生物化学维生素和辅酶

生物化学（维生素和辅酶）的思维导图，主要内容有第一节概述、第二节脂溶性维生素、第三节水溶性维生素。

第六章 维生素和辅酶

• 第一节 概述
  • 维生素的特点及定义
    • 定义
      • 维生素是机体维持正常代谢的一类重要的营养元素，其化学本质均为小分子有机化合物，同时也是生命活动所必需的营养物之一
    • 特点
      • 维生素作为酶的辅酶或辅基的主要成分，在调节物质代谢、维持生理功能及促进生长发育等方面发挥着重要作用
      • 如果机体长时间缺乏维生素，物质代谢就会发生障碍
        • 由于缺乏维生素而引起的疾病称为维生素缺乏症
      • 维生素的种类很多，化学结构多样，但人体需要量少。
      • 维生素必须由食物供给
  • 维生素的命名和分类
    • 维生素的命名
      • 在维生素第一个大写字母′V'后加A,B,C,D,E等
      • 在同种维生素，在英文字母右下方注1,2,3等数字加以区别，如B₁,B₂ ,B₃,B₅,B₆,B₇,B₉,B₁₂等
    • 维生素的分类
      • 脂溶性维生素
        • 维生素A,维生素D,维生素E和维生素K等
      • 水溶性维生素
        • B族维生素【硫胺素（维生素B₁）、核黄素（维生素B₂）、泛酸(维生素B₃）、烟酰胺（维生素B₅）、吡哆醛（维生素B₆）、生物素（维生素B₇）、叶酸（维生素B₉）和钴胺素（维生素B₁₂）等和维生素C】
• 第二节 脂溶性维生素
  • 维生素A
    • 构成及性质
      • 构成
        • 维生素A又称干眼病维生素
        • 天然的维生素A是不饱和一元醇类，有两种形式
          • 维生素A₁（视黄素）
          • 维生素A₂(3－脱氢视黄醇)
      • 性质
        • 1.维生素A在体内的活性形式包括视黄醇、视黄醛（视黄醇的可逆性氧化产物）和视黄酸（视黄醇的不可逆性氧化产物）。 2.它的化学性质活泼，接触空气即可被氧化分解。 3.对紫外线敏感，多在棕色瓶内避光保存。 4.一般的烹饪方法不会破坏食物中的维生素A
    • 食品中的来源及存在形式
      • 食品中的来源
        • 富含维生素A的食物：胡萝卜，黄绿果蔬，蛋类，黄色水果，菠菜，甜薯，青椒，鱼肝油，动物肝脏，牛奶，奶制品，奶油
      • 存在形式
        • 1.β-胡萝卜素 2.脂肪酸酯
    • 生理功能及缺乏症状
      • 1.构成视觉细胞的感光物质，发挥视觉功能
        • 维生素A是构成视觉细胞中感受弱光的物质-视紫红质的组成成分，与人的正常视觉密切相关。 人体视网膜上有两种感光细胞： ①视锥细胞主要感受强光，内有视红质，视青质，视蓝质； ②杆状细胞是感受暗光与弱光的视觉细胞，其感光物质是视紫红质。 而维生素A是视紫红质的前体物质，当光线照射到视网膜上时，视紫红质即分解为视蛋白和全反视黄醛，全反视黄醛在异构酶的作用下变成11-顺视黄醛，11-顺视黄醛又与视蛋白形成视紫红质，称为一个视循环。 当维生素A缺乏时，11-顺视黄醛必然得不到足够的补充，使感受弱光的视紫红质合成减弱，对弱光敏感性降低，暗适应能力减弱，严重时导致“夜盲症”。
      • 2.维持上皮结构的完整与健全
