生物化学 第三章维生素和微量元素

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二、维生素的命名与分类 （一）命名：维生素有三种命名系统: 一、是按其被发现的先后顺序，以拉丁字母命名，如维 生素A、B、C、D、E、K等； 二、是根据其化学结构特点命名，如视黄醇、硫胺素、 维生素B2等； 三、是根据其生理功能和治疗作用命名，如抗干眼病维 生素、抗癞皮病维生素、抗坏血酸维生素等等。 （二）分类 习惯上根据维生素的溶解性可将其分为脂溶性维生素 (lipid-soluble vitamin)和水溶性维生素(water-soluble vitamin)两大类。脂溶性维生素包括维生素A、D、E、K 四种，水溶性维生素包括B族维生素和维生素C两类。B 族维生素又包括维生素B1、B2、B6、B12、维生素PP、 泛酸、叶酸、生物素等。
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(二)生化作用及缺乏症 1、维生素D在转化为活性形式1,25-(OH)2-D3以后，可促进
肠道黏膜合成钙结合蛋白，使小肠对钙、磷的吸收增加，维 持血浆中钙、磷浓度的正常水平，有利于新骨的生成与钙化。 2、维生素D还具有促进成骨细胞形成和促进钙在骨质中沉积。 3、维生素D可能是一种免疫调节激素，可以增强单核细胞及 巨噬细胞功能。免疫细胞中存在1,25-(OH)2-D3受体，1,25(OH)2-D3可通过其特异受体进入免疫细胞，调节免疫系统的 功能。 4、缺乏维生素D的婴儿，肠道钙、磷的吸收发生障碍，使血 液中钙、磷含量下降，骨、牙不能正常发育，临床表现为手 足搐搦，严重者导致出现佝偻病。成人则发生软骨病。维生 素D可防治佝偻病、软骨病和手足搐搦症等，但在使用维生 素D时应先补充钙。大剂量久用可引起维生素D过多症，表现 为食欲下降、恶心、呕吐、血钙过高、骨破坏、异位钙化等。
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(二)生化作用及缺乏症
维生素K的主要生化作用是维持体内第Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ凝血因子的正常水平
促进凝血作用。这些凝血因子由无活性型向活性型的转变需要其前体的4～6个
谷氨酸残基(Glu)经羧化变为γ-羧基谷氨酸(Gla)残基。Gla具有很强的整合Ca2+能
助因子。
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力，因而使其转变为活性型。催化这一反应的为γ-羧化酶，维生素K为该酶的辅

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主要包括尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)和尼克酰胺腺嘌呤 二核苷酸磷酸(NADP+)，它们也是维生素PP在体内的活性型。 NAD+和NADP+的结构如下
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(二)生化作用及缺乏症 NAD+和NADP+在体内是多种不需氧脱氢酶的辅酶。 维生素PP能维持神经组织的健康，对中枢及交感神经系 统有保护作用，缺乏时表现出神经营养障碍。维生素PP缺 乏症称为癞皮病(pellagra)，主要表现是皮炎、腹泻及痴呆。 近年，临床上将尼克酸用来作为降胆固醇药。尼克酸能 抑制脂肪组织的脂肪分解，从而抑制FFA的动员，可使肝中 VLDL的合成下降，起到降胆固醇的作用。服用过量尼克酸 (2～4g/d)会引起血管扩张、脸颊潮红、痤疮及胃肠不适等 症状，长期大量服用可能对肝有损害。抗结核药物异烟肼的 结构与维生素PP十分相似，两者有拮抗作用，长期服用可 能引起维生素PP缺乏。

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四、维生素K

(一)化学本质及性质 维生素K是具有异戊烯类侧链的萘醌化合物，在自 然界中主要以K1和K2两种形式存在），其化学结构 都是2-甲基1，4-萘醌的衍生物。维生素K1存在于 绿叶蔬菜中，称为叶绿甲基萘醌 (phytylmenaquinone) 维生素K2是人体肠道细菌的代谢产物，又称多 异戊烯甲基萘醌（multiprenylmenaquinoe）。临床 上应用的为人工合成的K3和K4，为2-甲基-萘醌 （menaquinone）的含氮类似物，其活性高于维生 素K1和K2，临床上作为水溶性维生素K代用品的4亚氨基2-甲基萘醌的凝血活性比维生素K1高3～4倍。

