1、52第七章 维生素 第一节 概 述一、定义维生素是机体必需的多种生物小分子营养物质。1894 年荷兰人 Ejkman 用白米养鸡观察到脚气病现象，后来波兰人 Funk 从米糠中发现含氮化合物对此病颇有疗效，命名为 vitamine，意为生命必须的胺。后来发现并非所有维生素都是胺，所以去掉词尾的 e，成为Vitamin。维生素有以下特点：1.是一些结构各异的生物小分子；2.需要量很少；3.体内不能合成或合成量不足，必需直接或间接从食物中摄取；4.主要功能是参与活性物质（酶或激素）的合成，没有供能和 结构作用。水溶性维生素常作为辅酶前体，起载体作用，脂溶性维生素参与一些活性分子的构成，如 VA 构
2、成视紫红质，VD 构成调节钙磷代谢的激素。二、分类维生素的结构差异较大，一般按溶解性分 为脂溶性和水溶性两大类。脂溶性维生素 不溶于水，易溶于有机溶剂，在食物中与脂类共存，并随脂类一起吸收。不易排泄，容易在体内积存（主要在肝脏）。包括维生素 A（A1，A2）、D（D2，D3）、E（，）、K（K1，K2，K3）等。水溶性维生素 易溶于水，易吸收，能随尿排出，一般不在体内积存，容易缺乏。包括 B 族维生素和维生素 C。三、命名维生素虽然是小分子，但 结构较复 杂，一般不用化学系 统命名。早期按发现顺序及来源用字母和数字命名，如维生素 A、维生素 AB2等。同时还 根据其功能命名 为“抗维生素”，如
3、抗干眼病维生素(VA)、抗佝偻病维生素(VD)等。后来又根据其结构及功能命名，如视黄醇(VA1)、胆钙化醇(VD3)等。四、人体获取维生素的途径1.主要由食物直接提供 维生素在动植物组织中广泛存在，绝大多数维生素直接来源于食物。少量来自以下途径：2.由肠道菌合成 人体肠道菌能合成某些维生素，如 VK、VB12、吡哆醛、泛酸、生物素和叶酸等，可补充机体不足。 长期服用抗菌药物，使肠 道菌受到抑制，可引起 VK 等缺乏。3维 生素原在体内转变 能在体内直接转变成维生素的物质称为维 生素原。植物食品不含维生素 A，但含类胡萝卜素，可在小 肠壁和肝脏氧化转变成维生素 A。所以类胡萝卜素被称为维生素 A
4、 原。4.体内部分合成 储存在皮下的 7-脱氢胆固醇经紫外线照射，可 转变成 VD3。因此矿工要补照紫外线。人体 还可利用色氨酸合成尼克酰胺，所以长期以玉米 为主食的人由于色氨酸不足，容易发生糙皮病等尼克 酰胺缺乏症。五、有关疾病机体对维生素的需要量极少，一般日需要量以毫克或微克计。 维生素缺乏会引起代 谢障碍，出现维生素缺乏症。过多也会干扰正常代谢，引起 维生素过 多症。因水溶性维生素容易排出，所以维生素过多症只见于脂溶性维生素，如长期摄入过量维生素 A、D 会中毒。第二节 脂溶性维生素 一、维生素 A维生素 A 又称抗干眼醇，有 A1、A2 两种，A1 是视黄醇，A2 是 3-脱氢视黄醇，
5、活性是前者的一半。肝脏是储存维生素 A 的场所。植物中的类胡萝卜素是 VA 前体，一分子 胡萝卜素在一个氧化酶催化下加两分子水，断裂生成两分子 VA1。这个过程在小肠粘膜内进行。类胡萝卜素 还包括 、 胡萝卜素、隐黄质、番茄红素、叶黄素等，前三种加水生成一分子 VA1，后两种不生成 VA1。维生素 A 与暗视觉有关。维生素 A 在醇脱氢酶作用下转化为视黄醛， 11-顺视黄醛与视蛋白上赖氨酸氨基结合构成视紫红质， 视紫红质在光中分解成全反式视黄醛和视蛋白，在暗中再合成，形成一个视循环。维生素 A 缺乏可导致暗视觉障碍，即夜盲症。食用肝脏及绿色蔬菜可治疗。全反式 视黄醛 主要在肝脏中转变成 11-