        • 维生素A也是维持上皮组织的结构和功能所必需的物质，可影响上皮细胞的分化过程。对眼，呼吸道，消化道，泌尿及生殖系统等的上皮细胞影响最为显著。 动物缺乏维生素A，皮肤及黏膜上皮细胞会发生角化，如眼角膜干燥，皮肤角质化，呼吸道易感染等。在眼部由于泪腺上皮角化，泪液分泌受阻，以致角膜，结膜干燥，从而产生眼干燥症（干眼病）。
      • 3.增加细胞表面的上皮因子受体数目而促进生长，发育
        • 维生素A还可以调节细胞的生长与分化，其中视黄酸对基因表达和组织分化具有重要的调节作用。通过结合细胞内核受体，与DNA反应元件组合，调节某些基因的表达，从而促进生长，发育。儿童期缺乏维生素A时，会出现生长停顿，骨骼成长不良和发育受阻。
      • 4.具有一定的抗肿瘤作用
        • 肿瘤的发生多数与上皮组织的健康有关，人体上皮细胞的正常分化与视黄酸直接相关。动物实验表明摄入维生素A有抑制细胞癌变，促进肿瘤细胞凋亡等作用。
      • 5.摄入过多易引起中毒
        • 维生素A可以在体内肝脏中储存，长期摄入过多会引起慢性中毒。正常人每日维生素A生理需要量为2600~3300IU，长期过量（超过需要量的10~20倍）摄取可能引起不良反应，如头痛，恶心，腹泻，肝脾肥大等。孕妇摄取过多，容易发生胎儿畸形，应适量摄取。
  • 维生素D
    • 构成及性质
      • 维生素D又称抗佝偻病维生素，为固醇类衍生物，也被认为是一种类固醇激素。主要包括维生素D₂（麦角钙化醇）和维生素D₃（胆钙化醇）两种，而维生素D₂及维生素D₃均为无色针状结晶，易溶于脂肪和有机溶剂，除对光敏感外，化学性质一般比较稳定，不易破坏。
    • 食品中的来源及存在形式
      • 含有维生素D的食物有牛奶、鱼类、奶油、鱼油、鸡蛋、蘑菇、虾等等，这些食物中维生素D含量较高，日常可多食用。25羟维生素D是维生素D在体内的主要存在形式。
    • 生理功能及缺乏症状
      • 维生素D能促进肠道，肾脏对食物中钙和磷的吸收，还可以影响骨组织的吸收和沉积，从而维持血中钙和磷的正常浓度，促进骨和牙的钙化作用。当缺乏维生素D的时候，儿童骨骼牙齿不能正常发育，易引发佝偻病，弓形腿，关节肿大等，成人会患软骨病。另外摄入过量的维生素D也会引起急性中毒。
  • 维生素E
    • 构成及性质
      • 构成
        • 维生素E与动物生育有关，故又称为生育酚，为苯骈二氢吡喃的衍生物，属于酚类化合物。其主要成分为生育酚及生育三烯酚两大类
          • 生育酚
          • 生育三烯酚
      • 性质
        • 均为淡黄色油状物质：不溶于水，不易被酸，碱破坏
    • 食品中的来源及存在形式
      • 维生素E在自然界分布广泛，来源充足，蔬菜、谷类及动物性食品中都含有。主要在于植物中，尤其是以麦胚油、大豆油、玉米油、葵花籽油和花生油中含量最为丰富，以百治中含量最高，其次是玉米油。维生素E在体内的转运、分布都依赖于a-生育酚结合蛋白，之是由肝脏合成的，与维生素E结合后，以溶解状态存在于各组织中。
    • 生理功能及缺乏症
      • 维生素E 一般不易缺乏，严重的脂类吸收障碍和肝脏严重损伤可引起缺乏症，表现为红细胞数量减少，脆性增加等溶血性贫血症。偶尔也可引起神经障碍。动物缺乏维生素E时，其生殖器官发育会受损，甚至不育，但在人类尚未发现因维生素E缺乏所致的不孕症。维生素E可以对抗自由基对不饱和脂肪酸的氧化，对生物膜有保护作用，具有抗衰老作用，并在食品上可用作抗氧化剂。
