第六章维生素.
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第六章维生素
第一节概论
第二节脂溶性维生素
第三节水溶性维生素
第四节作为辅酶的金属离子
第一节概论
一、维生素的概念:
维生素是维持生物正常生命过程所必需的一类有机物质,需
要量很少,但对维持健康十分重要。
二、维生素的发现
人们对维生素的认识来源于医学和科学实践。
1、唐代医学家,孙思邈,动物肝治夜盲症,谷皮汤治脚气病。
2、1886,荷兰医生,艾克曼,米壳,保护因素——神经类。
研究亚洲流行脚气病,企图找到引起该病细菌,未成功。
1890,他实验鸡群中爆发了多发性神经炎,表现与脚气病相
似。
1897,他证明该病是由于白米喂养而引起的,将丢弃的米糠
放回饲料可治愈。
3、英国霍普金斯,正常膳食除蛋白,脂类,糖类,还有必须的食物辅助因素。
4、英国化学家门德尔和奥斯本发现,脂溶性维生素A,水溶性维生素B。
三、维生素的分类
维生素都是小分子有机化合物,它们在化学结构上无共同性。
有脂肪族,芳香族,脂环族,杂环和甾类化合物等。
通常根据溶解度,可分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大
类。
前者溶于脂肪,有A、D、E、K。
后者有B、C两小类。
第二节脂溶性维生素
一、维生素A族:包括A1和A2两种。
(一)来源:动物性食物中,鱼肝油中含量最多。
维生素A1:存在于咸水鱼的肝脏;
奶类、蛋类和肉类亦含有维生素A1。
维生素A2 :存在于淡水鱼的肝脏。
动物性食物还含有维生素A原,即-胡萝卜素。
植物性食物,不含维生素A,仅含-胡萝卜素。
一切有色蔬菜都含有-胡萝卜素。
-胡萝卜素在动物肠粘膜内可转化为维生素A。
(二)、结构:
维生素A1和A2皆为含—白芷酮环的不饱和一元醇。
维生素A原(-胡萝卜素):-胡萝卜素含有两个白芷酮环
和一个C18不饱和链。
1分子-胡萝卜素在人体经一种氧化酶和脱氢酶的相继作用
可变成2分子维生素A。
(三)功能:
1、维生素A与上皮组织结构的关系:
能促进上皮细胞的再生,有加速伤口愈合和促进骨骼和牙釉
形成的作用。
2、维生素A与正常视觉的关系:
缺乏维生素A可引起夜盲症
二、维生素D族:
(一)来源:植物体内不含维生素D,动物体内才含有,鱼肝油含量丰富;蛋黄、牛奶、肝、肾、脑、皮肤组织都含有
维生素D。
动植物组织含有可转化为维生素的固醇类物质称维生素D 原,经紫外光照射可转化为维生素D。
用紫外光照射维生素D原制造维生素D,波长与照射时限必须适度,则会产生毒固醇与过感光固醇。
这些物质不但没有的生理功能,反而对人体有害。
(二)结构:
固醇类(甾类),环戊烷多氢菲衍生物(核心结构)
甾醇衍生物。
(三)功能
与钙、磷代谢有关,维持血液钙、磷浓度正常,从而促进钙
化,使牙齿、骨骼正常发育。
维生素D促进钙质吸收的作用,进而促进钙化。
血浆中磷酸离子及钙离子浓度的乘积超过溶解度积数时,即
产生磷酸钙沉积的钙化现象。
维生素D促进钙质吸收作用机制:
钙质同小肠黏膜细胞的钙结合蛋白结合,通过小肠黏膜细胞
被转运到血液,维生素D能通过对RNA的影响诱导钙结合蛋白的合成,故能促进钙的吸收。
血浆中的钙离子还有促进血液凝固及维持神经肌肉正常敏感
性的作用。
缺乏钙质的人和动物血液不能凝固,神经易受刺
激。
V D能保持血钙的正常含量,间接有保护神经系统和防止
失血的功能。
三、维生素E(生育酚)
(一)来源:来源甚广,尤其是麦胚油、玉米油、花生油及棉
子油含量较多。
此外,蛋黄、牛奶、水果、莴苣叶等都含有。
植物的绿叶组织能合成V E;
动物不能合成V E,动物组织中的V E是从食物中取得的。
(二)结构:
苯骈二氢吡喃的衍生物。