6、顺视黄醛，所以中医认为“ 肝与目相通”。维生素 A 的作用很多，但因缺乏维 生素 A 的动物极易感染，所以研究很困难。已知缺乏维生素 A 时类固醇激素减少，因为其前体合成时有一步羟化反应需维生素 A 参加。另外缺乏维生素 A 时表皮黏膜细胞减少，角化 细胞增加。有人认为是因为维生素 A 与细胞分裂分化有关，有人认为是因为维生素 A 与粘多糖、糖蛋白的合成有关，可作为单糖载体。 维生素 A 还与转铁蛋白合成、免疫、抗氧化等有关。维生素 A 过量摄取会引起中毒，可引 发骨痛、肝脾 肿大、恶心腹泻及鳞状皮炎等症状。大量食用北极熊肝或比目 鱼肝可引起中毒。二、维生素 D又称钙化醇，是类 固醇衍生物，含
7、环戊烷多氢菲结构。可直接摄取，也可由维生素 D 原经紫外线照射转化。植物油和酵母中的麦角固53醇转化为 D2（麦角钙化醇），动物皮下的 7-脱氢胆固醇转化为 D3（胆钙化醇）。维生素 D 与动物骨骼钙化有关。 钙 化需要足够的钙和磷，其比例 应 在 1：1 到 2：1 之间，还要有维生素 D 的存在。维生素 D3 先在肝脏羟化形成 25-羟维生素 D3，然后在肾再羟化生成 1,25-(OH)2-D3。第二次羟化受到严格调控，平 时只产生无活性的 24 位羟化产物，只有当血 钙低时 才有甲状旁腺素分泌，使 1-羟化酶有活性。 1,25-(OH)2-D3 是肾皮质分泌的一种激素，作用于肠粘膜细胞和
8、骨细胞，与受体 结合后启 动钙结合蛋白的合成，从而促 进 小肠对钙磷的吸收和骨内钙磷的动员和沉积。食物中维生素 D 含量少，同 时又缺乏紫外 线照射的人易发生骨折。肝胆疾病、肾病、或某些 药物也会抑制羟化。摄入过多也会引起中毒，发 生迁移性 钙 化， 导致肾、心、胰、子宫及滑膜粘蛋白钙化。高血钙也会导致肾结石，而骨骼却因 钙被抽走而疏松软化。三、维生素 E又称生育酚，含有一个 6-羟色环和一个 16 烷侧链，共有 8 种其色环的取代基不同。 生育酚的活性最高。存在于蔬菜、麦胚、植物油的非皂化部分，对动物的生育是必需的。缺乏 时还会发生肌肉退化。生育酚极易氧化，是良好的脂溶性抗氧化剂。可清除自由
9、基，保护不饱和脂肪酸和生物大分子，维持生物膜完好，延 缓衰老。维生素 E 很少缺乏，毒性也较低。早产儿缺乏会产生溶血性贫血，成人回导致红细胞寿命短，但不致 贫血。四、维生素 K天然维生素 K 有 K1、K2 两种，都由 2-甲基-1,4-萘醌和萜类侧链构成。人工合成的 K3 无侧链。K1 存在于绿叶蔬菜及动物肝脏中，K2 由人体肠道细菌合成。维生素 K 参与蛋白质谷氨酸残基的 -羧化。凝血因子、 、 肽链中的谷氨酸残基在翻译后加工过程中，由蛋白 羧化酶催化，成为 -羧基谷氨酸(Gla)。 这两个羧基可络合钙离子，对钙的输送和调节有重要意义。有关凝血因子与 钙结合，并通过钙与磷脂结合形成复合物，
