《生物化学》本科课件第11章+维生素和辅酶

1、第11章 维生素和辅酶vitamin（一）发现记(1906年英国)纯化饲料矿物质、蛋白质、脂肪、核酸、糖纯化饲料+极微量牛奶牛奶中存在需要量极少，但生存必需的食物辅助因子维生素动物合成某些维生素的功能退化，必须依靠植物和微生物提供，一旦缺乏：病/死 说明？一、维生素的概述 （二）概念维生素(vitamin) 机体必需的一类营养素 是维持机体正常生理功能所必需、机体自身又不能合成或合成量不足，必需靠外界供给的一类微量低分子有机化合物。不是能量物质，也不是结构物质机体缺乏不同维生素将产生不同的疾病，这种由缺乏维生素引起的疾病称为维生素缺乏症。维生素的命名是按发现的先后，在维生素（V)后加上A、B、

2、C、D等拉丁字母来命名。还有初发现以为是一种，后来证明是多种V混合物，便在字母右下方注以1，2，3等数字加以区别。一般来说，植物体内能够合成维生素。动物一般不能合成维生素，或者合成维生素不足，但也不是绝对的，例如大小白鼠就能合成Vc，人体能合成VD。微生物也和动物类似，但也有一些微生物能合成某些维生素，如大肠杆菌能合成维生素K，生物素等。维生素的生物合成（三） 维生素的分类 维生素是小分子有机化合物，在化学结构上无共同性，可依据溶解性分为：水溶性： VC 、硫辛酸、 VB族（B1、B2、烟酸和烟酰胺、B6、泛酸、生物素、叶酸、B12）脂溶性： VA 、 VD、 VE、 VK功能：作为辅酶或辅基

3、，主要是水溶性V中的B族维生素 参与酶催化反应中底物基团的转移调控某些生物机能（不作为辅酶或辅基），主要是脂溶性V一、脂溶性维生素Lipid-soluble Vitamin 共同特点： （1）均为非极性疏水的异戊二烯衍生物 （2）不溶于水，溶于脂类及脂肪溶剂 （3）在食物中与脂类共存，并随脂类一同吸收 （4）吸收的脂溶性维生素在血液与脂蛋白及某 些特殊结合蛋白特异结合而运输 种类： Vit A, Vit D, Vit E, Vit K （一） VA（视黄醇）动物饮食中吸收，或植物中的-胡萝卜素转化而来化学结构： 不饱和一元醇 (脂类中萜类衍生物）VA1 VA2（化学组成）3甲基环己(二)烯+2

4、甲基-壬-四烯醇哺乳动物及咸水鱼肝脏淡水鱼肝脏生理活性减半视黄醇、视黄醛和视黄酸是维生素A的活性形式 视黄醇、视黄醛和视黄酸是维生素A的活性形式 (1）视黄醛与视蛋白结合发挥其视觉功能 视循环缺乏夜盲症(2)视黄酸对基因表达和组织分化具有调节作用 全反式视黄酸和9-顺视黄酸是执行这一重要功能的关键物质。与细胞内核受体结合，与DNA反应元件结合，调节某些基因的表达。缺乏：干眼病(xerophthalmia) (3)维生素A和胡萝卜素是有效的抗氧化剂 (4)维生素A过量可引起中毒 能直接消灭自由基，有助于控制细胞膜和富含脂质组织的脂质过氧化。 （二） VD固醇衍生物(P437)维生素D2原（植物油

5、或酵母）Vit D3原转化成活性形式Vit D325-OH-VitD31，25-（OH）2-VitD3肝肾为VD的活性形式，调节钙和磷的体内平衡。 缺乏：佝偻病、严重蛀牙、 软骨病、老年性骨质疏松症多喝奶制品！2.帮助吸收VA烟雾会遮断制造VD的太阳光； 强烈日晒灼伤后，皮肤停止制造VD。功能 1.促进Ca2+在骨骼中沉积（三） VE（生育酚）功能：影响生殖 抗氧化养颜，保护生物膜 促进血红素合成缺乏：生殖器官受损而不育、死胎、细胞异型主要存在植物油中，豆类及蔬菜中含量也较多，人体很少缺乏(P438)化学结构（四） VK（凝血维生素）化学结构VK1，绿叶植物及肝脏含量丰富VK2，肠道细菌的代谢