(三)功能
(1)有效的抗氧剂:保护生物膜的结构和功能,清除自由基。
维生素E极易氧化而保护其它物质不被氧化。
是动物和人体中最有效的抗氧剂。
它能对抗生物膜磷脂中不饱和脂肪酸的过
氧化反应,因而避免脂质中过氧化物的产生,保护生物膜的
结构和功能。
机体代谢不断产生自由基.OH ,O2.- (超氧离子),ROO. (过氧化物)等,维生素E捕捉自由基使苯骈吡喃环上酚基失去
一个氢原子而形成生育酚自由基,生育酚自由基又可进一步
与另一个自由基反应生成非自由基产物—生育醌。
(2)促进血红素合成:提高ALA合成酶
ALA脱水酶的活性
维生素E能提高血红素合成过程中关键酶δ -氨基-γ -酮戊酸(ALA)合成酶和ALA脱水酶活性,从而促进血红素的合成。
研究证明,当人体血浆维生素E水平低时,红细胞增加氧化性溶血。
若供给维生素E可以延长红细胞的寿命,这是由于维生素E具有抗氧化剂的功能,保护了红细胞膜不饱和脂肪酸免于
氧化破坏,因而防止了红细胞破裂而造成溶血。
(3)与动物生殖有关
动物缺乏维生素E其生殖器官受损而不育。
临床上常用维生素E来治疗先兆流产或习惯性流产。
四、维生素K
1、来源:
绿色植物如苜蓿和菠菜含量丰富。
人和哺乳动物肠内大肠杆
菌可以合成。
3、功能:
与血液凝固有关,促进凝血酶原合成,是催化凝血酶原上谷
氨酰羧化反应的酶的辅酶。
第三节水溶性维生素
水溶性维生素包括维生素B族,硫辛酸和维生素C。
属于维生素B族的主要有维生素B1、B2、PP、B6、泛酸、生物素、叶酸及B12等。
一、维生素B1和硫胺素焦磷酸
1、来源:
酵母中含V B1最多。
蔬菜和水果所含的V B1量很少。
酵母、某些细菌和高等植物能合成V B1。
在动物和酵母体中,V B1主要以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。
在高等植物体中都有自由V B1存在。
2、结构
含有嘧啶环和噻唑环,二者间有一 -CH2-。
由2-甲基-4-氨基嘧啶同一个噻唑衍生物(4-甲基-5-β-羟-乙基噻唑)经一个亚甲基连接而成。
3、功能
(1)以辅酶的方式参加糖的分解代谢
硫胺素的衍生物TPP涉及到糖代谢中醛和酮的合成与裂解反
应。
如TPP是脱羧酶、丙酮酸脱氢酶系和α-酮戊二酸脱氢酶系的辅酶。
(2)促进年幼动物的发育
V B1对幼小动物发育的影响较V A尤为显著,因其能促进食欲,
增加食物的摄取。
(3)V B1还有保护神经系统的作用
几种神经炎症,如缺乏V B1引起脚气病、神经炎症等。
(4) V B1可抑制胆碱酶的活性
当V B1缺乏时,该酶活性升高,乙酰胆碱水解加速,使神经传
导受到影响,造成胃肠蠕动缓慢,消化液分泌减少,食欲不
振,消化不良等消化症状。
二、维生素PP和烟酰胺辅酶
维生素 PP包括烟酸和烟酰胺,又称抗癞皮病维生素。
1、来源:
烟酸和烟酰胺的分布都很广,以酵母、肝脏、瘦肉、牛乳、
花生、黄豆等含量较多;谷类皮层及胚芽中含量亦丰富;
动物肠内有细菌可以从色氨酸合成烟酸和烟酰胺。
2、结构:烟酸及烟酰胺皆为吡啶衍生物。
烟酸为吡啶-3-羧酸,烟酰胺为烟酸的酰胺,它们结构式为:
3、功能:
(1)作为辅酶成分参加代谢:
烟酰胺是NAD及NADP的主要成分。
而NAD和NADP为脱氢酶辅酶,是生物氧化过程中不可缺少的递H体。
烟酰胺的活性形式是其辅酶形式。
烟酰胺辅酶是电子载体,NAD+NADP+氧化途径(分解代谢)中是电子受体,NAD(P)H是电子供体。
吡啶环C4位是反应中心。
依赖于NAD+NADP+脱氢酶至少催化6种类型的反应:
(2)维持神经系统组织的健康:
对中枢神经及交感神经系统有维护作用,缺乏的人和动物,常产生神经系统和精神紊乱。
