维生素讲义

1 第三 章 维生素 掌握：水溶性维生素的名称和辅酶形式；熟悉：维生素的概念、分类。了解：维生素的功能和缺乏症；B族维生素作为辅酶的功能。 重点内容：B族维生素作为辅酶的功能。 难点内容：B族维生素作为辅酶的功能。 维生素(vitamins)是动物维持正常功能所必需的一组有机化合物,需要量极小,但动物本身不能合成或合成量不足,必须从食物中获得，是人体必需的一类微量营养素。目前已知为人体所必需的维生素有13种，根据溶解度不同分脂溶性和水溶性两类。脂溶性维生素有维生素A、维生素D、维生素E、维生素K。水溶性维生素有硫胺素（B1）、核黄素（B2）、尼克酸（B3）、遍多酸（B5）、生物素、叶酸（M）、钴胺素（B12）和维生素C。

第一节 脂溶性维生素 脂溶性维生素（fat-soluble vitamins）A、D、E、K均是异戊二烯或异戊烯的衍生物。它们均可在体内如肝、脂肪组织中贮存，因此只有长期摄入不足才会发生缺乏症。食物中的脂溶性维生素必须和脂类一起吸收，因此影响脂类消化吸收的因素（如胆汁酸缺乏，长期腹泻等）均可造成脂溶性维生素吸收减少，甚至引起缺乏症。维生素A和维生素D摄入过量可发生中毒。 一、维生素A 维生素A包括维生素A1（视黄醇retinol）和维生素A2（3-脱氢视黄醇，3-dehydroretinol），两者均为20C含白芷酮环的多烯烃一元醇。A1和A2的差别仅后者在3位多一个双键。 胡萝卜素在肠道氧化成二分子视黄醛及其与视黄醇、视黄酸的互变。 （一）维生素A与视觉 人视网膜有二类细胞，光受体细胞（photoreceptor cells）和视黄醛色素上皮细胞（retinal pigment epithelium cells）。光受体细胞因形态不同分为杆状细胞和园锥细胞两类，这两类细胞产生视觉的蛋白分子均以11-顺视黄醛作为辅基，但两类细胞的视蛋白（opsin）各不相同。在杆状细胞11-顺视黄醛与视蛋白的296位赖氨酸残基的ε-氨基生成Schiff氏碱成为视紫红质rhodopsin）,此时Schiff氏碱的N原子被质子化，视紫红质的最大吸收光谱在500nm,相当于眼睛在暗光最低视阈的波长，故视紫红质是暗视觉的基础。园椎细胞11-顺视黄醛与三种不同的视蛋白各自生成视红质（porphyropsin），视青质（iodopsin）和视紫质（cyanopsin）,它们的光吸收最大值分别为560nm，530nm和426nm,相当于红色、绿色和蓝色的光吸收区，因此园锥细胞是感受亮光和产生色觉的细胞。 2