6、产物124OOCH3CH2CHCCH3(CH2CH2CH2CH2CH)2CH3CH3CCH3CH2CH2)5CHCH2(HCCH2OOCH3CCH3CH3临床最常用，作为合成VK1和VK2的前体凝血活性比K1高34倍。功能：促进凝血血纤维蛋白质促凝血蛋白原血浆凝血酶磷脂、Ca2+凝血酶原维生素K凝血酶不溶性血纤维蛋白凝块来源：各种食物、肠道中微生物的合成， 不易缺乏电子传递体三、水溶性维生素Water-soluble Vitamin易溶于水，故易随尿液排出体内不易储存，必须经常从食物中摄取作用比较单一，主要构成酶的辅助因子直 接影响某些酶的催化作用。概 述种类：B族维生素，维生素C 共同特点（

7、一） VB1( 硫胺素）（抗神经炎V) 化学结构 嘧啶环 + 噻唑环 存在形式：TPP（硫胺素焦磷酸）由ATP提供功能多存在于种皮、胚芽、米糠、麦麸、黄豆、酵母、瘦肉、白菜中VB1在酸性溶液中稳定，耐热，在pH3.5以下，120不被破坏。维生素B1缺乏症脚气病两脚无力、健忘、四肢麻木、肌肉萎缩、心力衰竭、下肢水肿等症状消化功能障碍胃肠道蠕动缓慢、消化液分泌减少、食欲不振、消化不良等（二） VPP（烟酰胺/尼克酰胺）化学结构存在方式烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶I） NAD+烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 （辅酶）NADP+烟酰胺NAD+磷酸NADP+O(P443)功能：脱氢酶辅酶 ，传递H可自身合成，不

8、缺乏+H+在脱氢酶的活性中心辅助H传递NAD(P)H脱氢酶活性中心底物 NAD(P)+NAD(P)H将H传递出去1. 生化作用 维生素PP缺乏可引起癞皮病2. 缺乏症: 癞皮病3. 大量长期服用会中毒,肝损伤 NAD+及NADP+是体内多种不需氧脱氢酶（如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶）的辅酶，起传递氢的作用。H化学结构二甲基异咯嗪VB2（三） VB2（核黄素）存在形式黄素单核苷酸 FMN 黄素腺嘌呤 二核苷酸 FAD氧化态 还原态机理FMN + 2e + 2H+ FMNH2FAD + 2e + 2H+ FADH2 二甲基异咯嗪上的N1、N5载运H缺乏病舌炎、眼球充血等症状生化作用：FMN及FAD是

9、体内氧化还原酶(如脂酰CoA脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等）的辅基，主要起氢传递体的作用 . 缺乏症：口角炎，唇炎，阴囊炎等补充物：牛奶、蔬菜。广泛存在，酵母、肝、肾、蛋、奶、大豆中丰富FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基(四) 泛酸/遍多酸(VB3)化学结构泛解酸丙氨酸VB3存在方式辅酶A（CoASH）巯基乙胺酰胺键磷酸二酯键泛酸VB33.5-ADP(P447)功能：体内活性形式为辅酶A(CoA)、酰基载体蛋白(ACP)CoA及ACP是酰基转移酶的辅酶，参与酰基的转移作用。泛酸在辅酶A和酰基载体蛋白分子中发挥作用在酵母、肝、肾、蛋、小麦、米糠、花生和豌豆中含量丰富，蜂王浆中含量最多。辅