(3)烟酸和烟酰胺可以促进微生物的生长(乳酸菌、白喉杆菌、痢疾杆菌等)生长。
三、维生素B2和黄素辅酶
1、来源:
酵母、肝脏、乳类、瘦肉、蛋黄、花生、糙米、全粒小麦、黄豆等含量较多,蔬菜及水果也含有。
人体不能合成V B2,植物和某些微生物能合成。
2、结构
由异咯嗪与核糖醇所组成,分子结构如下:
3、功能
(1)催化反应:作为氧化还原酶的辅酶促进代谢。
(2)代谢功能:对糖、脂和氨基酸的代谢都有重要作用。
维持皮肤,黏膜和视觉机能。
(3)促进发育:V B2为动物的发育及许多微生物生长的必需因
素。
四、维生素B3(泛酸)和辅酶A
1、来源
广泛分布于动植物组织中。
肝、肾、蛋、瘦肉、脱脂奶、糖浆、豌豆、菜花、花生、心芋等的泛酸含量都较为丰富。
肠细菌及植物能合成泛酸,哺乳类不能。
2、结构
丁酰衍生物,是β-丙氨酸与α、γ-二羟-β-二甲基丁酸结合而成的化合物。
分子结构有一肽键:
3、功能
是以CoA形式参加代谢。
CoA是酰基载体,是体内酰化酶的辅酶,对糖、脂和蛋白质代
谢过程中的乙酰基转移皆有重要作用。
酰基载体蛋白(ACP)与脂肪酸的合成密切相关。
五、维生素B6和磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺
B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺3种化合物。
1、来源:
分布较广,酵母、肝脏、肉、谷粒、鱼、蛋、豆类及花生中
含量都较多。
动物组织中以吡哆醛和吡哆胺形式存在。
植物组织多以吡哆醛形式存在。
维生素B6在体内以磷酸酯形式存在。
磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺是其活性形式,是AA代谢中多种酶的辅酶。
磷酸吡哆醛(PLP)在生理条件存在两种互变异构形式:
3、功能
(1)PLP参加催化涉及氨基酸的各种反应。
包括转氨反应、α、β脱羧作用,β、γ消除作用,消旋作用和羟醛反应。
催化作用机制:同氨基酸的α—氨基形成Schiff碱;起一种有效电子减弱,稳定反应中间物的作用。
,
(2)不饱和脂肪酸的代谢需V B6。
(3)吡哆醛磷酸还可以促进AA和K+进入细胞的速度。
六、维生素B12(氰钴胺素)及其辅酶(辅酶B12):
1、来源:
肝脏为B12的最好来源,其次为奶、肉、蛋、鱼、蚌、心、肾
等,植物不含维生素B12。
天然维生素B12是与蛋白质结合存在的,在吸收前,须经热或
蛋白水解酶分解成自由型才能被吸收。
自然界中只有微生物能合成B12,动物组织中B12部分是从食物得来,部分是肠道中的微生物合成的,例如人
和动物肠道细菌就能合成B12。
2、结构:由类似于卟啉的咕啉核和一个“核苷酸”及一个氨基异丙醇3部分组成。
结构如图:
3、功能:
(1)B12辅酶参与的反应:
A、分子内重排,
B、核苷酸还原脱氧核苷酸,
C、甲基转移
(2)V B12参与DNA的合成,对上皮组织细胞的新生,神经系
统髓磷脂的正常和红细胞的产生等都极其重要。
当缺乏V B12时,巨红细胞中DNA合成受到障碍,影响了细胞
分裂,不能分化成红细胞,易引起恶性贫血。
七、维生素B7(生物素、维生素H)
1、来源:
分布于动植物组织中,一部分游离存在,大部分同蛋白质结
合。
许多生物都能自身合成生物素,牛、羊的合成力最强,大部
分肠道中的细菌也能合成部分生物素。
2、结构:
生物素为含硫维生素,其结构可视为由尿素和噻吩环结合而
成,并有一个C5酸支链。
生物素作为辅基通过蛋白质上赖氨酸上的ε----氨基结合到酶上。
3、功能:
多种羧化酶的辅酶,作为活动载体在CO2固定反应中起着重要作用。
机制:CO2与生物素的结合,再转给适当的受体,生物素起
CO2载体的作用。
