第4章-维生素与辅酶.ppt

第4章 维生素与辅酶,生物化学课件,维生素定义: 维持细胞正常功能所必需的, 需要量很小, 机体内不能合成或合成很少, 需由食物供给的一类小分子有机化合物。,维生素既不是构成机体组织的主要原料物质，也不是供能物质，其主要功能是调节物质代谢和维持生理功能。长期缺乏任何一种维生素都会导致相应的疾病(维生素缺乏症)。,最早分离出的维生素（维生素B1）是一种胺类（amine），故将维生素取名为Vitamine（生命胺，最初中译为维他命），但并非所有的维生素都含氨基，故改为Vitamin（V）。,概述,维生素种类很多，化学结构上无共同性，通常按溶解性质分为两大类：,多数作为辅酶或辅基的成分，参与体内代谢过程,分类,水溶性维生素,脂溶性维生素,:维生素B族（B1、B2、泛酸、维生素PP、B6、生物素、叶酸，B12）和维生素C等。,:维生素A、D、E、K等,功能体现,少数具有特殊的生理功能，如VA、VD等,有些本身即是辅酶，如硫辛酸、抗坏血酸等,辅酶在酶促反应中的作用机制： （1）作为两个酶的辅酶，在两个酶之间担当某种原子或化学基团的载体，如NAD、NADP和叶酸辅酶； （2）作为一个酶的辅酶，担当某种原子或化学基团的载体，如FMN、FAD、磷酸吡哆醛、硫辛酸。 常见的原子或化学基团：氢原子、氨基、一碳基团、磷酸基等,肝、胆疾病可阻碍维生素的吸收。,长期口服抗生素可抑制肠道菌生长，引起Vk、生物素、叶酸、泛酸等的缺乏。,妊娠、哺乳、强体力劳动、高温操作，维生素B1和B2的需要量相应增加。,生物对维生素的需要情况取决于：1. 在代谢过程中是否需要；2. 自身能否合成。,长期大量使用维生素A和维生素D会引起中毒；维生素B1用量过多会引起周围神经痛觉缺失；长期大量使用维生素B12会引起红细胞过多；口服维生素C过多可破坏膳食中维生素B12而引起贫血。,医疗上用维生素防治维生素不足而引起的疾病。,一、 维生素B1,维生素B1由一含S的噻唑环和一含NH2的嘧啶环组成，又称硫胺（素）（Thiamine）。,1,2,4,5,1,2,4,焦磷酸硫胺素 （TTP）,硫胺素 + ATP,Mg2+,硫胺素激酶,TPP + AMP,主要功能：,1. TPP是-酮酸氧化脱羧酶的辅酶(又称羧化辅酶)。 以辅酶方式参加糖的分解代谢，促进糖代谢，为神经活动提供能量，功能部位在噻唑环的C2上。,2. VB1抑制胆碱酯酶的活性，保持神经正常传导功能；促进肠胃蠕动，增加消化液的分泌，因而能促进食欲。,缺乏症：,1. 脚气病,2. 中枢神经和肠胃糖代谢失常,性质和来源, 因维生素B1严重缺乏而引起的多发性神经炎。患者的周围神经末梢及臂神经丛均有发炎和退化现象，伴有心界扩大、心肌受累、四肢麻木、肌肉瘦弱、烦躁易怒和食欲不振等症状。同时因丙酮酸脱羧作用受阻，组织和血液中乳酸量大增，湿性脚气病还伴有下肢水肿。,脚气病,缺乏维生素B1不仅周围神经的结构和功能受损，中枢神经系统也同样受害。因为神经系统（特别的大脑）所需的能量，基本由血糖氧化供给，当糖代谢受阻时，神经组织也就发生反常现象。,维生素B1盐酸盐为无色结晶，溶于水，在酸性溶液中稳定，在中性和碱性溶液中易被氧化。在普通烹调条件下损失并不大。有特殊香气，微苦。,酵母中含维生素B1最多，其他食物中含量多不高。五谷类多集中在胚芽及种皮中。瘦肉、核果和蛋类的含量也较多。酵母、细菌和高等植物能合成维生素B1。,二、 维生素B2和黄素辅酶,维生素B2又称核黄素（riboflavin），是一种核糖醇与6，7-二甲基异咯嗪的缩合物，在自然界多与蛋白质结合成黄素蛋白。