  • 维生素K
    • 构成及性质
      • 维生素K具有促进凝血的功能，故又称为凝血维生素。从化学结构上来看，维生素K₁和维生素K₂均是2-甲基-1，4-萘醌的衍生物，区别仅在于R基团不同。
        • 它是具有异戊二烯类侧链的萘醌类化合物，有维生素K₁和维生素K₂之分。维生素E的吸攻主要在小肠，经淋巴吸收入血，在血液中随β-脂蛋白运转至肝脏储存。临床上应用的维生素K为人工合成的维生素K₃、维生素K₄，溶于水，可口服及注射。维生素K热稳定性较强，但对光和碱敏感。
    • 食品中的来源及存在形式
      • 维生素K广泛存在于自然界中。
        • 食物中的绿色蔬菜、动物肝脏和鱼类含有较多的维生素K，其次是牛奶、麦麸、大豆等食物。维生素K₁又称为植物甲萘醌或绿醌，最初是从苜蓿叶中提取出来的，为黄色油状物，主要存在于深绿色蔬菜(如甘蓝、菠菜、莴苣等)和植物油中。维生素K₂是从腐烂鱼中提取出来的淡黄色晶体，是肠道细菌的产物，人体肠道细菌也可以合成维生素K，故一般不会缺乏。
    • 生理功能及缺乏症
      • 维生素K的主要功能是促进凝血酶原的合成，维持凝血因子的正常水平。缺乏时凝血时间延长，严重时发生皮下、肌肉及胃肠道出血。
        • 人体一般不缺乏维生素K，若食物中缺乏绿色蔬菜或大剂量、长时间服用抗生素影响肠道微生物生长，或因消化系统疾病导致脂质吸收障碍， 可造成维生素K缺乏。此外大剂量的维生素K可以降低动脉硬化的危险。
• 第三节 水溶性维生素
  • 维生素B₁和硫胺素焦磷酸
    • 构成及性质
      • 维生素B1为抗神经炎维生素我还流的车床还和安静的密定环组成，故称为刘安素维生素B1的熔点较高，在酸性，中性溶液中比较稳定。生物体内常以硫胺素，焦磷酸，也就是tcp的辅酶形式存在为白色粉末状稀盐酸，盐为白色。针状结晶在碱性条件下，维生素B1在氧化剂存在易被氧化，产生脱氢硫胺素。后者在紫外线照射下呈现蓝色荧光利用这一特性可以进行营养分析
    • 食品中的来源及存在形式
      • 维生素B₁主要存在于酵母，瘦肉，豆类和种子外皮及胚芽中，酵母中含量尤其多。硫胺素易被小肠吸收，入血后主要在肝脏及脑组织中经硫胺素焦磷酸激酶的催化生成硫胺素焦磷酸。
    • 生理功能及缺乏症
      • 1.TPP是α-酮戊二酸脱氢酶系的辅助因子
        • 维生素B₁的活性形式是硫胺素焦磷酸，它与糖代谢关系密切。缺乏维生素B₁时糖代谢中间产物丙酮酸和α-酮戊二酸的氧化脱羧受阻，血中丙酮酸和乳酸堆积。神经组织供能不足，出现以两脚无力为主要特征的缺乏症称为脚气病，严重者发生浮肿，心力衰竭
      • 2.TPP是磷酸戊糖途径中转酮酶的辅助因子
        • 缺乏维生素B₁时神经髓鞘中的磷酸戊糖途径会受影响，维生素B₁广泛用于神经痛，面神经麻痹及视神经炎等的辅助治疗
      • 3.维生素B₁控制乙酰胆碱的合成
        • 维维生素B₁可以抑制胆碱脂酶的活性，缺乏维生素B₁时胆碱脂酶活性升高，乙酰胆碱水解加快影响神经冲动的传导，造成胃肠蠕动缓慢，消化液分泌减少，维生素B1可以用于食欲不振，消化不良等消化功能障碍的辅助治疗
  • 维生素B₂和FMN,FAD
    • 构成及性质