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五、泛 酸
(一)化学本质及性质 泛酸(pantothenic acid)又称遍多酸，广泛分布于动植物组织 中，蜂皇浆中含量最高。泛酸在肠内被吸收进入人体后，经磷 酸化并获得巯基乙胺而生成4磷酸泛酰巯基乙胺。4-磷酸泛酰巯 基乙胺是辅酶A、及酰基载体蛋白(acyl carrier protein，ACP)的 组成部分，所以CoA及ACP为泛酸在体内的活性型。
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三、维生素PP
(一)化学本质及性质 维生素PP又称抗癞皮病维生素，包括尼克酸(nicotinic acid， 又称烟酸)及尼克酰胺(nicotinamide，又称烟酰胺)，两者均 属吡啶衍生物，在体内可相互转化。维生素PP广泛存在于 自然界动植物中，肝内能将色氨酸转变成维生素PP，但转 变率较低，60mg色氨酸仅能转变成1mg尼克酸，人体的维 生素PP主要从食物中摄取。维生素PP的结构如下：

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四、维生素B6
(一)化学本质及性质 维生素B6包括吡哆醇(pyridoxine)、吡哆醛(pyridoxal)及吡哆 胺(pyridoxamine)，在体内以磷酸酯的形式存在。磷酸吡哆 醛和磷酸吡哆胺可相互转变，均为活性型(图3-4)。维生素 B6广泛存在于肝、肾、肌肉、米糠、种子胚及酵母中
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第二节 脂溶性维生素
一、维生素A (一)化学本质及性质 维生素A又称抗干眼病维生素。天然的维生素A有A1
及A2两种形式，A1又称视黄醇（retinol），A2即3脱氢视黄醇。植物中含有称作维生素A原 （provitamin A）胡萝卜素（carotene），其中β-胡 萝卜素可在小肠黏膜由β-胡萝卜素加氧酶作用，加 氧断裂，生成2分子视黄醛retinal），再经还原形成 视黄醇，部分视黄醛进一步氧化形成视黄酸 （retinoic acid）。维生素A在体内的活性形式包括 视黄醇、视黄醛和视黄酸。
第三章 维生素与微量元素
一、维生素的定义 维生素(vitamin)是机体维持正常生理功能所必需，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。这类化合物天然存在于食物中，在物质代谢过程中 发挥各自特有的生理功能。但机体缺乏某种维生素时，可发生 物质代谢的障碍并出现相应的维生素缺乏症。

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(二)生化作用及缺乏症 FMN及FAD是体内氧化还原酶的辅基，如：琥珀酸
脱氢酶、黄嘌呤氧化酶及NADH脱氢酶等，主要起 递氢体的作用。 维生素B2广泛参与体内的各种氧化还原反应，能促 进糖、脂肪和蛋白质的代谢，对维持皮肤、黏膜和 视觉的正常功能均有一定作用。缺乏维生素B2时， 组织呼吸减弱，代谢强度降低，可引起口角炎、唇 炎、阴囊炎、眼睑炎等症。
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(二)生化作用及缺乏症
1. 维生素E是体内最重要的抗氧化剂，能清除生 物膜脂质过氧化所产生的自由基，保护生物膜的结 构与功能。维生素E与谷胱甘肽、维生素C、硒等 抗氧化剂协同作用，可更有效地清除自由基。 2.维生素E具有抗不育作用，俗称生育酚，动物 缺乏维生素E时其生殖器官发育受损甚至不育，但 人类尚未发现因维生素E缺乏所致的不育症。临床 上常用维生素E治疗先兆流产及习惯性流产。 3.维生素E能提高血红素合成的关键酶δ氨基-γ酮戊酸合酶(ALA)和ALA脱水酶的活性，促进血红 素合成。
酮戊二酸脱氢酶系等。当维生素B1缺乏时，代谢中间产物 α-酮酸的氧化脱羧反应发生障碍，导致神经组织氧化供能不 足，导致末梢神经炎及其他神经病变。 TPP也是磷酸戊糖途径中转酮醇酶的辅酶，维生素B1缺乏 时，使体内核苷酸的合成受到影响。 维生素B1在神经传导中起一定作用。 维生素B1和糖代谢关系密切，当维生素B1缺乏时，糖 代谢受阻，丙酮酸积累，使血、尿和脑组织中丙酮酸含量升 高，出现多发性神经炎、心力衰竭、四肢无力、肌肉萎缩、 甚至浮肿等症状，临床上称为脚气病，故维生素B1又称为 抗脚气病维生素。
第三节 水溶性维生素
一、维生素B1 (一)化学本质及性质
维生素B1又名硫胺素（thiamine）, 耐热，酸溶液中稳定， 碱性条件下加热易破坏，焦磷酸硫胺素(thiamine pyrophosphate，TPP)为其体内的活性形式，结构如下：
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Байду номын сангаас (二)生化作用及缺乏症
TPP是α-酮酸氧化脱羧酶系的辅酶，如丙酮酸脱氢酶系、α-
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二、维生素B2
(一)化学本质及性质 维生素B2又名核黄素(lactofiavin)，它的化学本质是核糖醇 和6，7-二甲基异咯嗪的缩合物。维生素B2分布很广，从食 物中被吸收后在小肠黏膜转变成黄素单核苷酸(flavin mononucleotide，FMN)，在体细胞内还可进一步在焦磷酸 化酶的催化下生成黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide，FAD)，FMN及FAD为其活性型，结构如下：
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二、维生素D
(一)化学本质及性质 维生素D又称为抗佝偻病维生素，是类固醇衍生物，
含有环戊多氢菲结构。维生素D由维生素D原转变来，在 植物和动物中都存在，现已知的主要有D2、D3、D4、 D5四种，其中活性较强的为维生素D2（麦角钙化醇， ergocalciferol）和维生素D3（胆钙化醇， cholecalciferol 体内胆固醇变为7-脱氢胆固醇，储存在皮下，在紫 外线作用下再转变成维生素D3，是人体内维生素D的主 要来源，因而称7-脱氢胆固醇为维生素D原。在酵母和 植物油中有不能被人吸收的麦角固醇，在紫外线照射下 可转变为能被人吸收的维生素D2（图3-2）。食物中的 维生素D在小肠被吸收后被运输至肝，在25-羟化酶催化 下成为25-(OH)-D3。25-(OH)-D3经肾小管上皮细胞线粒 体内lα-羟化酶的作用生成D3的活性形式1,25-(OH)2-D3， 再经24-羟化酶催化转化成无活性的1,24,25-(OH)3-D3。

