生物化学第四章维生素与辅酶.ppt

第四章 维生素与辅酶 周口师范学院生命科学系(2008.10),主要内容,维生素（vitamin）是是参与生物生长发育和代谢所必需的一类微量有机物质。这类物质由于体内不能合成或者合成量不足，所以必需由食物供给。已知绝大多数维生素作为酶的辅酶或辅基的组成成分，在物质代谢中起重要作用。机体缺乏维生素时，物质vitamin生障碍，引起维生素缺乏症,第一节维生素的发现和分类（概述）第二节水溶性维生素第三节脂溶性维生素,维生素（vitamin）是机体维持正常功能所必需，但在体内不能合成或合成量很少，必须由食物供给的一组低分子量有机物质,属外源性物质。,维生素的功能通常是作为酶的辅助因子（辅酶与辅基）。因此，它对动物体正常生长与健康是必需的。长期缺乏某种维生素，会导致维生素缺乏症。,第一节维生素的发现和分类（概述）,在古代曾有过维生素缺乏症的详细记载。唐代名医孙思邈用猪肝治疗雀目（维生素A缺乏症）。他还曾用麦麸熬粥来防治脚气病（维生素B1缺乏症）,19世纪初，欧洲一些研究者认为，人体只需要蛋白质、糖类、脂类、矿物质、水五种营养素，但在航海和探险的传记中早已记载了许多坏血病的病例,这些病人并不能用当时已知的五种营养素来治疗。,1906年，英国的发现大鼠喂饲纯化饲料(包括蛋白质、脂肪、糖类和矿质)和水，不能存活；添加微量牛奶就能正常生长。牛奶中存在的营养辅助因素也就是维生素。,1911年，波兰学者Funk首先从米糠中提取出抗脚气病物质，并证明该物质属于胺类，是维持生命所必需的，因此称之为生命胺(vita-amino)。此后，学者们陆续在天然食物中发现了20多种为动物或微生物所必需的维生素，并证明它们在化学结构上大多数与胺不同，故改名vitamin。,现在，人们已能合成许多种维生素，这对防治疾病、增进健康具有重大意义。各种维生素在物质代谢中的作用逐渐清楚。,命名：采用习惯法,用拉丁字母A、B、C、D来命名，但这些字母不表示发现该种维生素的历史次序(维生素A除外)，也不说明相邻维生素之间存在什么关系。,根据化学结构和生理功能命名，如：,分 类,维生素的种类繁多，化学结构差异很大，通常接溶解性质将其分为水溶性维生素（water-soluble vitamins）和脂溶性维生素（lipid-soluble vitamins）两大类。,维生素,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,食物构成及膳食调配不合理或严重偏食使某些维生素供给不足；对食物的储存、加工及烹调方法不当造成维生素的大量破坏和丢失。淘米过度、煮稀饭加碱、面粉加工过细，可使维生素BI大量丢失破坏；油炸面食中的维生素也多被破坏；新鲜食物储存过久，维生素C可被破坏；蔬菜先切、后洗、再炒或加碱，其中的维生素C几乎全部丢失。,维生素缺乏的原因1.维生素的摄入量不足,2.维生素的吸收障碍,3.需要量增加,4.食物以外的维生素供给不足,多见于消化道疾病患者。如脂类消化吸收的障碍可严重降低脂溶性维生素的吸收。,机体在某些生理或病理情况下对维生素的需要量特别的增多，若不及时补充则引起维生素相对不足。如生长发育期的儿童、孕妇、乳母、重体力劳动者或传染病患者。,如长期服用抗生素可使肠道正常菌丛生长受到抑制，从而影响其合成某些维生素，如维生素K、B6、叶酸、PP等；日光照射不足，则常可使皮肤内维生素D的生成不足，从而引起小儿佝偻病或成人软骨病。,（1）维生素B1：又名抗脚气病维生素或硫胺素。（2）维生素B2：又名核黄素。（3）维生素PP：又名抗癞皮病维生素，即尼克酸和 尼克酰胺(烟酸和烟酰胺，B5)。（4）维生素B6：又名抗皮炎维生素，即吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。（5）泛酸：又名遍多酸,B3。（6）生物素,B7。（7）叶酸,B11。（8）维生素B12：又名抗恶性贫血维生素或钴胺素。（9）维生素C：又名抗坏血酸。,第二节水溶性维生素,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,一 维生素B1与羧化辅酶,主要功能：,1.以辅酶方式参加糖的分解代谢。TPP是脱羧酶、脱氢酶的辅酶。功能部位在噻唑环的C2上。,2.促进年幼动物的发育。维生素B1促进肠胃蠕动，增加消化液的分泌，因而能促进食欲。,3.保护神经系统。促进糖代谢，为神经活动提供能量。,缺乏症：,1.脚气病,(中枢)神经衰弱食欲减退（肠胃患糖代谢失常）,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。,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皮层中。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。,性质和来源,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,FMN，flavin mononucleotide,FAD，flavin adenine dinucleotide,VB2+ATP FMN+ADP FMN+ATP FAD+PPi,维生素B2的生理功能是作为递氢辅酶，参与生物氧化作用。