八、维生素B11(叶酸)和四氢叶酸
1、来源:
叶酸的分布较广,绿叶、肝、肾、菜花、酵母中含量较多,
其次为牛肉、麦粒。
叶酸分子是蝶啶、对氨基苯甲酸与L-谷氨酸连接而成,其结构式如下:
3、功能
(1)叶酸是除CO2以外所有氧化水平碳原子一碳单位载体,
是重要的供体和受体,主要携带甲醛、甲酸。
四氢叶酸是其
活性辅酶形式,称为辅酶F(CoF),是通过二氢叶酸还原酶连
续还原而成。
缺乏:巨红细胞性贫血。
由于叶酸与核酸合成有关,当叶酸缺乏时,DNA合成受抑制。
骨髓巨红细胞DNA合成减少,细胞分裂速度降低,细胞体积
增大,细胞核内染色质疏松。
这种红细胞在骨髓内成熟前就
破坏,称为巨红细胞贫血,临床上用叶酸治疗。
3、功能
是一种酰基载体,存在于丙酮酸脱氢酶系和α-酮戊二酸脱氢酶系,涉及糖代谢的两种多酶复合体。
硫辛酸在α-酮酸氧化作用和脱羧作用时行使偶联酰基转移
和电子转移的功能。
十、维生素C:
1、来源:
新鲜水果及蔬菜。
水果中含量最多的首推橙类,其中包括柠
檬、橘子及橙子等。
此外,番茄也很多。
蔬菜中以辣椒含量最丰富,每100g辣椒中含量可达200mg。
此外,胡萝卜、甘蓝、萝卜以及绿叶菜和嫩芽中的含量都相
当多。
野生植物中毛梨(刺梨)、槐花及醋柳含V C亦很丰富。
2、结构:己糖衍生物,烯醇式己糖酸内酯。
有L-及D-型两种异构体,只有L型有功效,还原型和氧化型都有功效。
3、功能:
1)维生素C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,起解毒作用。
如
可消除过氧化物对细胞膜的损伤。
可对重金属起解毒作用。
②与红细胞的氧化还原过程有密切关系
红细胞中Vc可直接还原高铁血红蛋白成为血红蛋白,恢复其
运氧能力。
③能促进肠道内铁的吸收
因为Vc能使难以吸收三价铁还原成二价铁,还能使血浆中的
运铁蛋白中的三价铁还原成肝脏铁蛋白的二价铁。
④保护维生素A、B、E免受氧化,促进叶酸转变成有生理活性的四氢叶酸。
2)参与体内的各种羟化反应
①促进胶原蛋白的生成:
胶原蛋白合成时,多肽链中脯氨酸赖氨酸残基需在羟
化酶的作用下成为羟脯氨酸和羟赖氨酸。
V C是羟化酶维持活性所必需的辅因子之一。
②V C在糖代谢、脂代谢、胆固醇等的代谢过程中也起着重要作用。
eg:缺乏V C可能影响胆固醇羟基化,使其不能变成胆酸排出体外。
③V C参与芳香族氨基酸的代谢。
L—酪氨酸酶—依赖V C尿黑酸
(3)维生素C的其它功能:
①防止贫血和若干转运金属离子的毒性
②可以改善变态反应
③刺激免疫系统。
第四节、作为辅酶的金属离子
(一)概论:
大量元素:钙、镁、钠、钾、磷、硫和氯,
一种以上的功能。
微量元素:铁、硅、铜、锌、硒、锡、镍、铬、钒、氟、锰、砷、钴、碘、钼,
起辅因子和辅酶的作用。
金属离子通过使底物直接结合到活性部位或间接的使酶的结
构保持在适合于结合的特殊构象下来维持催化活性。
(二)金属酶类和金属激活酶类
金属酶类:酶与金属结合紧密加入游离的金属离子活性不增
加
金属激活酶类:金属处于酶表面的结合基团平衡中,酶位点、受体结合的金属和底物之间的比例是1:1:1。
特点:酶纯化时金属离子易失去,加入金属离子酶才有活性。
(三)含铁的酶类
1、含血红素辅基的酶:如细胞色素氧化酶、过氧化物酶,通
过价键的变化传递电子。
2、铁硫酶,没有血红素辅基,如铁氧还蛋白(叶绿体)、铁
-硫酶(线粒体)
(四)含铜的酶类
该酶类属于羟化酶类和氧化酶类
(五)含锌的酶类
六大类酶中都有锌,锌没有氧化还原能力,常存在于酶的活
性部位,在酶和底物之间起桥梁作用。
(六)其它的金属酶类
1、与锰结合的酶类:精氨酸酶、鸡肝丙酮酸脱羧酶等。
2、与钼和钒结合的酶类:黄嘌呤氧化酶,
3、其它:硒,谷胱甘肽氧化酶。