,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,7,8,9,10,核糖醇基,异咯嗪基,维生素B2为橘黄色的针状晶体，味苦，微溶于水，极易溶于碱性溶液，对光和碱不稳定,FMN，flavin mononucleotide 黄素单核苷酸,FAD，flavin adenine dinucleotide 黄素腺嘌呤二核苷酸,VB2 + ATP FMN + ADP FMN + ATP FAD +PPi,在体内，FMN、FAD是VB2的活性形式。,生理功能：FMN、FAD是氧化还原酶的辅基，作为递氢体，参与生物氧化作用。,食物来源：绿叶蔬菜、酵母、黄豆、动物的肝和心、蛋黄等含量丰富。动物体内不能合成，须由食物供给。,维生素B2每人每天需要量：儿童0.6mg，成人1.6mg。动物体内不能合成维生素B2。过量则排出。,缺乏症：膳食中长期缺乏维生素B2，眼角膜和口角血管增生，引起舌炎、口角炎、阴囊炎、眼角膜炎、角膜血管增生等。,三、 泛酸（维生素B3）和辅酶A,OH,-二羟-,-二甲基丁酸,-丙氨酸,巯基乙胺,O,OH2C,O,OH,1,2,3,4,5,N,N,N,N,H,H,9,P,-O,P,-O,O-,NH2,辅酶A（CoASH）,泛酸为淡黄色粘性油状物，溶于水和醋酸，不溶于氯仿和苯，在中性溶液中对湿热、氧化和还原都稳定。辅酶A是泛酸的活性形式。,生理功能：CoA是酰基转移酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的酰基转移有重要作用。,缺乏症：成人每天需要量为5-10mg，一般膳食的泛酸含量丰富。缺乏泛酸可引起皮炎。大白鼠缺乏泛酸，毛发变灰白，并自行脱落，毛与皮的色素形成可能与泛酸有关。,食物来源：食物中含量相当充分，酵母、蜂王浆、肝、瘦肉、花生等含量较多，加之肠道细菌也能合成，供给人体需要，故极少发生缺乏症。,四 、 维生素PP和辅酶、辅酶,维生素PP过去称抗癞皮病维生素或维生素B5，包括尼克酸（烟酸）和尼克酰胺。尼克酰胺的副作用较小（如引起面部、颈部发赤发痒和烧灼感），医疗及营养上多用尼克酰胺。尼克酰胺为维生素B5的化学名。,尼克酸（nicotinic acid）,尼克酰胺（nicotinamide）,O,P = O,- O,+,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+）,Nicotinic acid + PRPP + ATPNAD+,NAD+ + ATP NADP+ +ADP,尼克酸及尼克酰胺为无色晶体，前者熔点为236,后者熔点为129-131，是维生素中较稳定的，不被光、空气及热破坏。溶于水及酒精。与溴化氰作用产生黄绿色化合物，可作为定量基础。,功能：,1.以NAD+或NADP+形式作为脱氢酶的辅酶而起到递氢体的作用。,+2H,1+,4,-2H,2. 维持神经组织的健康。尼克酰胺对中枢及交感神经系统有维护作用，缺乏，则常产生神经损害和精神紊乱。,3. 尼克酸可使血管扩张，使皮肤发赤发痒，尼克酰胺无此作用。大剂量尼克酸有降低血浆胆固醇和脂肪的作用。,缺乏症,膳食中长期缺乏维生素PP所引起的疾病为对称性皮炎，又叫癞皮病(pellagra)。在狗生黑舌病。赖皮病患者的中枢及交感神经系统、皮肤、胃、肠等皆受不良影响。主要症状为对称性皮炎,消化道炎和神经损害与精神紊乱，两手及其裸露部位呈现对称性皮炎。中枢神经方面的症状为头痛、头昏、易刺激、抑郁等。Trp可转变为尼克酰胺，玉米中缺乏Trp与尼克酸，故长期只食玉米易患缺乏症。,食物来源：Vpp在自然界分布广泛，肉类、谷物及花生含量丰富。在体内色氨酸可转变成尼克酰胺成人男子 60mg Trp 合成 1mg 尼克酰胺。,五、 维生素B6和磷酸吡哆醛,维生素B6又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。