功能部位在异咯嗪环上的N1、N10,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。,膳食中长期缺乏维生素B2，眼角膜和口角血管增生，引起白内障、眼角膜炎、舌炎和阴囊炎等。,三 泛酸（维生素B3）和辅酶A,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。,泛酸的生物功能是以CoA形式参加代谢，是酰基的载体，是体内酰化酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的乙酰基转移有重要作用。功能部位-SH,成人每天需要量为510mg，一般膳食的泛酸含量丰富。大白鼠缺乏泛酸，毛发边灰白，并自行脱落，毛与皮的色素形成可能与泛酸有关。,四 维生素PP和辅酶、辅酶,维生素PP过去称抗赖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。,尼克酸（nicotinic acid）,尼克酰胺（nicotinamide）,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）辅酶,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamideadeninedinucleotidephosphate，NADP+）辅酶,Nicotinic acid+PRPP+ATPNAD+,NAD+ATP NADP+PPi,尼克酸及尼克酰胺为无色晶体,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。功能部位在C4,+2H,1,4,-2H,+H+,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.促进微生物生长。,4.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，又叫赖皮病(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（色氨酸）可转变为尼克酰胺，以玉米为主食易患缺乏症（玉米中Trp贫乏）。,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,功能：,作为辅酶参加多种代谢反应，包括脱羧、转氨、氨基酸内消旋、Trp代谢（包括Trp nicotinamide）、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基酸的代谢和氨基酸的脱水等。,缺乏症：导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害。酵母、肝、蛋黄、肉、鱼、谷物，同时肠道细菌可合成。,六 生物素,生物素（维生素B7或H）为含硫维生素，其结构可视为由尿素与硫戊烷环结合而成，并有一个C5酸枝链。,尿素部分,硫戊烷环部分,(CH2)4COOH,C5酸根部分,生物素（bioton）,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。,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。,叶酸的5、6、7、8位置，在NADPH2存在下，可被还原成四氢叶酸（FH4或THFA）。四氢叶酸的N5 和N10位可与多种一碳单位结合作为它们的载体。,功能：THFA是转一碳基团酶系的辅酶。功能部位N5 和N10。主要的生理功能：参与嘌呤环的合成Gly Ser,缺乏症：叶酸缺乏时，红细胞的发育受到影响，造成巨红细胞性贫血症。,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(cyanocobalamine)。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。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。,在自然界中只有微生物能合成维生素B12。,维生素B12是含三价钴的多环系化合物，其经验式为C63H88O14N14RCo。其结构式经多次修正，至1963年确定。1973年完成人工合成。,维生素B12（氰钴胺素cyanocobalamin）,结构,B12的咕啉核心,氰钴胺素cyanocobalamin,功能：,促进某些化合物的异构作用。促进甲基转移作用。维持SH的还原型状态。促进核酸和蛋白质的生物合成。维持造血机构的正常运转。促进上皮组织细胞的新生。,维生素B12的吸收需要一种胃壁细胞分泌的糖蛋白（称为内因子），两者结合后才能被小肠吸收。恶性贫血患者的胃液中常缺乏内因子，须注射维生素B12治疗。