辅酶和维生素

辅酶和维生素第1页，共62页，2023年，2月20日，星期二全酶

=酶蛋白

+辅助因子

(非蛋白部分)

决定酶催化的专一性和高效性决定酶促反应

的传递氢，电子，化学基团结合酶组成类型第2页，共62页，2023年，2月20日，星期二辅助因子分为两种类型：必需离子：主要是金属离子

—金属酶：在活性部位含有紧密结合的金属离子，额外添加该金属离子对反应的效率影响不大。

一些起着亲电催化剂的作用；一些通过从还原底物转移电子给氧化底物参与氧化还原反应。常见的有铁离子、锌离子、铜和钴离子等，例如含Fe2＋的细胞色素氧化酶和含Zn2＋的碳酸酐酶等。

—金属活性化酶：与金属离子结合松散，纯化时容易丢失，反应时必须添加金属离子才能被激活，或是表现出充分的活性，例如激酶就需要添加Mg2＋才能表现活性。

辅酶（coenzyme）：有机化合物，与酶蛋白结合比较松弛（一般为非共价结合），经透析除去的有机分子。如NAD+第3页，共62页，2023年，2月20日，星期二表5.1作为酶辅助因子的一些无机元素无机元素代表性酶Cu2＋细胞色素氧化酶Fe2＋或Fe3＋细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶Mg2＋丙酮酸激酶、己糖激酶Mn2＋精氨酸酶、核苷酸还原酶Mo2＋固氮酶Zn2＋碳酸酐酶、乙醇脱氢酶、羧肽酶A和羧肽酶BSe谷胱甘肽过氧化物酶第4页，共62页，2023年，2月20日，星期二辅酶根据与脱辅基酶蛋白的作用方式可分为两类：共底物（cosubstrate）：实际上是酶催化反应中的底物，共底物在反应过程中可被替换和从活性部位脱离，在细胞内可重复循环利用。辅基（prostheticgroup）：辅基在反应过程中始终与酶结合，有的辅基是通过共价键与脱辅酶结合，有的是通过许多弱的相互作用与活性部位紧密结合。辅酶通常参与催化反应中的基团、氢质子或电子的转移。绝大多数辅酶是B族维生素的衍生物。第5页，共62页，2023年，2月20日，星期二辅酶维生素主要的代谢作用反应中角色尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP＋）尼克酸涉及双电子转移的氧化还原反应共底物黄素单核苷酸（FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）核黄素（维生素B2）涉及单和双电子转移的氧化还原反应辅基辅酶A泛酸（维生素B3）酰基转移共底物硫胺素焦磷酸（TPP）硫胺素（维生素B1）包含羰基的二碳单位转移辅基磷酸吡哆醛（PLP）吡哆醛（维生素B6）氨基转移辅基生物胞素生物素依赖ATP的底物羧化或底物之间的羧基转移辅基四氢叶酸叶酸一碳单位转移共底物腺苷钴胺素钴胺素（维生素B12）分子内基团重排辅基甲基钴胺素钴胺素（维生素B12）甲基化辅基硫辛酰胺硫辛酸来自TPP的羟烷基的氧化和酰基转移辅基

抗坏血酸（维生素C）羟基化反应

视黄醛维生素A视觉辅基维生素K维生素K某些谷氨酸残基的羧化辅基泛醌（辅酶Q）

脂溶性电子载体共底物表5.2主要的辅酶第6页，共62页，2023年，2月20日，星期二

维生素（vitamin）是人体维持正常生命活动所必需的一类有机物质，体内几乎不能合成，要由食物供给。维生素本身或其衍生物是许多酶的辅酶，绝大多数辅酶是B族维生素的衍生物。虽然作为辅酶每天所需要的维生素量很少，但如缺乏会出现维生素缺乏症，如坏血病、脚气病或糙皮病。

植物能够合成维生素，是包括人在内的动物所需维生素的主要来源。第7页，共62页，2023年，2月20日，星期二富含维生素（以及一些抗氧化剂）的蔬菜第8页，共62页，2023年，2月20日，星期二

蔬菜、水果（维生素来源）第9页，共62页，2023年，2月20日，星期二5.1

维生素分类第10页，共62页，2023年，2月20日，星期二维生素分类脂溶性维生素水溶性维生素维生素A维生素D维生素E维生素KB族维生素硫胺素（B1）核黄素（B2）尼克酸B5叶酸B9维生素B12维生素B6生物素B7泛酸B3维生素C