      • 维生素B₂又称为核黄素，为6，7-二甲基异洛嗪和和核糖醇结合而成的糖苷化合物，它的异咯嗪环上的第1和第10位氮原子可以反复接受或释放氢，因而具有可逆的氧化还原性。维生素B₂为橘黄色针状结晶，熔点较高，在酸性条件下稳定，而在碱性条件下和遇光时易被破坏，易降解为无活性的产物。维生素B₂的水溶液具有黄绿色荧光，由于有双键，在450nm处有吸收峰，此性质可用于维生素B₂定量分析。
        • 在体内维生素B2参与组成氧化还原酶的两种重要辅酶。其和磷酸在小肠粘膜黄素健美的催化下结合形成磷酸和黄素，又称为合素单核苷酸FM n FM n和1分子缩合在焦磷酸化酶的催化下形成黄色线飘02核苷酸fad。FM n和fad为黄梅黄素蛋白的辅酶与酶蛋白紧密结合，参与氧化还原反应，与糖脂和氨基酸的代谢密切相关
    • 食品中的来源及存在形式
      • 维生素B2在自然界广泛分布豆类动物的肝脏中含量丰富。酵母，鸡蛋，蛋黄与绿色蔬菜中含量也很高，植物和微生物都具有合成所需要维生素B2的能力。动物体内一般不能合成我国应用和黄素除了化学合成和从酵母中提取以外，也利用豆腐渣水。螺丝废水等进行微生物发酵生产
    • 心理功能及缺乏症
      • 缺乏维生素B₂时组织呼吸减弱，代谢度降低，主要症状为口角炎，唇炎，舌炎，眼角膜炎。阴囊炎，微光，视觉模糊，脂溢性皮炎等
  • 维生素B₅和辅酶A
    • 构成及性质
      • 维生素B₅因在生物界分布广泛，取名泛酸，又名遍多酸，是有β-丙氨酸与α，γ-二羟基β，β-二甲基丁酸通过肽键缩合而成的一种有机酸。
    • 食品中的来源及存在形式
      • 维生素B₅在醇母、肝脏、肾脏、瘦肉、蛋、小麦、米糠、花生、豌豆中含量丰富，在蜂王浆中含量最多。人体肠道细菌均可以合成，故一般不会缺乏。
    • 生理功能及缺乏症
      • 维生素B₅作为酰基载体蛋白质(ACP) 的辅基，参与脂肪酸合成代谢;辅酶A作为酰基转移酶的载体，可充当多种酶的辅酶参加酰化反应及氧化脱羧等反应，广泛参与糖、脂类、蛋白质代谢与肝的生物转化作用。
        • 此外，辅酶A还参与体内一些重要物质，如乙酰胆碱、胆固醇、卟啉、甾类激素和肝糖原等的合成，并能调节d血浆脂蛋白和胆固醇的含量。商品泛酸为泛酸钙。此外，辅酶A对厌食、疲劳乏力等症状有明显的改善效果。
  • 维生素B₃和NAD⁺,NADP⁺
    • 结构及性质
      • 维生素B3又称为抗癞皮病维生素或维生素PP,是吡啶的衍生物，为白色针状结晶体，易溶于水，性质稳定，不易被酸、碱及热破坏。
        • 它包括尼克酸(烟酸)和尼克酰胺(烟酰胺)两种结构形式，体内主要以尼克酰胺形式存在。在细胞内，尼克酰胺参加组成两种重要辅酶一烟酰 胺腺嘌呤二核苷酸(NAD,也叫作辅酶I )和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP,也叫作辅酶II)。
    • 食品中的来源及性质
      • 维生素B₃分布甚广，谷物、肉类、花生、酵母、米糖中含量丰富，游离的尼克酸在小肠被吸收后可直接进行代谢。人体-般不缺，除了由食物直接供给外，在体内尚可由色氨酸转变生成尼克酸。
        • 而玉米中缺色氨酸，长期以玉米作为主食会造成尼克酸缺乏症。过量的维生素B₃随着尿液排出体外。
    • 生理功能及缺乏症
      • 维生素B₃缺乏症称为癞皮病，又称为糙皮病或对称性皮炎。