10、酶A广泛被作各种疾病的重要辅助药物。（五） VB6又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺，皆属于吡啶衍生物NCH2OHCH2OHHOH3C 吡哆醇(pyridoxol)NCH2OHCHOHOH3C 吡哆醛(pyridoxal)NCH2OHCH2NH2HOH3C 吡哆胺(pyridoxamine)(P449)NCH2OCHOHOH3CP（磷酸吡哆醛，PLP）吡哆醇吡哆醇氧化酶吡哆醛吡哆胺吡哆胺转氨酶ATPADP磷酸吡哆醇磷酸吡哆醇 氧化酶磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺 转氨酶磷酸吡哆胺ATPADP激酶ATPADP在体内以磷酸酯形式存在，磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺是其活性形式。 +磷酸吡哆醛氨基酸H2O+H2O

11、Schiffs碱转氨基作用机制（醛亚胺）磷酸吡哆胺-酮酸+H2O+H2O分子重排Schiffs碱异构体功能：作为辅酶参加多种代谢反应，包括转氨、脱羧、氨基酸内消旋、Trp代谢、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基酸的代谢和氨基酸的脱水等。动植物中分布广泛，谷类外皮尤丰富。食物中富含，肠道细菌可以合成供人体需要。缺乏症：导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害。（六 ） VB12及其辅酶维生素B12是含钴的化合物，又称氰钴胺素(cyanocobalamine)在自然界中只有微生物能合成维生素B12 ；人体中VB12的吸收需要胃壁细胞分泌的糖蛋白（内因子），两者结合后才能被小肠吸收。(P450)R：-CH3甲

12、基钴胺素 R：5-脱氧腺苷5-脱氧腺苷钴胺素在体内转变成两种辅酶形式参与3种类型的反应：1. 分子内重排3. 促进甲基转移作用。2. 核苷酸还原成脱氧核苷酸（在某些细菌中）1、2由5-脱氧腺苷钴胺素参与；3由甲基钴胺素来实现4. 髓磷脂的生物合成减少，损害神经系统缺乏症：1. 儿童及幼龄动物发育不良。2. 消化道上皮组织细胞失常。3. 造血器官功能失常，导致恶性贫血。广泛来源于动物性食品，肠道细菌可合成，不缺乏。（七）生物素（VB7 ）为含硫维生素，其结构可视为由尿素与噻吩环结合而成，并有一个C5酸枝链。HNNHCO尿素部分HCCHH2CCHS噻吩环部分(CH2)4COOH戊酸根部分生物素（b

13、iotin）尿素环上的一个N可与CO2结合(P454)生物素是细长针状的晶体，熔点232，耐热和酸碱，微溶于水。功能：生物素是多种羧化酶的辅酶， 在CO2固定反应中起重要作用。来源广泛，肠道能合成，人体一般不会缺乏。新鲜鸡蛋中含抗生物素蛋白大量食用可致生物素缺乏。大白鼠严重缺乏时，后脚瘫痪，广泛的皮肤病、脱毛和神经过敏。人类缺少生物素可能导致皮炎、肌肉疼痛、感觉过敏、怠倦、厌食、轻度贫血等。（八）VB11（叶酸造血维生素） 化学结构 2-氨基-4-羟基-6-亚甲基蝶呤对氨基苯甲酸谷氨酸叶酸蝶酰谷氨酸蝶酸(P456)存在形式四氢叶酸（辅酶F、CoF）谷氨酸叶酸F4，THFH二氢叶酸5678HH四

14、氢叶酸5678HH含一个碳原子的基团methylmethylenemethenylformylformimino功能：一碳单位脱除酶的辅酶 传递一碳基团传递亚甲基谷氨酸谷氨酸传递甲基谷氨酸传递甲川基叶酸参与甲硫氨酸、嘌呤、胸腺嘧啶的合成，在细胞分裂旺盛时需求量很大。因此孕妇需补充。肿瘤患者可通过抑制二氢叶酸还原酶控制肿瘤生长，如氨甲喋呤和氨基蝶呤是肿瘤生长的抑制物。但是这些药物对正常细胞也有毒性，仅能用于短期治疗。磺胺类药物可竞争性地抑制细菌叶酸的合成，导致繁殖中断。临床上用作治疗巨红细胞性贫血。广泛存在于肝、酵母及绿叶蔬菜中，肠道细菌可合成。（九）硫辛酸 硫辛酸以闭环二硫化物形式和开链还原形