,吡哆醇(pyridoxol),吡哆醛(pyridoxal),吡哆胺(pyridoxamine),（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,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,激酶,吡哆素的相互转变,吡哆素为无色晶体，易溶于水及乙醇，在酸液中稳定，在碱液中易被破坏，对光不稳定，吡哆醇耐热，吡哆醛和吡哆胺不耐高温。,功能：,磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶、脱羧酶和消旋酶的辅酶，在氨基酸代谢中非常重要。,转氨酶,- 酮 酸,R-CH2NH2,R-C-COO-,NH3,H,+,转氨,脱羧,消旋,缺乏症：导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害。,食物来源：在动植物中分布很广，酵母、米糠、大豆、肝、蛋黄 、肉中含量丰富，肠道细菌也可合成，人类很少发生缺乏症,六 、生物素,生物素（维生素B7）为含硫维生素，其结构可视为由尿素与硫戊烷环（噻吩）结合而成，并有一个C5酸支链。,尿素部分,硫戊烷环部分,(CH2)4COOH,C5酸根部分,生物素（biotin）,尿素环上的一个N可与CO2结合,生物素是细长针状的晶体，熔点232，耐热和耐酸、碱，微溶于水。,功能：生物素是多种羧化酶的辅酶，在CO2固定及羧化反应中起重要作用。,缺乏症：人体一般不会发生生物素缺乏。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。,食物来源：动植物中广泛分布，韭菜、酵母、蛋黄、肝、肾等含有丰富的生物素，肠道细菌也能合成生物素供人体需要，一般不易发生缺乏症。1916年，贝特曼(Bateman)首先观察到蛋清的毒性。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。,七、 叶酸和叶酸辅酶,叶酸（folic acid）即维生素B11，由蝶呤啶、对氨基苯甲酸与L-谷氨酸连接而成。,叶酸为鲜黄色物质，微溶于水，在水溶液中易被光破坏。,2-氨基-4-羟基-6-甲基喋呤,对氨基苯甲酸,谷氨酸,功能：THFA是转一碳基团酶系的辅酶，主要作用是作为一碳基团的载体，参与多种反应。,一碳基团： 甲基 -CH3, 亚甲基 -CH2-, 甲酰基 -CHO ， 亚氨甲基 -CH=NH, 次甲基 -CH= 四氢叶酸-碳衍生物的部分结构（图）,四氢叶酸在代谢中起着重要作用，其主要的生理功能： 1、Gly Ser 2、参与嘌呤环的合成 3、dUMP TMP 4、高半胱氨酸 Met,缺乏症：叶酸缺乏时，红细胞的发育和成熟受到影响，造成巨红细胞性贫血症。,食物来源：叶酸在绿叶、肝、酵母中大量存在，肠道细菌也能合成叶酸，故人类一般不易发生缺乏病。,八 、 维生素B12和B12辅酶,维生素B12是含钴的化合物，又称钴胺素，是唯一含金属元素的维生素。维生素B12在体内因结合的基团不同，可有多种存在形式，如氰钴胺素、羟钴胺素、甲基钴胺素和5脱氧腺苷钴胺素，后两者是其活性型，也是血液中存在的主要形式。 维生素B12的发现是多年研究恶性贫血症（即巨初红细胞症）的结果。最初发现服用全肝可控制恶性贫血症状，在1948年从肝脏中分离出一种具有控制恶性贫血效果的红色晶体物质，定名为维生素B12。,微生素B12为深红色晶体，熔点甚高，溶于水、乙醇和丙酮，不溶于氯仿。微生素B12晶体及水溶液都相当稳定。但酸、碱、日光、氧化和还原都使之破坏。,B12辅酶的功能： 1、 5脱氧腺苷钴胺素是几种变位酶的酶。 2、甲基钴胺素是转甲基酶的辅酶。,谷氨酸,甲基天冬氨酸,甲基丙二酸单酰CoA,琥珀酰CoA,在体内，B12辅酶可以：,1.