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(二)生化作用及缺乏症
磷酸吡哆醛是氨基酸代谢中的转氨酶及脱羧酶的辅酶， 能促进谷氨酸脱羧，增进大脑抑制性神经递质γ-氨基丁酸的 生成。临床上常用维生素B6治疗小儿惊厥及妊娠呕吐和精神 焦虑等。 磷酸吡哆醛还是血红素合成的限速酶δ-氨基γ-酮戊酸(ALA) 合酶的辅酶，维生素B6缺乏时血红素的合成受阻，造成低血 色素小细胞性贫血和血清铁增高。 磷酸吡哆醛作为糖原磷酸化酶的重要组成部分，参与糖原 分解为1-磷酸葡萄糖的过程。肌肉磷酸化酶所含的维生素B6 约占全身维生素B6的70％～80％。 人类未发现维生素B6缺乏的典型病例。异烟肼与吡哆醛 结合形成腙而从尿中排出，引起维生素B6缺乏症，故维生素 B6也可用于防治因大剂量服用异烟肼导致的中枢神经兴奋、 周围神经炎和小细胞低色素性贫血等。
红质。在暗处受弱光刺激，视紫红质中的11-顺视黄醛发生光异构，
时，会发生“夜盲症”。
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2.参与糖蛋白的合成 视黄酸在体内转变生成的视黄 醇磷酸（retinyl phosphate）是寡糖穿越膜脂双层的载 体，可促进膜蛋白的糖链的延伸和糖脂的形成。如糖 蛋白分泌减少，引起上皮组织干燥、增生和角化等， 以致角膜、结合膜干燥产生干眼病xerophthalmia）， 所以维生素A又称为抗干眼病维生素。 3. 其他作用 维生素A和β-胡萝卜素是有效的抗氧化 剂，能直接消灭自由基，有助于控制细胞膜和富含脂 质组织的脂质过氧化，故能防止自由基蓄积引起的肿 瘤和多种疾病的发生。
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(二)生化作用及缺乏症 1. 构成视觉细胞感光物质 在视觉细胞内，视黄醇被异构成11顺视黄醇，并进而氧化为11-顺视黄醛，其作为光敏感视蛋白 （opsin）的辅基与之结合生成各种视色素。在感受强光的锥状细
胞内有视红质、视青质及视蓝质，杆状细胞内有感受暗光的视紫
转变成全反式视黄醛，并与视蛋白分离而失色。在维生素A缺乏
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三、维生素E

(一)化学本质及性质 维生素E属酚类化合物，是苯骈二氢吡喃的衍 生物，主要分为生育酚（tocopherol）及生育 三烯酚（tocotrienol）两大类。每类又可根据 甲基的数目、位置不同分为α、β、γ和δ四种。 自然界中以α-生育酚生理活性最高，若以它 为基准，β及γ-生育酚和α-生育三烯酚的生理 活性分别为40、8及20，其余活性甚微。但 就抗氧化作用而论，δ-生育酚作用最强，α生育酚作用最弱。生育酚和生育三烯酚的结 构如下：