15、式两种结构混合物存在 H2C-CH2-HC（CH2）4 COOH SS氧化型硫辛酸 H2C-CH2-HC（CH2）4 COOH | | SH SH还原型硫辛酸像生物素一样，硫辛酸同酶分子中赖氨酸残基的e-NH2以酰胺键共价结合。作为丙酮酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶的辅酶参与糖代谢。硫辛酸在-酮酸氧化作用和脱羧作用时行使偶联酰基转移和电子转移的功能。硫辛酸在自然界广泛分布，肝和酵母中含量尤为丰富。在食物中常和VB1同时存在。坏血/病 毛细管脆弱、易碎表现为牙龈发炎出血，皮肤出现小血斑、VC防治坏血病抗坏血酸化学结构酸性多羟基化合物（十） VC（抗坏血酸）D-葡萄糖醛酸L-古洛糖酸L-古洛内酯L-古

16、洛内酯氧化酶3-氧-L-古洛内酯L-抗坏血酸1，4内脂14人、猴体内缺乏只能通过食物获取(P461)L-抗坏血酸和脱氢抗坏血酸形式是一种有效的氧化还原系统VC参与体内的氧化还原反应（1）保持巯基酶的活性和谷胱甘肽的还原状态，起解毒作用。（2）VC与红细胞内的氧化还原过程有密切联系（高铁血红蛋白还原成血红蛋白）（3）VC能促进肠道内铁的吸收（3价铁还原成2价铁）（4）VC能保护维生素A、E及B免遭氧化。能促进叶酸转变为四氢叶酸VC参与体内多种羟化反应（1）促进胶原蛋白的合成 （催化生成羟脯氨酸，羟赖氨酸残基的羟化酶辅因子）（2）VC与胆固醇代谢相关，影响胆固醇转化为胆酸。（3）VC参与芳香族氨基

17、酸的代谢3. VC的其他功能（1）有防贫血的作用，也可防止转运金属离子毒性影响。（2）可改善变态反应，防止组胺的积累，有助于组胺的降解和清除。（3）刺激免疫系统，可防止和治疗感染。分类名称存在形式发现别称作用来源缺乏症脂溶性视黄醇类(维生素A)由Elmer McCollum和M. Davis在1912年到1914年之间发现。并不是单一的化合物，而是一系列视黄醇的衍生物(视黄醇亦被译作维生素A醇、松香油)抗干眼病维生素维持一切上皮组织健全所必需促进生长、发育及繁殖构成视觉细胞内感光物质的成分鱼肝油、绿色蔬菜夜盲症水溶性硫胺素(维生素B1)TPP1896年荷兰科学家伊克曼首先发现，1910年为波兰

18、化学家丰克从米糠中提取和提纯抗脚气病维生素氧化脱羧酵母、谷物、肝脏、大豆、肉类脚气病消化不良水溶性核黄素(维生素B2)FMNFAD由D. T. Smith和E. G. Hendrick在1926年发现维生素G脱氢酶的辅酶，传递H酵母、肝脏、蔬菜、蛋类口腔炎、皮炎、微血管增生症水溶性烟酸(维生素B3)CoASH由Conrad Elvehjem在1937年发现维生素P、维生素PP、菸硷酸、尼古丁酸酰基转移酶的辅酶，传递酰基酵母、谷物、肝脏、米糠水溶性泛酸（维生素B5)NAD+NADP由Roger Williams在1933年发现遍多酸，Vpp脱氢酶的辅酶，传递H酵母、谷物、肝脏、蔬菜水溶性吡哆醇类