10、发挥 凝血功能。 这些凝血因子称 为维生素 K 依赖性凝血因子。缺乏维生素 K 时常有出血倾向。新生儿、长期服用抗生素或吸收障碍可引起缺乏。第三节 水溶性维生素 一、硫胺素(VB1)由一个取代的噻唑环和一个取代的嘧啶环组成，因噻唑环含硫， 嘧啶环 有氨基取代而得名。他就是 Funk 发现的 vitamine。硫胺素与 ATP 反应，生成其活性形式：硫胺素焦磷酸(TPP)，即脱 羧辅酶。其分子中氮和硫之间的碳原子性质活泼，易脱氢。生成的 负碳离子有亲核催化作用。 羧化辅酶 作为酰基载体，是 酮酸脱羧酶的辅基，也是转酮醇酶的辅基，在糖代谢中起重要作用。缺乏硫胺素会导致糖代谢障碍，使血液中丙 酮酸和
11、乳酸含量增多，影响神 经组织 供能，产生脚气病。主要表现为肌肉虚弱、萎 缩，小腿沉重、下肢水肿、心力衰竭等。可能是由于缺乏 TPP 而影响神经的能源与传导。硫胺素在糙米、油菜、猪肝、鱼、瘦肉中含量丰富。但生鱼中含有破坏 B1 的酶，咖啡、可可、茶等 饮料也含有破坏 B1 的因子。二、核黄素(VB2)核黄素是异咯嗪与核醇的缩合物，是黄素蛋白的 辅基。它有两种活性形式，一种是黄素单核苷酸(FMN)，一种是黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。这 里把核黄素看作核苷，即把异咯嗪看作碱基，把核醇看作核糖。异咯嗪的 N1、N10 能可逆地结合一 对氢原子，所以可作 为氧化还原 载体，构成多种黄素蛋白的辅基，在三
12、羧酸循环、氧化磷酸化、酮酸脱羧、 氧化、氨基酸脱氨、嘌呤氧化等过程中起传递氢和电子的作用。主要从食物中摄取，如谷 类、黄豆、猪肝、肉、蛋、奶等，也可由肠道细菌合成。冬季北方缺少阳光，植物合成 V-B2 也少，常出现口角炎。缺乏 V-B2 还 可引起唇炎、舌炎、贫血等。三、泛酸(VB3)也叫遍多酸，广泛存在，极少缺乏。由一分子 丙氨酸与一分子羧酸缩合而成。泛酸可构成辅酶 A，是酰基转移酶 的辅酶。也可构成 酰基载体蛋白(CAP)，是脂肪酸合成 酶复合体的成分。四、吡哆素(VB6)包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺 3 种，可互相转化。吡哆素是吡啶衍生物，活性形式是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，是 转氨酶、氨基
13、酸脱羧酶的辅酶。磷酸吡哆 醛的醛基作 为底物氨基酸的结合部位， 醛基的 邻近羟基和对位氮原子还参与催化部位的构成。在转氨反应中，磷酸吡哆醛结合氨基酸， 释放出相 应的 酮酸，转变为磷酸吡哆胺，再结合 酮酸释放氨基酸，又 变成磷酸吡哆醛。缺乏 V-B6 可引起周边神经病变及高铁红细胞贫血症。因为 5-羟色胺、-氨基丁酸、去甲 肾上腺素等神经递质的合成都需要 V-B6（氨基酸脱羧反应），而血红素前体的合成也需要 V-B6。肉、蛋、蔬菜、谷类中含量较多。新生婴儿易缺乏。五、尼克酰胺(VPP)尼克酰胺和尼克酸分别是吡啶酰胺和吡啶羧酸，都是抗糙皮病因子，又称 VPP。其活性形式有两种，尼克 酰胺腺嘌呤二
14、核苷酸(NAD)和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)。在体内先合成去酰胺 NAD，再接受谷氨酰胺提供的氨基成为 NAD，再磷酸化则成为NADP。NAD 和 NADP 是脱氢辅酶，分 别 称为辅酶和辅酶。二者利用吡啶环的 N1 和 N4 可逆携带一个电子和一个氢原子，参与氧化还54原反应。辅酶在分解代 谢中广泛接受 还原能力，最 终传给呼吸链放出能量。辅酶则只从葡萄糖及葡萄糖酸的磷酸酯获得还原能力，用于还原性合成及 羟化反应。需要尼克酰胺的酶多达百余种。人体能用色氨酸合成尼克酸，但合成率极低（60：1），而且需要 B1、B2、B6，所以仍需 摄取。抗结核药异烟肼的结构与尼克酰胺类似，两者有拮