可以被动物贮存很容易随尿排泄掉第11页，共62页，2023年，2月20日，星期二5.2

尼克酸与辅酶NAD＋和NADP＋

尼克酸（也称为烟酸，维生素PP，抗糙皮病维生素），其辅酶形式为：

尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶I，NAD＋）

尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（辅酶II，NADP＋）尼克酰胺是尼克酸的衍生物第12页，共62页，2023年，2月20日，星期二缺乏尼克酸：癞皮病（颈部皮肤增厚，呈项链状）临床有皮炎、舌炎、肠炎、精神异常和周围神经炎。第13页，共62页，2023年，2月20日，星期二缺乏症

对称性皮炎，消化道炎和神经损害与精神紊乱

国外所指的B3在我国曾称为B5，包括尼克酸和尼克酰胺第14页，共62页，2023年，2月20日，星期二

缺少尼克酸会得糙皮病（也称癞皮病）。

1867年德国化学家Huber首次由烟草提取的尼古丁中制得尼克酸。但当时没有人想到用它治疗糙皮病，实际上每年有上千人死于该病。

1915年美国南部（以玉米为主食）有1万多人死于糙皮病，经研究不是感染或毒素中毒。但喝牛奶和吃肉的人都不会得糙皮病，因为色氨酸代谢可生成尼克酸。每日需要约20mg，尼克酸和尼克酰胺在肉类、肝脏、鱼、谷物等食物中含量丰富，而奶、蛋中含有丰富色氨酸。尼克酸是吡啶的3-羧酸衍生物，含有尼克酰胺的辅酶常被称作吡啶核苷酸辅酶。第15页，共62页，2023年，2月20日，星期二NAD＋和NADP＋和还原形式NADH和NADPH的结构

氧化型

还原型第16页，共62页，2023年，2月20日，星期二NAD＋和NADP＋几乎总是作为脱氢酶的共底物，通过将底物中的两个电子和一个质子以H－形式转移到NAD＋或NADP＋的C-4上，使底物氧化并生成还原型的NADH＋H＋或NADPH＋H＋。

例如催化乳酸转化为丙酮酸的乳酸脱氢酶就是一个依赖于NAD+的酶

。涉及吡啶核苷酸的氧化和还原反应总是同时发生双电子的转移，所以NADH和NADPH通常被称之为具有还原能力的分子。第17页，共62页，2023年，2月20日，星期二

NAD和NADH紫外吸收光谱NADH和NADPH由于含有二氢吡啶环，在340nm处有一吸收峰，但NAD＋和NADP＋在这个波长没有吸收峰，所以340nm处吸收的出现和消失可以用作监测与氧化和还原相关的脱氢酶催化反应的指标。第18页，共62页，2023年，2月20日，星期二5.3

核黄素与辅酶FAD和FMN

核黄素，维生素B2，是一种含有核糖醇的黄色物质。当时命名为核黄素，指的是来源于卵黄素、肝黄素和尿黄素。早在1879年就有人发现在牛奶的乳清中存在一种黄绿色的荧光色素，可预防皮肤炎症。后来在肝脏、心脏和卵清蛋白中也发现这样的物质。第19页，共62页，2023年，2月20日，星期二

人缺乏核黄素的症状表现为口角炎、舌炎、鼻以及睑部的脂溢性皮炎，如果患者服用核黄素，症状会得到缓解。

核黄素广泛存在于奶、蛋、肉、脏器、谷类、蔬菜和水果中。在谷物中，核黄素分布在谷糠和胚芽，精加工粮食中含核黄素少。第20页，共62页，2023年，2月20日，星期二核黄素，维生素B2，是由5碳的核糖醇（核糖的还原形式）和7,8-二甲基异咯嗪构成。黄素单核苷酸（FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）（附带蓝色部分）核黄素的两种辅基形式FMNFAD核黄素第21页，共62页，2023年，2月20日，星期二

黄素酶或黄素蛋白需要FAD或FMN作为辅基，参与氧化－还原反应。

FAD或FMN可以一次接受2H和2e－被还原为FADH2和FMNH2，也可以先接受一个H＋和一个e－后转换为FMNH•和FADH•（黄素半醌），黄素半醌再接受一个H＋和一个e－转换为FADH2和FMNH2（黄素氢醌）。反之FADH2和FMNH2也可以经历黄素半醌中间产物，一次给出一个H＋和e－最后转换为氧化型FAD或FMN。当参与单电子转移时，可形成部分氧化的化合物FMNH·和FADH·，称为黄素半醌，是相对稳定的自由基。第22页，共62页，2023年，2月20日，星期二第23页，共62页，2023年，2月20日，星期二FAD或FMN经历黄素半醌转换为FMNH2和FADH2，或其逆过程具有重要生物学意义。在线粒体中FAD和FMN可以参与电子传递链的单电子传递。例如当FMN接受2H＋和2e－被还原为FMNH2后，FMNH2可以经黄素半醌每次给出一个电子使Fe3+还原为Fe2+，进行单电子转移。