19、(维生素B6)PLP由Paul Gyorgy在1934年发现包括吡哆醇、吡哆醛及吡哆胺脱羧、转氨、氨基酸内消旋、Trp代谢等酵母、谷物、肝脏、蛋类、乳制品水溶性生物素(维生素B7)维生素H或辅酶R羧化酶的辅酶， 在CO2固定反应中起重要作用酵母、肝脏、谷物水溶性叶酸(维生素B9)THF蝶酰谷氨酸、蝶酸单麸胺酸、维生素M、造血维生素或叶精一碳单位脱除酶的辅酶，传递一碳基团蔬菜叶、肝脏水溶性钴胺素(维生素B12)由Karl Folkers和Alexander Todd在1948年发现氰钴胺或辅酶B12肝脏、鱼肉、肉类、蛋类水溶性抗坏血酸(维生素C)詹姆斯林德在1747年发现抗环血酸1. 抗坏血病（

20、保护细胞膜） 2. 氢传递体3.脯氨酸羟基化酶的辅酶 4.酶的激活剂新鲜蔬菜、水果水溶性硫辛酸酰基载体脂溶性钙化醇(维生素D)由Edward Mellanby在1922年发现这是唯一一种人体可以少量合成的维生素骨化醇、抗佝偻病维生素， 1.促进Ca2+在骨骼中沉积2.帮助吸收VA鱼肝油、蛋黄、乳制品、酵母脂溶性钙化醇(维生素D)由Edward Mellanby在1922年发现这是唯一一种人体可以少量合成的维生素骨化醇、抗佝偻病维生素， 1.促进Ca2+在骨骼中沉积2.帮助吸收VA鱼肝油、蛋黄、乳制品、酵母脂溶性生育酚(维生素E)由Herbert Evans及Katherine Bishop在1

21、922年发现。主要有、四种影响生殖，抗氧化、促进血红素合成鸡蛋、肝脏、鱼类、植物油脂溶性萘醌类(维生素K)由Henrik Dam在1929年发现。凝血维生素促进凝血菠菜、苜蓿、白菜、肝脏四、作为辅酶的金属离子(P464)(一) 概论动物和人除需要维生素外，还需要一些无机形式的化学元素。这些元素可分为两类：大量元素和微量元素。大量元素包括钙，镁，钠，钾，磷，硫和氯等，这些元素需要量大，并常有一种以上的功能。微量元素：Fe、I、Cu、Zn、Mn、Se、F、Co、Mo、Cr微量元素人体中每人每日需要量小于100mg必需微量元素主要通过形成结合蛋白(如血红蛋白，铜蓝蛋白等)、酶、激素和维生素等而起作用

22、。 微量元素需要量甚微，一般膳食中并不缺乏，若补给过多，则有害无益，甚至会发生中毒症。 必需微量元素缺乏的因素如下：饮食和饮水中供应的必需微量元素不足；膳食中必需微量元素的吸收率降低；需要量增加；遗传性缺陷病。 主要作为辅因子的微量元素（二）金属酶类和金属激活酶 金属酶：酶分子含有化学计量的金属辅因子，结合牢固，加入游离金属离子后活性并不增加。金属激活酶：金属处于酶表面的结合基团平衡中，在酶的纯化过程中常常失去，必须再加入金属离子才能恢复催化活性。金属激活酶类在酶的位点，金属，和底物之间通常是1：1：1的计量关系。这种活化的三元复合物有以下各种构型：（A）底物桥复合物；（B）金属桥复合物；（C

23、）金属桥复合物再通过非金属键使底物与酶结合；（D）金属仅仅与酶接触E S M （A）E M S（B）E（C）MSM E S（D）I、碘 1、碘的代谢主要来源：膳食，成人每天需碘量为150 g 主要去路：合成甲状腺素 2、主要缺乏症成人缺碘可引起甲状腺增生，称甲状腺肿 胎儿期和新生儿期缺碘可引起呆小病 （三）一些微量元素的生理功能简介碘库2536mg甲状腺素膳食碘尿碘粪碘901015mg150g 其他组织微量元素II、铜 1、铜的代谢人对铜的最低需要量约为每日1.52.0 mg，而推荐量则为每日23 mg 肝是调节体内铜代谢的主要器官 2、主要缺乏症白细胞减少、骨骼脱盐、贫血、动脉壁弹性减弱及神

