生物化学课件（生物工程类）之维生素和辅酶

Chapter4维生素和辅酶

Section1维生素概述一、概念：维生素是活细胞为维持正常的生理功能而必需的天然有机物质,假设缺少它们，就会影响生物正常的生命活动，使其不能正常生长，甚至发生疾病。大多数维生素是通过辅酶或辅基的形式参与生物体内的酶促反响体系。二、维生素的种类根据其溶解性质分为二大类：脂溶性维生素包括A、D、E、K等；水溶性维生素主要有维生素B族(包括B1、B2、烟酰胺、泛酸、生物素、叶酸、B12等)和维生素C.水溶性维生素维生素与辅酶关系密切，为本章讲授的主要内容。Section2.水溶性维生素和辅酶一、维生素B1和焦磷酸硫胺素在生物体内，1并不具有生物活性，只有当它转变成硫胺素的焦磷酸酯，即焦磷酸硫胺素(TPP)后才具有生物活性。TPP在涉及醛基转移的反响中，作为辅酶起重要作用。例如，α-酮酸的脱羧反响；转酮醇反响等都要TPP作为辅酶参与。维生素B1和焦磷酸硫胺素的结构以及作用机制示于图4-1。此外在丙酮酸脱氢酶复合物和转酮醇酶催化反响中涉及。当VitB1缺乏时，糖代谢受阻，丙酮酸积累，使病人血、尿、脑组织中丙酮酸含量升高，出现多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、肌肉萎缩、下肢浮肿等病症，临床上称为脚气病。

二、维生素B2和黄素辅酶维生素B2又称核黄素，在体内是以黄素单核苷酸(flavinmononucleotide,FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(flavinadeninedinucleotide,FAD)的形式存在(图4-2)，是生物体内黄素脱氢酶的辅酶或辅基。黄素脱氢酶催化细胞内许多可逆和不可逆的氧化复原反响，辅酶的异咯嗪局部接受或供出一个或二个电子(图4-3)。。VitB2以FAD&FMN的形式广泛参与生物体内的各种氧化复原反响，能促进糖、脂肪和蛋白质的代谢，促进生物氧化。缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要病症是口角炎、舌炎、视网膜炎等。三、泛酸(VitB3)&辅酶A泛酸(pantothenicacid)又称遍多酸，因在自然界分布广泛而得名。泛酸是某些微生物所必需的，人体肠道中的细菌可合成，故一般不缺乏。泛酸由二羟基二甲茎基丁酸和β-丙氨酸组成。泛酸是辅酶A(coenzymeA，CoA或CoA-SH)和4’-磷酸泛酰巯基乙胺的组成局部。CoA由等摩尔的泛酸、具3'磷酸基的ADP、氨基乙硫醇〔图4-4〕。CoA-SH主要起传递酰基(acylgroup)的作用。在其分子中，-SH可接受或供出酰基。所以CoA-SH与各种酰化反响关系密切，是各种酰化反响的辅酶。酰基辅酶A的形成：R-C-OOH—+HS-CoA←→R-CO-S-CoA酰基的转移：R-CO-S-CoA+底物←→R-CO-底物+HS-CoA