15、抗作用，长期服用异烟肼时应 注意补充尼克酰胺。花生、豆类、肉 类和酵母中含量较高。尼克酸或烟酸肌醇有舒张血管的作用，可用于冠心病等，但可降低 cAMP 水平，使血糖及尿酸升高，有诱发糖尿病及痛风的风险。 长期使用大量尼克酸可能损害肝脏。六、生物素（biotin）由杂环与戊酸侧链构成，又称 维生素 H，缺乏可引起皮炎。在生 鸡蛋清中有抗生物素蛋白（avidin），能与生物素 紧密结合，使其失去活性。生物素侧链羧基可通过酰胺键与酶的赖氨酸残基相连。生物素是羧基载体，其 N1 可在耗能的情况下被二氧化碳羧化，再提供给受体，使之羧化。如丙酮酸羧化为草 酰乙酸、乙酰辅酶 A 羧化为丙二酰辅酶 A 等都由
16、依赖生物素的羧化酶催化。花生、蛋类、巧克力含量最高。以上六种维生素都与能量代谢有关。下面两种维生素与生血有关。七、叶酸（folic acid，FA）又称维生素 M，由蝶酸与谷氨酸构成。活性形式是四氢叶酸(FH4) ，即蝶呤环被部分还原。四氢叶酸是多种一碳单位的载体，分子中的 N5,N10 可单独结合甲基、甲酰基、亚氨甲基，共同 结合甲烯基和甲炔基。因此在 嘌呤、嘧啶、胆碱和某些氨基酸（Met 、Gly、Ser）的合成中起重要作用。缺乏叶酸则核酸合成障碍，快速分裂的细胞易受影响，可导致巨红细胞贫血（巨大而极易破碎）。叶酸容易缺乏，特别是孕妇。叶酸分布广泛，肉类中含量丰富。苯巴比妥及口服避孕 药等
17、药物干扰叶酸吸收与代谢。八、钴胺素(VB12)是一个抗恶性贫血的维生素，存在于肝脏。分子中含 钴和咕啉。咕啉类似卟啉，第六个配位可结合其他集团， 产生各种钴胺素，包括与氢结合的氢钴胺素、与甲基 结合的甲基 钴胺素、与 5-脱氧腺苷结合的辅酶 B12 等。一些依赖辅酶 B12 的酶类催化 1,2 迁移分子重排反应，即相 邻碳原子上 氢原子与某一基团的易位反应。例如在丙酸代谢中，催化甲基丙二酰辅酶 A 转变为琥珀酰辅酶 A 的变位酶就以辅酶 B12 为辅助因子。甲基钴胺素可作为甲基载体，接受甲基四氢叶酸提供的甲基，用于合成甲硫氨酸。甲硫氨酸可作为通用甲基供体，参与多种分子的甲基化反应。因为甲基四
18、氢叶酸只能通 过这个反应放出甲基，所以缺乏钴胺素时叶酸代谢障碍，积累甲基四氢叶酸。缺乏钴胺素可导致巨红细胞贫血。胃粘膜能分泌一种粘蛋白，可与 V-B12 结合，促 进吸收，称为内因子。缺乏内因子时易被肠内细菌及寄生虫夺去，造成缺乏。素食者也易缺乏。九、抗坏血酸(V-C)是烯醇式 L-古洛糖酸内 酯，有较强的酸性。容易氧化，是强力抗氧化剂，也可作 为氧化还原载体。抗坏血酸还参与氨基酸的羟化。胶原中脯氨酸和 赖氨酸的羟化都需要抗坏血酸作为酶的辅因子。缺乏抗坏血酸会影响胶原合成及 结缔组织功能，使毛 细血管脆性增高，发生坏血病。肾上腺皮质激素的合成也需要 V-C 参加羟化。V-C 可还原铁，促 进 其吸收；保护 A、E 及某些 B 族维生素免遭氧化。第四节 其他辅酶五、辅酶 Q又称泛醌，广泛存在于 线粒体中，与细胞呼吸链有关。泛醌起传递氢的作用。六、硫辛酸是酵母和一些微生物的生长因子，可以传递氢。有氧化型和 还原型。
