维生素d的结构与活性

维生素d的结构与活性

科学家们在20世纪30年代初的结果表明，吃得越来越少的煎剂和椰子油都可以避免软化骨骼。科学家还进行了进一步的研究，发现并命名人体软骨形成的维生素d。现我们已知维生素D是人和家畜、家禽生长、繁育、维持生命和保持健康的必不可少的营养必需物质。目前维生素D的各种生理功能的研究是科学工作者的一个研究热点。1维生素d为单一溶剂维生素D为脂溶性维生素,是固醇类衍生物。现已知的维生素D有多种,比较重要的是维生素D2和D3,它们的结构很相似,只是侧链有差别。结构式为:维生素D是无色晶体,溶于脂肪,脂溶剂及有机溶媒中,化学性质稳定,在中性和碱性溶液中耐热,不易被氧化,但在酸性溶液中则逐渐分解。维生素D水溶液中由于有溶解氧而不稳定,双键还原后使其生物效应明显降低。因此,维生素D一般应存于无光,无酸,无氧或氮气的低温环境中。2维生素d原的影响维生素D都是由相应的维生素D原经紫外线照射转变而来的。维生素D原是环戊烷多氢菲类化合物。维生素D原B环中5,7位为双键,可吸收270～300nm波长的光量子,从而启动一系列复杂的光化学反应而最终形成维生素D。如果维生素D原为麦角固醇,则光照产物是维生素D2,如果维生素D原是7-脱氢胆固醇,则光照产物是维生素D3。维生素D2又名麦角钙化醇,主要由植物中合成,酵母,麦角,覃类等含量较多。维生素D3又名胆钙化醇,大多数高等动物的表皮和皮肤组织中都含7-脱氢胆固醇,只要阳光或紫外光照射下经光化学反应可转化成维生素D3。维生素D3主要存在于海鱼、动物肝脏、蛋黄和瘦肉、脱脂牛奶、鱼肝油、乳酪、坚果和海产品中。两种维生素D具有同样的生理作用。人体的维生素主要由人体自身合成和动物性食物中获得。3维生素d的降解人们发现维生素D本身并没有生理功能,只有转变为它的活性形式才能成为有生理活性的有效物质。维生素D的活性形式有:25-羟维生素D3、1,25-二羟维生素D3、24,25-二羟维生素D3等,其中以1,25-二羟维生素D3为主要形式。膳食中的维生素D3在胆汁的作用下,在小肠乳化被吸收入血。从膳食和皮肤两条途径获得的维生素D3与血浆α-球蛋白结合被转运至肝脏后,首先在肝细胞内质网和线粒体中,经25-羟化酶作用,变成25-羟维生素D3,然后再在肾脏中混合功能氧化酶-1α羟化酶作用,变成1,25-二羟维生素D3,其活性比25-羟维生素D3高500～1000倍。然后在DBP转运蛋白的载运下,经血液到达小肠、骨等靶器官中与靶器官的核受体(VDRn)或膜受体(VDRm)结合,发挥相应的生物学效应。4维生素d的主要生理功能4.1活性维生素d维生素D的主要作用是调节钙、磷代谢,促进肠内钙磷吸收和骨质钙化,维持血钙和血磷的平衡。具有活性的维生素D作用于小肠黏膜细胞的细胞核,促进运钙蛋白的生物合成。运钙蛋白和钙结合成可溶性复合物,从而加速了钙的吸收。维生素D促进磷的吸收,可能是通过促进钙的吸收间接产生作用的。因此,活性维生素D对钙、磷代谢的总效果为升高血钙和血磷,使血浆钙和血浆磷的水平达到饱和程度。有利于钙和磷以骨盐的形式沉积在骨组织上促进骨组织钙化。4.2营养方面:以5-二羟维生素d为主维生素D3可以通过增加小肠的钙磷吸收而促进骨的钙化。即使小肠吸收不增加,仍可促进骨盐沉积,可能是维生素D3使Ca2+通过成骨细胞膜进入骨组织的结果。VD3的缺乏是引起佝偻病的原因,长期缺乏阳光照射的幼儿,由于骨质钙化不足易使骨骼生长不良。单纯增加食物中钙质,如果维生素D3不足,仍然不能满足骨骼钙化的要求。但1,25-二羟维生素D3对骨组织的作用具有两重性。生物剂量的1,25-二羟维生素D3能提高成骨细胞活性,增加成骨细胞数目,超过生理剂量则提高破骨细胞的活性。4.3抗增殖和诱导分化1,25-二羟维生素D3对白血病细胞,肿瘤细胞以及皮肤细胞的生长分化均有调节作用。