促进某些化合物的异构作用。,2. 促进甲基转移作用。,3. 维持SH的还原型状态。,4. 促进核酸和蛋白质的生物合成。,5. 维持造血机构的正常运转。,6. 促进上皮组织细胞的新生。,缺乏症：,1. 造血器官功能失常，不能正常产生红血细胞，导致恶性贫血。,4. 髓磷脂的生物合成减少，引起神经系统的损害，表现症状为手足麻木、刺痛、体位不易维持平衡、肌肉动作不协调、忧郁易怒、思想迟缓和健忘等。,3. 儿童及幼龄动物发育不良。,2. 消化道上皮组织细胞失常。,肝、鱼、肉、蛋、奶等都富含B12，人体肠道细菌也能合成，故一般人不缺乏 不过，维生素B12的特异性吸收与胃粘膜分泌的一种糖蛋白（称为内在因子）和内在因子受体有关。维生素B12只有与内在因子结合才能透过肠壁被吸收。 有人因缺乏内在因子而致维生素B12缺乏，因此，需用注射维生素B12治疗缺乏症。 恶性贫血患者的胃液中常缺乏内因子。,食物来源与吸收,九、 维生素C,维生素C能防治坏血病，又称抗坏血酸(ascorbic acid)。,O=C,HOC,HOC,HC,HOCH,CH2OH,O,O,-2H,+2H,L-抗坏血酸还原型,脱氢抗坏血酸氧化型,抗坏血酸为无色晶体，熔点192，味酸，溶于水及乙醇。不耐热，易被光及空气氧化。,抗坏血酸可还原2，6-二氯靛酚使之褪色，亦可与2，4-二硝基苯肼结合成有色的腙，依此可进行定性或定量测定。,Vc功能：,作为氢载体，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态；(2) 还原高铁血红蛋白为血红蛋白，恢复其运氧能力； (3)促进肠道内铁的吸收；(4)保护维生素A、E及B免受氧化,坏血病创伤不易愈合；骨骼、牙齿易折断或脱落；毛细血管通透性增大，皮下、粘膜、肌肉易出血。,3.抗病毒作用刺激免疫系统，提高机体免疫力,2.作为羟基化酶的辅酶，参与体内多种羟 化反应促进胶原蛋白的合成（胶原是结缔组织、骨及毛细血管等的重要组成部分）； 参与胆固醇、芳香族氨基酸代谢,缺乏症：,食物来源：广泛存在于新鲜蔬菜和水果中。人体不能自己合成，必须由食物中摄取。,十、 维生素A,维生素A只存在于动物性食物中，包括A1 和 A2两种。A1即视黄醇，主要存在于哺乳动物及咸水鱼的肝脏；A2即3-脱氢视黄醇，主要存在于淡水鱼肝脏。在高等植物和动物中普遍存在的-胡萝卜素可转变为维生素A。,3-脱氢视黄醇,3,4,-胡萝卜素（维生素A原）,视黄醇(VA1),视黄醛(全反型),维生素A在视觉过程中的变化,生理功能 1）构成视紫红质，与暗视觉的形成有关 2）维持上皮组织结构健全与完整 3）促进生长发育，增强机体免疫力,维生素A1一般为黄色粘性油体, 不溶于水 , 而溶于油脂和乙醇, 易氧化, 在无氧条件下, 相当耐热, 易被紫外光所破坏。,视觉细胞,视杆细胞弱光下视觉（暗）,视椎细胞强光及色视觉（明）,眼球,视网膜,视杆细胞,视杆细胞扫描电镜图,视锥细胞,视杆细胞的视循环,全反视黄醛,全反视黄醇（VA）,11-顺视黄醇,11-顺视黄醛,视蛋白,视神经冲动,缺乏症：,2. 影响人的正常生长发育，上皮组织结构改变，干燥，呈角质化，抵抗病菌能力下降，易感染疾病。有的患者因肠胃黏膜表皮受损而引起腹泻。长期缺乏维生素A会导致泪腺分泌障碍产生干眼病（眼结膜炎）。,1.视紫红质不足，对暗光适应能力减弱，发生夜盲症。,维生素A主要来自动物性食品，以肝脏、乳制品及蛋黄中含量最多。维生素A原主要来自植物性食品，以胡萝卜、绿叶蔬菜及玉米等含量较多。 维生素A较易被正常肠道吸收，但不直接随尿排泄，因而摄取过量是有害的。,食物来源：,十一、 维生素D,维生素D具有抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维生素。