24、经组织脱髓鞘等 蓝绿粪及唾液，急性溶血及肾功能异常等 主要功能：合成血浆铜蓝蛋白；铜是许多酶的组分 3、铜中毒铜库100150mg铜蓝蛋白膳食铜粪铜尿铜微量肝中1.52.0mg 细胞色素C氧化酶、酪氨酸酶、多巴胺羟化酶、单胺氧化酶、超氧化物歧化酶及赖氨酰氧化酶 微量元素III、锌 1、锌的代谢成人每日需锌1520 mg 2、主要缺乏症儿童缺锌可引起生长不良及生殖器官发育受损，伤口愈合迟缓等。缺锌还可影响皮肤健康，出现皮肤粗糙和干燥。唾液中的味多肽含有锌，似为味蕾发育所必需，当锌缺乏时，味觉的敏感性减退。 主要功能：锌在基因调控过程中有重要作用（锌指结构）；锌是许多酶的组分 铜能竞争血浆清蛋白分

25、子上锌的结合部位 锌库23g锌指模序 膳食锌粪锌1520mg 碳酸酐酶、乳酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、碱性磷酸酶、超氧化物歧化酶、胸苷激酶、RNA聚合酶及DNA聚合酶微量元素IV、锰 1、锰的代谢需要量：成人每日摄人锰2.03.0 mg 锰是精氨酸酶等多种酶的组成成分锰是羧化酶等多种酶的激活剂。参加糖和脂类代谢及蛋白质、DNA和RNA的合成 3、主要缺乏症：罕见主要储存于肝及肾中；在亚细胞结构中线粒体含锰最高 2、锰的主要功能V、硒 1、硒的代谢需要量：成人每天需供给硒50 g 硒是谷胱甘肽过氧化物酶的成分；硒还可促进人体生长，保护心血管和心肌的健康，解除体内重金属的毒性作用等 3、主要缺乏症：克

26、山病广泛分布于除脂肪以外的所有组织中 2、硒的主要功能VI、氟 1、氟的代谢需要量：成人每天需供给0.71mg氟在骨骼及牙齿的形成中有重要的作用（生成氟磷灰石），可以防止龋齿的发生。 3、主要缺乏症：龋齿、骨质硫松症 90积存于骨骼及牙齿中 2、氟的主要功能氟可直接刺激G蛋白，从而激活腺苷酸环化酶或磷脂酶C，启动相关信息系统，引起广泛的生物学效应 氟是烯醇化酶的高效抑制剂，使酵解被阻断 4、氟中毒：牙釉质受损伤而呈现斑纹；使成骨作用失常 氟库23g氟磷灰石膳食氟尿氟粪氟20骨骼、牙齿0.71.0mg 其它组织9080 3(Ca3(PO4)2)Ca(OH)2 + 2F-3(Ca3(PO4)2)C

27、aF2 + 2OH- 微量元素VII、钼钼是黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶及亚硫酸盐氧化酶等的组成成分 先天性缺乏此亚硫酸盐氧化酶的婴儿将丧失其脑的功能，表现为去脑样病 八、铬铬是葡萄糖耐量因子中的成分之一 铬缺乏的主要症状为葡萄糖耐量受损，使胰岛素的效力降低 钴是维生素B12的组成成分 钴缺乏可能与甲状腺功能紊乱有关 九、钴1转氨酶的辅因子为 。其有三种形式，分别为 、 、 ，其中 在氨基酸代谢中非常重要。2叶酸有 和 两种还原形式，后者的功能作为 载体3维生素是维持生物体正常生长所必需的一类_有机物质。主要作用是作为_的组分参与体内代谢。4根据维生素的_性质，可将维生素分为两类，即_和_。5维生素B1由含_的_环与含_的_环组成，故称为_。1. 维生素B6，吡哆醇，吡哆醛，吡哆酸，吡哆醛2. 二