如骨髓细胞白血病患者的新鲜细胞经1,25-二羟维生素D3处理后,白细胞的增殖作用被抑制并使之诱导分化。1,25-二羟维生素D3还可使正常人髓样细胞分化为巨噬细胞和单核细胞,这可能是其调节免疫功能的一个环节。1,25-二羟维生素D3对其他肿瘤细胞也有明显的抗增殖和诱导分化作用。如1,25-二羟维生素D3可使种植于小鼠内的肉瘤细胞体积缩小,使小鼠体内结肠癌和黑色素瘤种植物的生长受到明显抑制。对原发性乳腺癌、肺癌、结肠癌、骨髓肿瘤细胞等均有抑制作用。此外,1,25-二羟维生素D3还能加速巨噬细胞释放肿瘤坏死因子,而后者具有广泛的抗肿瘤效应。1,25-二羟维生素D3可明显抑制表皮角化细胞和皮肤成纤维细胞的增殖并诱导其分化,故推测1,25-二羟维生素D3对某些皮肤过度扩生性疾病可能有治疗作用。4.4提升免疫功能维生素D具有免疫调节作用,是一种良好的选择性免疫调节剂。当机体免疫功能处于抑制状态时,1,25-二羟维生素D3主要是增强单核细胞,巨噬细胞的功能,从而增强免疫功能,当机体免疫功能异常增加时,它抑制激活的T和B淋巴细胞增殖,从而维持免疫平衡。1,25-二羟维生素D3对免疫功能调节的机制主要有:①通过1,25-二羟维生素D3受体介导;②通过抑制原单核细胞增殖而间接刺激单核细胞增殖,促进单核细胞向有吞噬作用的巨噬细胞转化。在防治自身免疫性脑机髓炎、类风湿性关节炎、多发性硬化症、Ⅰ型糖尿病和炎性肠病等有一定疗效。5维生素d的应用和生产5.1预防维生素d病房随着人类对维生素D的生理活性的研究的深入,维生素D的重要性更加突出,现广泛应用于药物制剂、食品添加剂和饲料添加剂等3个方面。做为药物制剂,在临床上主要用于治疗佝偻病、软骨病、骨质疏松、甲状腺机能减退、银屑病等病症;做为食品饮料添加剂,它可添加于牛奶、乳制品、饮料、饼干、糖果中,用于预防维生素D缺乏症;维生素D作为家禽和家畜的饲料添加剂,可增加肉、蛋、奶的产量,提高其营养价值。5.2从胆固醇生产7-去氢-dhc的工艺条件优势目前,全世界只有少数几个发达国家生产维生素D,其中以瑞士的罗氏公司产量最大。我国每年对维生素D的需求在10吨以上,因此,维生素D的开发生产对国内饲料工业以及医药工业的发展具有重大经济和社会意义。前面我们已经知道,麦角固醇经光照可得VD2,7-去氢胆固醇经光照得VD3。近几十年来,国内外众多科学家从有机合成光化学角度开展了全面研究。光化学合成VD2的原料麦角固醇主要来自酵母发酵,从生产青霉素等药物的废菌丝或植物油、香菇等产品中提取。北京化工大学从青霉素菌丝体提取麦角固醇,收率达50%,并成功开发了一种高效的低压汞灯作为紫外光源,对麦角固醇生产维生素D2进行了连续式光反应器的工业化规模放大实验,并对反应条件进行了优化,得出最佳工艺条件为:无水乙醇作为溶剂,麦角固醇初始浓度为1.0～1.2g/L,停留时间控制在26～28min。此时,麦角固醇转化率为60%,目的产物选择性得率为65%。此工艺具有副产物少,产率高,便于操作等优点。迄今为止,维生素D3的合成与生产都是从胆固醇出发,首先经一系列化学反应,将胆固醇转化成7-去氢胆固醇,后者再经光照发生开环反应,生成预维生素D3,它再经受热,异构化为维生素D3。光化学合成维生素D3的原料7-去氢胆固醇主要由动物体提取的胆固醇合成,中国科学院理化技术研究所开发了一条从胆固醇合成7-去氢胆固醇的新路线。该路线应用了可回收利用的氧化反应催化剂,氧化剂用的是空气,该催化剂可选择性催化氧化使酰化胆固醇生成7-酮基酰化胆固醇,再经相应的还原、脱除等反应制备7-DHC。反应过程中不会有难于除去的杂质生成;天然胆固醇中含有的杂质会在合成处理的过程中自然除去。另外,摒弃了传统的溴化和脱除溴化氢的方法制备7-DHC,也避免了使用重金属化合物为氧化剂或氧化反应催化剂,完全杜绝了重原子溴对光化学反应的不良影响。因此,该路线合成的产率高达55%;产品质量好,纯度高于95%