA2主要存在于淡水鱼的肝脏，商品VA即VA1。维生素A是含有-白芷酮环的不饱和一元醇。

4、只是VA2在环中三位比VA1多了一个双键。人体缺乏VA会患干眼病，所以又称为抗干眼病维生素。因其有醇羟基也称为干眼醇。动物肝脏中(尤其是鱼肝中)含量丰富。有些物质本来不具有维生素活性，但在体内可在体内转化成维生素的物质称为维生素原。如每100g鲜胡萝卜肉含9.9mg胡萝卜素，其中7.7mg为-胡萝卜素。-胡萝卜素（无维生素活性）经双加氧酶氧化成两个视黄醛，后被视黄醛还原酶还原成视黄醇。VA为黄色油状液体，粘性较大。侧链双键易氧化。一个国际单位(i.u.)VA的量相当于0.6g纯-胡萝卜素或0.344g维生素A醋酸酯。视觉细胞中感受弱光的视紫红质（rhodopsin）由视蛋白（opsin）和11

5、-顺视黄醛（retinene）组成。当光线照在视网膜上时，视紫红质分解成视蛋白和全反视黄醛。全反视黄醛可以异构酶催化转化成11-顺视黄醛；也可以先还原成反视黄醇，后经异构酶转化成11-顺视黄醇，最终还原成11-顺视黄醛。上述转化中一部分反视黄醛被分解成无用物质，所以需要经常补充。动物缺乏VA，会影响其暗适应能力，出现“夜盲症”。 VA还是维持上皮组织的结构和功能的必需物质。动物缺乏VA，皮肤及粘膜上皮细胞易角质化，引起如眼角膜干燥，皮肤角质化粗糙，呼吸道易感染等疾病。但VA摄入过量易引起中毒。二、维生素D及维生素D原维生素D是固醇类衍生物，又称抗佝偻病维生素。维生素D有很多种，其中VD2和VD

6、3较为重要，两者只是侧链R不同。植物中的麦角固醇经过紫外线照射可转化成VD2，所以它是VD2的维生素原；而VD2又称为钙化醇或麦角钙化醇。人和动物皮下含有7-脱氢胆固醇，经紫外线照射转化成VD3，是VD3的维生素原。VD3在体内生物活性较低，需先在肝脏中羟基化成25-羟-维生素D3，再在肾脏进一步转化成1,25二羟维生素D3，才能发挥其生理功能。维生素D为无色结晶体，酸性条件下易被破坏。1国际单位维生素D相当于0.025g纯VD2。维生素D主要功能是调节钙、磷的代谢，维持血钙和血磷的水平。从而维持牙齿和骨骼的正常生长和发育。儿童时期缺乏维生素D会引起佝偻病，表现为弓形腿、膝内翻和关节肿大等。过

7、量摄入维生素D会引起急性中毒。三、维生素K1930年，丹麦科学家H.Dam发现了一种与凝血酶原相关的物质，并命名为维生素K，即凝血维生素。天然维生素K有两种：VK1和维生素VK2。它们都是2-甲基-1,4-萘醌的衍生物，差异在侧链上。VK1最初从苜蓿叶中提取出来，黄色油状物。VK2是从腐烂鱼中提取出的淡黄色晶体。蛋黄、苜蓿、绿色蔬菜如菠菜、动物肝脏等含有丰富的维生素K，人体肠道细菌可以合成VK，一般不会缺乏。VK主要功能是促进凝血酶原的合成。凝血酶原无活性，其N端135位的10个谷氨酸必需进行羧基化转化成羧基谷氨酸后，才有活性。缺乏维生素K，凝血酶原合成受阻，导致凝血时间延长，故VK又称为凝血