由于FAD和FMN作为体内许多酶的辅基，参与糖、脂肪和蛋白质代谢中的各种氧化还原反应，所以体内缺乏核黄素，直接导致FAD和FMN的缺乏，影响体内的代谢。第24页，共62页，2023年，2月20日，星期二5.4泛酸与辅酶A（CoA）

维生素泛酸广泛存在于植物性和动物性食物中，泛酸缺乏症很少见。

辅酶A是泛酸衍生物，是参与酰基转移反应的最重要的辅酶，常作为酰基载体参与代谢反应，参与糖、脂肪和蛋白质的降解，以及脂肪合成等。辅酶A第25页，共62页，2023年，2月20日，星期二丙酮酸脱氢酶复合物催化丙酮酸脱羧生成乙酰CoAHS－CoA作为乙酰基载体，接受乙酰基生成乙酰CoA第26页，共62页，2023年，2月20日，星期二辅酶A常作为酰基载体参与酰基转移反应，如：脂肪代谢中脂肪酸在酰基CoA合成酶催化下，与辅酶A（HS-CoA）中的－SH反应形成硫酯键，生成酰基CoAHS-COA参与酰基转移反应第27页，共62页，2023年，2月20日，星期二

硫胺素，维生素B1，也称为抗脚气病维生素，抗神经炎因子。常吃精米，容易得脚气病。精米除去米糠，丢失了硫胺素。

硫胺素与核黄素的分布几乎相同，当缺乏硫胺素时，可能也会缺乏核黄素，广泛分布于谷糠和胚芽、奶、蛋、肉、脏器中。5.5硫胺素与辅酶硫胺素焦磷酸第28页，共62页，2023年，2月20日，星期二

湿性脚气病小腿浮肿和痛呼吸困难心跳加速呼吸短促硫胺素缺乏症以水肿和心脏症状为主心血管系统损害：第29页，共62页，2023年，2月20日，星期二

干性脚气病硫胺素缺乏症指端麻木、肌肉酸痛、压痛中枢与周围神经系统损害第30页，共62页，2023年，2月20日，星期二

硫胺素含有一个吡啶环和一个噻唑环。硫胺素的辅酶形式是硫胺素焦磷酸（TPP），在细胞内，TPP经硫胺素焦磷酸酶合成酶催化合成。第31页，共62页，2023年，2月20日，星期二很多脱羧酶需要TPP作为辅酶：丙酮酸脱羧酶在催化丙酮酸脱羧时需要TPP作为辅酶。在酶催化下丙酮酸脱羧后乙酰基转移到TPP上，先生成羟乙基-TPP，最后生成乙醛。图中R代表吡啶环部分；R1代表焦磷酸第32页，共62页，2023年，2月20日，星期二5.6维生素B6及其辅酶

维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，广泛存在于动植物性食物中，缺乏症很少见。其辅酶形式为磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺。

第33页，共62页，2023年，2月20日，星期二

磷酸吡哆醛（PLP）主要是转氨酶的辅基，参与酶催化的转氨基反应。

氨基酸（侧链为R1）与一个酮酸（侧链R2

）在转氨酶催化下，原来的氨基酸失去氨基变成相应的酮酸，而原来的酮酸变成相应的氨基酸。

R1氨基酸＋R2酮酸＝R1酮酸＋R2氨基酸第34页，共62页，2023年，2月20日，星期二转氨反应第35页，共62页，2023年，2月20日，星期二

生物素广泛存在于天然食物，人需要的生物素很大一部分还来自于小肠细菌合成的。生物素缺乏症主要出现在长期生食鸡蛋的人，蛋清中的抗生物素蛋白与生物素结合影响吸收。

缺乏症主要表现以皮肤症状为主，如毛发变细，皮肤干燥、鳞片状皮炎、红色皮疹等。生物素在脂肪合成、糖质新生等生化反应途径中扮演重要角色。5.7生物素第36页，共62页，2023年，2月20日，星期二