4‘-磷酸泛酰巯基乙胺是脂酰基载体蛋白(ACP)的辅基，与脂酸生物合成有关.泛酸以辅酶的形式参与糖、脂和蛋白质的代谢。例如在糖代谢中，丙酮酸氧化脱羧后，必须转变成乙酰CoA才能进入三羧酸循环进一步被氧化。四、烟酰胺&辅酶NAD+及NADP+烟酰胺(niacinamideornicotinamide)，又称为Vit.pp，曾称为抗癞皮病维生素。在生物体内，烟酸可转变成烟酰胺。烟酰胺是生物体内辅酶NAD＋&NADP＋的组成局部〔图4-5〕。NAD＋称作烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamideadeninedinucleotide)，又称为辅酶Ⅰ(CoⅠ)，NADP＋称作烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，又称为辅酶Ⅱ(CoⅡ)。二者都是脱氢酶的辅酶，在氧化复原反响中起传递氢和电子的作用。NAD＋常和产生能量的分解反响有关，是大多数脱氢酶的辅酶；NADPH那么较多地和复原性的合成反响有关。NAD＋&NADP＋在氧化复原反响中的功能部位在烟酰胺上，其传递氢和电子的机制如图4-6所示。NAD(P)＋+2H＋+2e－←→NAD(P)H+H＋五、维生素B6&转氨辅酶维生素B6包括呲哆醇、呲哆醛、呲哆胺等结构类似物，是呲啶的衍生物。6在生物体内皆以磷酸酯的形式存在。参加代谢反响的主要是磷酸呲哆醛&磷酸呲哆胺〔图4-7〕。需要磷酸呲哆醛作为辅酶的酶对氨基酸代谢是特别重要的，它们催化几种不同类型的反响，例如.转氨作用、脱羧作用和消旋作用等。作为辅酶，磷酸呲哆醛以希夫式碱(schiff-base，＝C＝N-)的形式同酶蛋白的赖氨酸残基上的ε-氨基共价相连〔图4-7〕。在转氨酶催化的反响中,磷酸呲哆醛参与转氨基反响的机制如图4-8所示。转氨酶催化反响实质是将一个氨基酸上的α-氨基转移到一个相应的酮酸上,生成新的α-氨基酸和一个新的酮酸：六、生物素(7)&生物素羧基载体蛋白生物素(biotin)是由噻唑环和尿素结合成的双环化合物，侧链上有一个戊酸基〔图4-9a〕。生物素作为辅酶行使功能必须通过其侧链上的羧基同它的专一性载体蛋白——生物素羧基载体蛋白(biotincarboxylcarrierprotein,BCCP)的Lys残基的ε-氨基以酰胺键结合在一起，此载体蛋白常是催化羧化反响的酶蛋白(apoenzyme).生物素与载体蛋白的Lys残基的ε-氨基的结合物称为生物胞素〔biocytin〕。生物素是羧化酶的辅基，其功能是参入或转移CO2,在羧化反响中需要ATP&Mg2+：Biotin-BCCP+HCO3¯+ATP→CO2-Biotin-BCCP+ADP+PiCO2-Biotin-BCCP+底物→羧化的底物+Biotin-BCCP现以丙酮酸羧化酶催化的反响来说明其机制〔图4-9b〕。七、叶酸&叶酸辅酶叶酸因在绿叶植物中含量丰富而得名，由2-氨基-4-羧基-6-甲基喋呤、对氨基苯甲酸&L-谷氨酸等三局部组成〔图4-10a〕.叶酸的辅酶形式是四氢叶酸，用FH4或THF表示。四氢叶酸是转移一碳单位的载体，参与一碳单位的酶促转移。一碳单位可以相互转换〔图4-10b〕。四氢叶酸的衍生物作为一碳单位的供体参与不同的生物合成反响，而四氢叶酸本身那么在降解反响中作为一碳单位的受体。

八、维生素B12&B12辅酶维生素B12是含钴的有机物，又称作钴维生素或钴胺素，筒称钴维素。一般的Vit.B12就是指氰钴胺素(水红色)。维生素B12辅酶形式是一个5'-脱氧腺苷取代氰(CN－)所形成的5'-脱氧腺苷钴胺素〔图4-11〕。有二种类型的酶促反响需要B12辅酶参与：●催化一个氢原子从底物的一个碳原子上转移至相邻的另一个碳原子上的所谓1,2转移，并伴随另外一个基团作相反的2,1转移。催化这类反响的酶叫变位酶.●辅酶B12从N5－甲基FH4获得甲基,即5'-脱氧腺苷被甲基取代〔图4-11〕，然后再将甲基转移到一个适当的受体分子上，例如，同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸的反响。九、维生素C(抗坏血酸ascorbicacid)是L-己糖的衍生物，可由葡萄糖经一系列反响合成〔图4-12〕。可能是二氢叶酸复原的辅酶，也可能是脯氨酸羟化酶的辅酶。因为在这些反响中需要VitC参与。可用来治疗坏血病。具有抗毒作用，所以它能保护含巯基的酶中的-SH不被氧化，原因是VitC能促进体内的谷胱甘肽处于复原状态，可与重金属离子结合而排出体外，故常用于防治铅、汞及砷和苯的慢性中毒。

十、硫辛酸硫辛酸是含硫的八碳酸，在6,8位上有二硫键相连，故又称6,8二硫辛酸，硫辛酸有氧化型和复原型之分〔图4-13〕。硫辛酸的辅酶形式象生物素一样，通过侧链羧基与酶蛋白的Lys残基的ε-NH2结合.如下图〔图4-13〕。作为辅酶，硫辛酸在两个关键性的氧化脱羧反响中起作用，即在丙酮酸脱氢酶复合物和α－酮戊二酸脱氢酶复合物中，含硫辛酸的酶催化酰基的产生和转移。反响机制如图4-14所示。

TPP、硫辛酸、CoASH、FAD和NAD＋在丙酮酸脱氢酶复合物催化反响中的辅酶机制图4-15。Section3.脂溶性维生素一、维生素AVitA是含β-白芷酮环(己烯环)的异戊二烯的聚合物，属于萜类物质，胡罗卜素在体内可转变成二分子的VitA1，VitA与视觉有关。二、维生素D为胆甾醇类物质的衍生物，VitD在体内必须经羟化后才具有生理功用，实际上，羟化后的VitD具有激素的性质，其主要功能是调节钙、磷的代谢，促进骨胳等的正常发育。三、维生素E

又称生育粉，对鼠及昆虫的生殖机能很重要。VitE极易被氧化，有首先代替其他物质被氧化的作用，所以对生物膜具有保护作用。四、维生素K为萘醌的衍生物，与凝血作用有关，能促进凝血酶原的合成。