8、维生素。肝脏或肠道疾病患者，脂类的消化吸收不良，或长期服用广谱抗生素抑制了肠道细菌的生长，易导致VK的缺乏。VK有还原型和环氧化物(epoxide)两种形式。环氧化物酶可使还原型的VK变成环氧化物，后者也可以在还原酶的作用下转化为还原型维生素K。谷氨酸的羧基化需要还原型VK。新双羟香豆素是还原酶的抑制剂，使环氧化物形式的VK无法转化成还原型，抑制凝血酶原的合成。四、维生素EVE因为可以预防大鼠不孕症，被成为抗不孕维生素；它属于酚类化合物，所以又称生育酚。天然VE有很多种，均为淡黄色油状物质；不溶于水，不易被酸、碱破坏，但易氧化；不同生育酚的结构差异主要在侧链上。其生物活性以-生育酚最强。维生素

9、E在自然界广泛分布，蔬菜、谷类及动物性食品中含有。种子的胚芽，尤其是麦胚油、玉米油和花生油中含量都很高。芝麻虽小，但胚芽多，含维生素E也多。营养学家认为，膳食中维生素E的最好来源是植物油，以豆油中含量最高(94mg/100g豆油中)。其次是玉米油(83mg/100g玉米油)。维生素E在体内的转运、分布都依赖于-生育酚结合蛋白。与维生素E后，以溶解的方式存在于各个组织中。维生素E的功能有两个： 与动物生殖机能有关。临床上常用来治疗习惯性流产、早产等。 抗氧化作用。维生素E极易氧化的物质不被氧化，所以它是有效的抗氧化剂。维生素E通过自身的氧化而保护生物膜中的不饱和脂肪酸不被氧化。第三节 重要的水溶

10、性维生素 一、维生素C 1. 结构与性质维生素C为具有L-糖构型的不饱和多羟基化合物。因分子中含有烯醇式羟基，易解离放出质子而显酸性。天然维生素C为L-型，因可治疗和预防坏雪病，又称为抗坏血酸。维生素C在自然界广泛分布，其中草莓、山楂和橘类含量最多。大多数动物可以利用葡萄糖合成维生素C，人类、灵长类和豚鼠因缺乏合成维生素C的L-古洛糖酸内酯氧化酶，不能合成自身所需的维生素C。维生素C为无色晶体或粉末，在酸性下稳定；氧化后变黄。2. 维生素C的功能一些重金属离子等毒物。重金属离子与酶的巯基结合使酶失去活性，维生素C可使还原型谷肮甘肽(G-S-S-G)转变为氧化型(GSH)，后者可与重金属离子结合

11、，而保护了需巯基的酶的活性。维生素C可提高某些金属酶的活性，如脯氨酰羟化酶等，因而可促进胶原蛋白及粘多糖的合成，促进伤口愈合，胶原蛋白是结缔组织中重要的蛋白质与其他蛋白质比较，其氨基酸组成的特点是含羟脯氨酸较多；放射性同位素标记实验证明新合成的胶原肽链中，其甘氨酸残基氨基端的氨基酸是羟脯氨酸而不是脯氨酸。是在多肽链合成后，由脯氨酰羟化酶催化相应位置上的脯氨酸进行羟基化反应而产生的。体外实验证明，人工合成的多聚(脯-脯-甘)三螺旋的熔点是24，而多聚(脯-羟脯-甘)三螺旋的熔点为58；在维生素C缺乏的情况下，合成的胶原蛋白的熔点比正常胶原的熔点低。说明羟脯氨酸是胶原三螺旋之间形成氢键以稳定定胶原

12、三螺旋所必需的氨基酸。脯氨酰羟化酶的活性需有Fe2+的存在。亚铁离子使氧（O2）激活；在脯氨酰羟化酶催化的反应中，有Fe3+O-复合物形成，该复合物使脯氨酰羟化酶失活；而维生素C的存在，可使Fe3+还原为Fe2+；因此，维生素C充当了抗氧化剂。以继持金属离子的酶的活性。缺乏维生素C，脯氨酸不能进行羟基化，合成的胶原蛋自异常，皮肤易损伤，血管变脆而导致坏血病的发生。二、维生素B1和焦磷酸硫胺素 维生素B1(VBl)又称为抗脚气病维生素，抗神经炎因子。是由嘧啶环和噻唑环借亚甲基桥连接而成的化合物(图4-5)。因分子中含有氨基，又称为噻嘧胺；又因分子中含有S，又称为硫胺素等。硫胺素是最早被发现的一种