,缺乏症：,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，不能正常产生红血细胞，导致恶性贫血。,九 维生素C,维生素C能防治坏血病，又称抗坏血(ascorbic acid),-2H,+2H,还原型,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，定性或定量测定。,功能,（1）参与体内的氧化一还原反应,（2）维生素C是羟化酶的辅酶，参与体内的多种羟化作用。如促进胶原蛋白和粘多糖的合成，维持细胞间质的完 整，促进伤口愈合。缺乏维生素C引起毛细血管出血，造成坏血病。,（3）在某些代谢中起作用,（4）解毒作用,（5）增强机体抗病力缺乏症：坏血病 毛细血管易出血和齿、骨发育不全或退化。,重要的脂溶性维生素,1.维生素A：视黄醇（retinol）2.维生素D：麦角钙化(甾)醇（ergocalciferol，即维生素D2）胆钙化(甾)醇（cholecalciferol，即维生素D3）3.维生素E：生育粉（tecopherol）4.维生素K：凝血维生素,第三节脂溶性维生素,第三节脂溶性维生素一 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。,视黄醇,3-脱氢视黄醇,视黄醇,视黄醛,3、功能,（1）维持上皮组织的正常结构和功能,（2）维持正常视觉（明视觉和暗视党）,视紫红质中的视黄醛是11-顺视黄醛。,11-cis-Retinal,11-顺视黄醛与视蛋白以schiff base结合,视蛋白,Schiff 碱,视紫红质,视循环,视循环,缺乏症：,1.上皮组织结构改变，呈角质化。皮肤干燥，成磷状。呼吸道表皮组织改变，易受病菌侵袭。在儿童还偶有因缺乏维生素A引起眼角膜和结膜变质，牙釉和骨质发育不全。成人、小孩长期缺乏维生素A都会导致泪腺分泌障碍产生干眼病（眼结膜炎）。动物缺乏维生素A，生殖和泌乳也不正常，易发生流产和缺奶。,视紫红质不足，对暗光适应能力减弱，发生夜盲症。引起代谢失调，如某些器官的DNA含量减少，粘多糖（硫酸软骨素）的生物合成也受阻碍。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。,二 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。目前尚不能用人工方法合成，只能用紫外光照射维生素D元的方法来制造。,结 构,维生素D和D原都是类固醇化合物，其母核为环戊烷多氢菲。,维生素D的通式,食物,25-羟胆钙化醇,1,25-二羟胆钙化醇,胆钙化醇（维生素D3）,肝,羟化,肾,羟化,功 能,（1）维生素D的主要功能是调节钙、磷代谢，可促使小肠 吸收钙，使血钙浓度增加，也可促使小肠吸收磷，使 血磷浓度升高。,（2）有助于血液凝固,（3）降低神经兴奋的作用,缺乏症：,维生素D摄食不足，不能维持钙的平衡，儿童骨骼发育不良，产生佝偻病。患者骨质软弱，膝关节发育不全，两腿形成内曲或外曲畸形。成人则产生骨骼脱钙作用；孕妇和授乳妇人的脱钙作用严重时导致骨质疏松症，患者骨骼易折，牙齿易脱落。,机体只能从胆汁排出过多的维生素D，维生素D如摄食过量则会中毒。早期症状为：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）的钙化，导致重大病患。,三 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,主要来源于植物油中。,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，无氧条件下热至200也稳定。极易被氧化。易被紫外光破坏。在259nm有吸收峰。,结构,6-羟苯骈二氢吡喃衍生物,缺乏症：生殖系统的上皮细胞毁坏，雄性睾丸退化，不产生精子，雌性流产或胎儿被溶化吸收。2.肌肉（包括心肌）萎缩，形态改变，代谢反常。3.血胆固醇水平增高，红细胞破坏，发生贫血。,四 维生素K,维生素K是一类能促进血液凝固的萘醌衍生物。1929年，H.Dam发现。有K1、K2、K3、K4四种，K1、K2为天然产物，K3和K4为人工合成品。,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。,维生素K的主要作用是促进血液凝固，因维生素K是促进肝脏合成凝血酶原的重要因素。,结 构,功 能,促进血液凝固，所以维生素K也称凝血维生素。,Vit K,vitK的作用是促使肝脏合成凝血酶原,另外，其它凝血因子7、9、10的合成也依赖于vitK,3.缺乏症：动物缺乏维生素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。,新生婴儿肠内无菌，不能合成维生素K，身体本身又无贮存，故易因维生素K的缺乏而出血，应当在出生前增加母体的维生素K含量。,大剂量维生素K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。,