生物素是催化羧基转移反应和羧化反应的酶的辅基。丙酮酸羧化酶催化三碳的丙酮酸结合一分子二氧化碳（生理条件下为HCO3－）生成四碳的草酰乙酸。反应涉及生成羧化生物素和二氧化碳从羧化生物素转移到丙酮酸上。酶-生物素作为转移羧基的中间载体。第37页，共62页，2023年，2月20日，星期二生物素（曾经称为维生素H）主要由肠道细菌合成，每天的需要量很少（μg量），生物素缺陷对于正常饮食的人和动物来说是很稀少的。

经常食用生蛋清也会导致生物素缺乏，因为蛋清中含有一种由四个相同亚基组成的四聚体抗生物素蛋白（avidin），蛋白中的每个亚基都可以紧密地结合一个生物素，使得小肠中生成的生物素不能被吸收。煮熟的鸡蛋使抗生物素蛋白变性，失去了对生物素的亲和力，也就消除了它的毒性。实验室常利用抗生物素蛋白能够紧密结合生物素的特点，通过固定了抗生物素蛋白亲和层析提取共价结合生物素的物质第38页，共62页，2023年，2月20日，星期二5.8叶酸与辅酶四氢叶酸

叶酸，在绿叶蔬菜，例如菠菜中的含量非常丰富。

未经烹调的新鲜蔬菜是叶酸最好的天然来源，而烹饪时加热和在贮存期间发生氧化会损失一半以上叶酸。由于血液细胞和消化道细胞分裂速度最快，易受到叶酸缺乏的影响，缺乏可导致贫血和消化机能紊乱。孕妇一般要补充叶酸，缺乏可能影响自身和胎儿第39页，共62页，2023年，2月20日，星期二叶酸与辅酶四氢叶酸四氢叶酸，通常含有5～6个谷氨酸残基，辅酶的反应中心是N-5和N-10第40页，共62页，2023年，2月20日，星期二

叶酸的辅酶形式是四氢叶酸（FH4）。四氢叶酸是叶酸在二氢叶酸还原酶催化经连续还原生成的。四氢叶酸在生物体内主要功能是一碳单位的受体和供体第41页，共62页，2023年，2月20日，星期二催化一碳单位转移的酶常用四氢叶酸作辅酶，例如在胸苷酸合酶催化下由dUMP合成dTMP时，四氢叶酸提供一碳单位甲基。四氢叶酸在代谢中主要作为一碳单位的供体，可以传递的一碳单位有甲基、亚甲基或甲酰基等基团，一碳单位一般结合在四氢叶酸的N5或N10，或同时结合在N5和N10上第42页，共62页，2023年，2月20日，星期二5.9维生素B12

维生素B12（称为钴胺素，分子中含有鈷）:动植物均不能合成，广泛存在于动物性食品。肠道细菌可合成，以前认为一般不会出现缺乏症，近期的研究表明维生素B12缺乏症高达39%。维生素B12少量缺乏或者缺乏的早期并没有典型的临床症状。一般表现为：疲劳、注意力不集中、记忆力下降、易激惹和抑郁。

维生素B12有两种辅酶形式：腺苷钴胺素、甲基钴胺素。腺苷钴胺素参与几种酶催化的分子内重排反应。

第43页，共62页，2023年，2月20日，星期二甲钴胺素与四氢叶酸一起参与甲基的转移，例如在哺乳动物中，在同型半胱氨酸甲基转移酶的催化下由同型半胱氨酸可生成蛋氨酸。同型半胱氨酸甲基转移酶甲基丙二酸单酰CoA变位酶在有腺苷钴胺素参与下，通过重排将甲基丙二酸单酰CoA转换为琥珀酰CoA。第44页，共62页，2023年，2月20日，星期二

5.10硫辛酸

辅酶硫辛酰胺实际上是硫辛酸与蛋白质结合的形式。硫辛酸常与B族维生素列在一起，然而它只是少数微生物生长需要的，动物可以由前体合成它。硫辛酸在谷物和肝脏等食物中含量丰富，很少出现缺乏症。