13、维生素。维生素B1广泛分布于种子的外皮、胚芽中。米糠、酵母、瘦肉中含量也多。维生素B1为白色粉末，其盐酸盐为白色针状结晶。维生素B1的熔点较高（250）,在酸性，中性条件下较稳定。在体内维生素B1常以硫胺素焦磷酸酯的形式存在，构成-酮酸氧化脱羧酶系的辅酶焦磷酸硫胺素(TPP，thiamine pyrophosphate)。其主要功能是参与-酮酸的氧化脱羧作用（图4-6）；若维生素Bl缺乏，TPP不能合成，糖类物质代谢的中间产物-酮酸不能氧化脱羧而积累。这些积累的酸性物质可刺激神经末梢， 诱发患神经炎，并伴有出现健忘、不安、易怒或忧郁等症状。故维生素B1又称为杭神经炎维生素。同时糖代谢受阻，能量

14、供应不足，影响神经和心肌的代谢和机能，出现心跳加快、下肢沉重、手足麻木、并有类似蚂蚁在上面爬行的感觉。临床上称为“脚气病。所以维生素B1，又称为抗脚气病维生素。三、维生素B2(VB2)和FMN、FAD维生素B2为橘黄色针状晶体（熔点280），因其水溶液有黄色荧光，故称核黄素。维生素B2化学名为6,7-二甲基-9-d-核糖醇异咯嗪。在酸性条件下稳定，碱性条件下和遇光易被破坏；在体内维生素B2和磷酸结合形成磷酸核黄素，又称为黄素单核苷酸(flavine mono nucleotide，FMN)。FMN 和一分子AMP缩合，形成黄素腺嘌呤二核苷酸，简称FAD(flavine adenine dinu

15、cleotide)。FMN和FAD为黄酶(黄素蛋白)的辅酶，参与氧化还原反应，与糖、脂和氨基酸的代谢密切相关。大白鼠饲养实验证明，缺乏维生素B2，大鼠有生长停止、皮肤干燥等症状。人体缺乏维生素B2，出现口舌发炎、角膜炎等症状。维生素B2在自然界广泛分布。豆类、苜蓿、动物的肝脏中含量丰富，酵母、鸡蛋、鱼、绿色蔬菜中也多。植物和微生物能合成所需要的维生素B2，动物体内一般不能合成。成人每天需要量约为1.22.1mg。四、泛酸与辅酶A泛酸(pantothenic acid遍多酸、维生素B3)由 ,-二羟-,-二甲基丁酸和-丙氨酸脱水而成。酵母、蜂王浆、肝、肾、瘦肉和花生等组织中都含有较多的泛酸，人体

16、肠道细菌可以合成，故一般不会缺乏。泛酸为淡黄色油状物；在中性条件下稳定；无臭味，但味道发苦。缺乏泛酸可以引起皮炎。在体内生成辅酶A。辅酶A是酰基转移酶的辅酶，在糖类和脂类代谢中起转移酰基的作用。辅酶A对厌食、疲劳等症状有明显的改善效果；临床上常用做各种疾病治疗的辅助药物，如白细胞减少症、各种肝炎、动脉硬化等。五、烟酸、烟酰胺和NAD、NADP烟酸(nicotinic acid，尼克酸)也称维生素PP，是吡啶的衍生物。烟酸在体内主要以烟酰胺(nicotinamide，尼克酰胺)形式存在。烟酸为白色针状结晶体，性质稳定；不易被酸，碱及热破坏，易溶于水。肉类、花生、酵母、米糠中含量丰富，被小肠吸收后