（二）维生素A的激素作用 维生素A中的视黄酸是一种激素,它们的靶细胞（如眼结膜 角膜 视网膜的上皮细胞，皮肤上皮细胞）核内存在视黄酸受体（retinoic acid receptor RAR），视黄酸与受体蛋白结合能激活特异基因的转录表达，从而对这些细胞的分化成熟起重要作用。 （三）其它 视黄醇是保持健康的上皮组织所必需，其作用可能是参与糖蛋白的合成有关，大多数含甘露糖的糖蛋白合成时，均以磷酸视黄酯（retinyl phosphate）接受耒自UDP-甘露糖的甘露糖基去参与合成糖蛋白。上皮组织、尤其粘膜细胞缺乏糖蛋白就会角化、干枯，这在眼、呼吸、消化、泌尿生殖道更为明显，维生素A缺乏导致干眼病就是例证。 β-胡萝卜素是一类脂溶性抗氧化因子，它在清除组织中氧自由基起重要的作用，故对肿瘤和心血管疾病的发生有预防的作用。 现已发现长期进食过量的维生素A会引起中毒，可发生骨疼痛，胃痛，多鳞性皮炎，肝脾肿大，恶心、腹泻等。所以在服用大量维生素A制剂用作治疗时更须注意。 二、维生素D 维生素D有多种，以维生素D2（麦角钙化醇 ergocalciferol）及维生素D3（胆钙化醇 cholecalciferol）为最重要，两者的结构十分类似， D2在侧链上比 D3多一个甲基和一个双键，酵母的麦角固醇和人、脊椎动物皮肤的7-脱氢胆固醇经紫外光照射下，使两者的B环破裂和双健移位分别生成维生素D2和D3（图5-4）。两者有相同的生物学功能 ，但D3的生理活性强于D2，故只要经常有日光照射，人体一般不会发生维生素D缺乏症。小儿和老人的需要量增高，还可从乳品和鱼肝油补充。 维生素D缺乏会导致钙、磷代谢失常，影响骨质形成，在儿童导致佝偻病，成人导致骨软化病。服用正常需要量的10~100倍的维生素D亦可造成中毒，使血钙升高，异位钙化，尿钙过多，易形成肾结石。 三、维生素E 维生素E又称生育酚（tocopherol）。其化学结构为异戊二烯的6-羟基杂满（苯并二氢吡喃）的衍生物。天然存在的维生素E有七种，其中生物活性最强的是α-生育酚（图5-5） 富含维生素E的天然食物有蔬菜、坚果、各种油料种子及植物油等，以麦胚油中含量最多。 维生素E的生理功能主要在两方面，一与动物生育有关，缺乏维生素E雄鼠睾丸退化，不能生成精子，雌鼠胚胎及胎盘萎缩，引起不育和流产。二是维生素E具抗氧化作用，它是一类人体内重要的过氧化自由基的清除剂，在保护生物膜磷脂和血浆脂蛋白中的多不饱和脂肪酸免遭氧自由基破坏中起重要作用。在缺乏维生素E时，过氧化自由基（ROO）可与多不饱和脂肪酸(RH)反应，生成有机过氧化物（ROOH）与新的有机自由基（R·）。R·经氧化又生成新的过氧化自由基，于是形成一条过氧化自由基生成的锁链，使自由基的损伤作用进一步放大。 3

四、维生素K 维生素K是具有异戊烯类侧链的荼醌化合物，自然界存在维生素K1和K2两种，其化学结构见图5-6。K3为人工合成的化合物，可作为K1和K2的代用品。由于绿叶蔬菜含有丰富的维生素 K1，肠道细菌能合成提供部分维生素K2，故通常情况下人体不会出现缺乏症。 第二节 水溶性维生素 水溶性维生素（water soluble vitamins）包括B族维生素和维生素C。B族维生素有B1、B2、B3、B5、B6、生物素、叶酸、B12及硫辛酸。和脂溶性维生素不同，水溶性维生素在体内均不能存贮，多余的即从尿排出，因此需经常从食物中摄取。 B族维生素的主要生理功能，是作为某些酶的辅酶或辅基的主要成分，参与体内的物质代谢。维生素C是体内重要的抗氧化剂，又是参与体内某些羟化反应的必需辅助因子。 一、维生素B1 维生素B1分子中含一个嘧啶环和噻唑环，因分子中含有硫和氨基，故又称硫胺素（thiamine）。含量丰富的食物有瘦肉，动物的肝、心及肾等内脏，豆类，干果，酵母及不过度碾磨的粮谷类。。 维生素B1在体内（如脑、肝等组织内）转变成焦磷酸硫胺素（thiaminepyrophosphateTPP），它是重要酮酸如丙酮酸、α-酮戊二酸氧化脱羧酶系的辅酶，以及磷酸戊糖途径中转酮醇作用酶的辅酶。维生素B1缺乏可引起上述酶功能障碍。典型的如丙酮酸的氧化脱羧受阻，使组织内丙酮酸堆积，导致细胞功能障碍，特别是神经传导的障碍，最终导致肌肉萎缩、心肌无力、周围神经疾患，以及中枢容易兴奋及疲劳等，即所谓干性脚气病，如果伴有水肿，则为湿性脚气病。 二、维生素B2 维生素B2是核醇与7，8二甲基异咯嗪的缩合物。因具黄色故称核黄素（riboflavin ）。乳类，蛋类及瘦肉是人体所需B2的主要食物来源。 B2是两种重要辅酶即黄素单核苷酸（flavin mononucleotide FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide FAD）的组成成分。它们作为辅基与酶蛋白紧密结合组成黄素蛋白，黄素核苷酸的异咯嗪环的1、5位N原子能可逆的还原，可以接受两个电子和两个质子并以FADH2和FMNH2表示它们的还原形式。所以FAD、FMN是电子载体，起着递电子体的作用（图5-10）。由于黄素蛋白参与一个或二个电子的转移，故在体内参与多种多样的反应。 三、烟酸（B3）和烟酰胺 烟酸（nicotinic acid）是维生素B3，而烟酰胺（nicotinamide）是维生素B3的衍生物，它们分子中均有吡啶的结构。人类从肉类、谷物及花生等食物中获得这类维生素。在体内亦可从色氨酸经代谢转变为尼克酸。故通常情况下人类不会缺乏此类维生素。当烟酸缺乏时可导致糙皮病，故烟酸又称抗糙 4