硫辛酸没有游离形式，而是通过它的羧基与蛋白质中一个赖氨酸残基的ε-氨基形成的酰胺键结合在蛋白质上的。

第45页，共62页，2023年，2月20日，星期二

硫辛酰胺作为酶的辅基主要出现在柠檬酸循环中丙酮酸脱氢酶复合物和α-酮戊二酸脱氢酶复合物中。

硫辛酰胺首先接受来自丙酮酸脱羧后的乙酰基，将乙酰基转移给CoA生成乙酰CoA后

变成还原型，再经过氧化又恢复到原来的氧化型，准备进行下一轮反应。

第46页，共62页，2023年，2月20日，星期二5.11维生素C

维生素C又称为抗坏血酸，普遍存在于蔬菜和水果中。人、猴和豚鼠不能合成维生素C，必须要从食物中获得。

维生素C不是辅酶，但参与多种羟化反应，在胶原羟化过程中却起着还原剂的作用。缺少维生素C会导致坏血病，表现为毛细管脆弱，皮肤出现小血斑，牙龈出血，牙齿松动等。

维生素C（活性形式）维生素C（氧化型无活性）第47页，共62页，2023年，2月20日，星期二参与氧化还原反应维生素C除了具有抗坏血病功能以外，还具有通过维持酶分子的-SH，使体内各种含巯基的酶保持活性，清除自由基和阻断致癌物N-亚硝基化合物合成预防癌症；通过维持谷胱甘肽的还原状态，使得谷胱甘肽与一些重金属，如Hg2＋、Pb2＋等结合并排出体外达到解毒的作用等。第48页，共62页，2023年，2月20日，星期二维生素分类脂溶性维生素维生素A维生素D维生素E维生素K每一种都至少含有一个极性基团，但都是高度疏水的。某些脂溶性维生素并不是辅酶的前体，而且不用进行化学修饰就可直接被生物体利用。第49页，共62页，2023年，2月20日，星期二1.维生素A(视黄醇)

维生素A应当说是功能最多一种的维生素，其功能包括视觉、免疫、皮肤的维护、骨骼和身体生长、细胞的正常发育以及生育。

肝、蛋、牛奶都是维生素A很好的食物来源。另外胡萝卜和深色蔬菜等含量也很丰富，其中的β-胡萝卜素可经裂解生成维生素A。维生素A缺乏会导致皮肤、眼睛和粘膜干燥，生长迟缓，夜盲症等。5.12脂溶性维生素第50页，共62页，2023年，2月20日，星期二维生素A可由饮食中的β-胡萝卜素（β-carotene）通过酶促氧化裂解得到维生素A末端的－CH2OH氧化为－CHO就变成视黄醛，视黄醛进一步氧化变成视黄酸。第51页，共62页，2023年，2月20日，星期二野生型第一代黄金大米第二代黄金大米第二代“黄金大米”中胡萝卜素的含量达到37µg/g，能提供儿童对维生素A的一半需求，足够提供人体每日需要摄入的维生素A。“绿色和平组织”的观点：缺乏维他命A主要是因为饮食不多元化和贫困，“黄金大米”在目前稻米作为主粮的习惯下，不能从根本上解决各种微量营养素缺乏症状。但主流科学家支持黄金大米。第52页，共62页，2023年，2月20日，星期二当视紫红质中的顺式视黄醛吸收光后，异构化为反式视黄醛，引起视紫红质构象变化，构象变化启动了对大脑的神经脉冲。反式视黄醛再经视黄醛异构酶催化重新生成顺式视黄醛。如果维生素A供应不足，将导致视紫红质恢复的延缓和暗视觉的障碍，这就是夜盲症的病因所在。第53页，共62页，2023年，2月20日，星期二维生素A除了构成视觉细胞的感光物质外，还是糖蛋白合成的一种辅酶，对维持皮肤黏膜层完整性具有重要作用。如果缺乏维生素A，就会使皮肤干燥，甚至角质化。另外维生素A还参与RNA、DNA的合成，具有促进生长发育和维护生殖功能的作用等。第54页，共62页，2023年，2月20日，星期二2.维生素D

维生素D是骨骼形成所必需的一组相关的脂，主要包括维生素D2（麦角钙化醇）和维生素D3（胆钙化醇）。在充足阳光下，皮肤内由7-脱氢胆固醇非酶催化就可形成维生素D3。维生素D3没有活性，活性形式是1,25-二羟胆钙化醇，功能是调节人体内Ca2＋利用。在小肠里中可促进Ca2＋的摄取，在肾和骨中调节Ca2＋的含量。第55页，共62页，2023年，2月20日，星期二维生素D3没有活性，在肝和肾可被酶催化转变为维生素D活性形式1,25-二羟胆钙化醇，在小肠里中可促进Ca2＋的摄取，在肾和骨中调节Ca2＋的含量。第56页，共62页，2023年，2月20日，星期二维生素D2是一个与维生素D3相关的化合物，可由食物中获得，例如牛奶、动物肝脏、蛋黄和鱼肝油中都含有维生素D，