17、直接代谢。烟酰胺在体内主要构成脱氢酶的辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)。在生理pH条件下，其吡啶N为5价，能接受电子二转变为三价N原子，其对位C原子可以加氢。NAD从代谢物上接受两个电子和一个质子，另一个质子留在溶液中。动物可以利用色氨酸合成烟酸，一般食物既含有色氨酸又富含烟酸，故正常人体一般不会缺乏。 烟酸和色氨酸都缺乏时易患癞皮病(糙皮病，又称对称性皮炎)，所以烟酸又称为抗癞皮病维生素。癞皮病的主要症状为：裸露的皮肤上产生黑红色的斑点，并有口炎、舌炎、胃肠功能失常，导致腹泻等。肠结核病患者不能吸收膳食中的烟酸，易得癞皮病。治疗结核病的药物雷米封(即异

18、烟肼)与烟酰胺结构类似；服药后，使结核病不能利用烟酰胺，起到抗代谢的作用。烟酸可维持神经系统的正常功能。人缺乏烟酸或烟酰胺，易头晕、抑郁等。给人注射维生素B5，可治疗神经紊乱症，但注射NAD或NADP无效。六、维生素B6及其辅酶VB6称为吡哆素，有吡哆醛(pyridoxal)、吡哆胺(pyridoxamine)和吡哆醇(pyridoxine)三种。维生素B6在动，植物界广泛分布酵母、米糠、蛋黄，肉类等都有丰富的维生素B6。维生素B6为无色晶体，对光、碱性条件敏感遇高温易被破坏；在酸性条件下稳定。在体内，维生素B6常以磷酸酯的形式存在，构成磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺和磷酸吡哆醇(图 4 )；磷酸吡哆

19、醛和磷酸吡哆胺是多种酶，如氨基酸转氨酶和氨基酸脱羧酶的辅酶，参与氨基酸的代谢。补充维生素B6，可提高谷氨酸脱羧酶的活力，产生较多的-氨基丁酸(重要的神经递质)。缺乏维生素B6，易导致神经系统功能异常。吡哆醛易与异烟肼结合生成异烟腙使其失去活性。结结核病患者长期服用异烟肼时，需同时补充VB6。乙醇在体内氧化成乙醛，可促使磷酸吡哆醛的分解，故酗酒者易导致吡哆醛的缺乏。人体肠道细菌可以合成VB6，故一般不缺乏。七、生物素生物素(Biotin)，也称为维生素B7，由一个噻吩环和一分子尿素结合而成，侧链上有一分子戊酸。生物素为无色针状结晶，微溶于水；熔点较高(200以上)；生物素在酸性条件下耐热，在碱性

20、条件下，加热易被破坏。生物素在动、植物体内广泛存在，且肠道细菌可以合成，一般情况下不会缺乏。蛋清中含有抗生物素蛋白，能与生物素结合而使生物素成为不易被吸收的物质，若较长时间吃生蛋清，会导致生物素缺乏。动物缺乏生物素，变得消瘦，导致皮炎、脱毛、神经过敏等症状。在体内，生物素构成羧化酶的辅酶，参与二氧化碳的固定反应。生物素作为辅酶，与羧化酶的结合是通过酶分子中的赖氨酸残基。八、叶酸和四氢叶酸叶酸(folic acid, FH4或THF) 也称为蝶酰谷氨酸，由2-氨基-4羟基-6-甲基蝶呤、对氨基苯甲酸和谷氨酸三部分组成(图4-15)。叶酸首先从动物肝脏中分离到，后来发现绿叶中含量也很多，故称叶酸。叶酸微溶于水，见光失去生理活性；在中性、碱性溶液中对热稳定。叶酸在体内可转变为四氢叶酸(图4-16)，充当一碳单位(即含有一碳原子的基团)转移酶系统中的