皮病因子。 烟酰胺是两种重要辅酶即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide， NAD＋）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate， NADP＋）的组成成分。 四、 维生素B6 吡哆醇（pyridoxine）是维生素B6，磷酸吡哆醛（pyridoxal phosphate ）和磷酸吡哆胺（pyridoxamine phosphate ）是由维生素B6构成的辅酶（图5-13A），它们以共价键与转氨酶的赖氨酸残基的έ氨基形成分子内Schiff-碱，生成分子内部的醛亚胺，组成转氨酶的辅基。 磷酸吡哆醛亦是氨基酸脱羧酶、犬尿酸原酶、胱硫醚酶等多种酶的辅酶。胱硫醚酶催化同型半胱氨酸分解，缺乏维生素B6时，反应受阻致使血中同型半胱氨酸含量增高，发生高同型半胱氨酸血症，后者是诱发动脉粥样硬化的重要因素。维生素B6在食物中分布广泛，肉类、蔬菜、水果、硬果类及谷类食物都有一定含量。 五、泛酸（遍多酸、维生素B5） 泛酸（pantothenic acid）是-丙氨酸藉肽键与α、γ二羟β，β二甲基丁酸缩合而成的酸性物质。由于在生物界普遍存在而得名。泛酸的生物学重要性在于它是辅酶A（coenzyme A CoA）和酰基载体蛋白（acyl carrier protein ）的组成成分。辅酶A依赖它分子中的反应性巯基（-SH）与脂酰基结合生成巯酯（thioester）,因为巯酯键具有相对高的标准自由能，故巯酯有较高的酰基转移的潜能，使它们有可能提供酰基给各种受体分子，如许多蛋白质的酰化修筛所需的酰基就由辅酶A提供的。乙酰辅酶A 是糖、脂、蛋白质分解代谢重要的中间产物，它提供的乙酰基既可参加三羧酸循环，进一步分解供能，也可作为许多生物分子合成的原料以及为体内许多需要乙酰化的反应提供乙酰基。 六、 生物素 生物素（biotin）具有噻吩与尿素相结合的骈环，并带有戊酸侧链。自然界存在α-生物素和β-生物素两种形式。动物性食物、番茄、酵母、花菜等是生物素的主要食物来源。 生物素侧链上的羧基与羧化酶蛋白分子中的赖氨酸残基中的ε-氨基以酰胺键相连接，并起羧基传递体的作用。传递的羧基结合在生物素的氮原子上，因此生物素是羧化酶的辅基。近来有人把生物素携带的羧基看作为完全氧化的一碳基团，这样生物素也属一碳基团的载体，图5-17说明生物素与羧化酶蛋白的联接方式及生物素氮原子携带羧基和丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下羧化成草酰乙酸的反应。 七、叶酸 叶酸（folic acid）由喋呤啶、对氨基苯甲酸和谷氨酸三种成分组成的分子（图5-18）。叶酸广泛存在于动植物性食物，如肝、肾、绿叶及黄叶蔬菜、酵母等含量丰富，蛋、肉类、豆类、谷类及水果中的含量也较多。