已确知有4种，即维生素D2、D3、D4、D5，均为类固醇衍生物，其中D2和D3较为重要。,只在动物体内含有维生素D，鱼肝油中含量最丰富。动、植物组织中含有能转化为维生素D的固醇类物质，经紫外光照射可转变为维生素D。,维生素D为无色晶体，不溶于水而溶于油脂及脂溶剂，相当稳定，不易被酸、碱或氧化破坏。,维生素D,维生素D2； *为(CH2)3时是维生素D3,维生素D在生物体内的活性形式是1,25-二羟胆钙化（甾）醇简写：1,25-(HO) 2D3 它是由维生素D3在肝脏中先被羟化为25-OH D3后, 再运至肾脏进一步被羟化为1,25-二羟维生素D3,是一个肾脏产生的激素，所以维生素D又称激素原。,功能：,调节钙、磷代谢，维持血液正常的钙、磷浓度，促进骨骼发育正常。,缺乏症：,儿童佝偻病：维生素D摄食不足，不能维持钙的平衡，骨骼发育不良，骨质软弱，膝关节发育不全，两腿形成内曲或外曲畸形。（图） 成人软骨病：产生骨骼脱钙作用；孕妇和授乳妇女的脱钙作用严重时导致骨质疏松，患者骨骼易折，牙齿易脱落。,食物来源：维生素D主要含于肝、奶及蛋黄中，而鱼肝油中含量最丰。但如摄食过量会引起中毒。早期症状：乏力、疲倦、恶心、头痛、腹泻等。较严重时引起软组织（包括血管、心肌、肺、肾、皮肤等）钙化，导致重大病患。,佝偻病,VD治疗前,VD治疗14个月后,十二、 维生素E,维生素E又称生育酚或抗不育维生素，已知有8种，其中4种（、-生育酚）较为重要，-生育酚的效价最高。动物组织的维生素E都是从食物中取得的。,-生育酚,维生素E为淡黄色无嗅无味油状物，不溶于水而溶于油脂。不易被酸、碱和热破坏，极易被氧化，易被紫外光破坏。在259nm有吸收峰。,缺乏症： 不孕症（人类未发现）,1）抗氧化作用，保护生物膜及某些酶活性 2）与动物的生育能力有关 3）促进血红素合成,功能：,食物来源：,发布广泛，主要存在于植物油中，尤以麦胚油、玉米油、花生油、大豆油、葵花籽油中含量最为丰富，豆类和蔬菜中含量也较多。 尚未发现由于VE缺乏而引起的人类不育症。临床上常用VE来治疗习惯性流产、早产等。,十三、 维生素K,维生素K是一类能促进血液凝固的萘醌衍生物，故又称凝血维生素。1929年，由年轻的丹麦科学家H. Dam最早发现。天然的维生素K有K1、K2两种，K3为人工合成品。,维生素K1,维生素K2,维生素K1为黄色油状物。维生素K2为黄色晶体。溶于油脂及有机溶剂，如乙醚、丙酮等，耐热，但易被光破坏。,主要是促进肝脏合成凝血酶原（凝血因子），调节凝血因子、的合成。,功能：,因维生素K不能通过胎盘，出生后肠道内又无细菌，不能合成维生素K，故新生婴儿易因维生素K的缺乏而出血。,缺乏维生素K，血凝时间延长。成人一般不易缺乏维生素K。有维生素K缺乏病状的人，必伴有其他生理功能不正常的情况，如胆管阻塞，或因肠道疾病妨碍维生素K的吸收。,缺乏症：,食物来源：肝、鱼、肉、苜蓿、菠菜等含量丰富，肠道细菌也可合成。 但服用大剂量维生素K对身体有害：可引起动物贫血、脾肿大和肝肾伤害；对皮肤和呼吸道有强烈刺激，有时还引起溶血。,十四、 硫辛酸,硫辛酸（lipoic acid）属于水溶性维生素，其结构是6,8-二硫辛酸，能还原为二氢硫辛酸。,功能：,硫辛酸是-酮酸氧化脱羧酶系的辅酶之一，起传递氢和转移酰基的作用。,缺乏症：人类未发现缺乏症。,食物来源：,在自然界广泛分布，肝和酵母中含量尤为丰富,提要,维生素是维持正常的生命过程所必需的一类小分子有机化合物。根据溶解性质的不同，可分为水溶性维生素和脂溶性维生素两大类。水溶性维生素包括维生素B族和维生素C；脂溶性维生素主要有维生素A、维生素D、维生素E和维生素K四种。绝大多数维生素是辅酶和辅基的组成成分，它们以辅酶的形式参与机体内的化学反应；有些维生素还具有特殊的生物学功能。本章重点讨论B族维生素与它们构成的基本结构、功能。,