        • 主要表现为裸露的皮肤上产生黑红色的斑点，并有口炎、舌炎、胃肠功能失常，导致腹泻等。
  • 维生素B₆和磷酸吡哆素
    • 构成及性质
      • 维生素B₆又名吡哆索或抗皮炎维生素，是吡啶的行生物。 它包括3种物质，即吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，皆属于吡啶衍生物。
    • 食品中的来源及存在形式
      • 维生素B₆在动、植物食品中广泛分布，肝脏、鱼、肉类、全麦、坚果、米糠、豆类、蛋黄、乳制品、蜂王浆和酵母均是维生素B₆的丰富来源，在酵母和米糠中含量最多。维生素B₆的磷酸酯在小肠碱性磷酸酶的作用下水解，以脱磷酸的形式吸收。吡哆醛和磷酸吡哆醛是血液中的主要运输形式。肠道菌也可以合成维生素B₆。
    • 生理功能及缺乏症
      • 维生素B₆的活性形式是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺:磷酸吡哆醛是氨基转移酶和脱羧酶的辅助因子，参与氨基酸的转氨基反应和脱羧基反应，常用于治疗婴儿惊厥和孕妇妊娠呕吐。磷酸吡哆醛是红血素合成途径关键酶的辅助因子，缺乏时有可能造成贫血。磷酸吡哆醛是糖原磷酸化酶的重要组成成分，参与糖原分解。
  • 维生素B₇和生物素
    • 构成及性质
      • 维生素B₇又称为生物素、维生素H,是由噻吩环和尿素结合而成的一个双环化合物，左侧链上有一分子戊酸。生物素为无色针状结晶体，微溶于水;熔点较高(200C以上);时酸而不耐碱，氧化剂及高温可使其失活。自然界存在的生物素至少有两种: α-生物素脏中。和β-生物素。α-生物素带有异戊酸侧链，存在于蛋黄中: β-生物素有戊酸侧链，存在于肝
    • 食品中的来源及存在形式
      • 维生素B₇在动、植物体内广泛存在，主要分布于蔬菜、谷物、酵母、动物肝脏、蛋黄、花生、牛奶等
    • 生理功能及缺乏症
      • 在新鲜蛋清中含有抗生物素蛋白，能与生物素结合而抑制其吸收，若较长时间食用生鸡蛋会影响生物素的吸收，导致生物素缺乏。蛋清加热后这种蛋白质因遭破坏而失去作用。另外，长期服用抗生素会抑制肠道菌生长，使其不能合成生物素，也会造成生物素缺乏，主要症状是疲乏、恶心、呕吐、食欲不振、皮炎及脱屑性红皮病。动物缺乏生物素会变得消瘦，并产生皮炎、脱毛、神经过敏等症状。另外，生物素还参与细胞信号转导和基因表达。生物素还可使组蛋白生物素化，从而影响细胞周期、转录和DNA损伤的修复。
  • 维生素B₉和叶酸辅酶
    • 构成及性质
      • 维生素B₉又称为蝶酰谷氨酸、叶酸。它是由2-氨基4-羟基-6-甲基蝶啶、对氨基苯甲酸和L-谷氨酸三部分组成。植物中的叶酸含7个谷氨酸残基，肝脏中的叶酸般含5个谷氨酸残基。叶酸微溶于水，对光和酸敏感，见光易失去生理活性，因此食物所含的叶酸在室温下很容易被破坏;但在中性、碱性溶液中对热稳定。
    • 食品中的来源及存在形式
      • 叶酸在绿叶蔬菜中含量丰富，也存在于肉类、肝脏和肾脏等动物性食物中，人类肠道的细菌也能合成，所以一般不发生缺乏症。食物中的蝶酰多谷氨酸在小肠被水解，生成蝶酰单谷氨酸。后者易被小肠上段吸收，在小肠黏膜上皮细胞二氢叶酸还原酶的作用下，生成叶酸的活性型一5,6,7,8-四氢叶酸 (FH4)。
    • 生理功能及缺乏症
      • 由于叶酸与核酸的合成有关，当叶酸缺乏时，DNA合成受到限制，骨髓幼红细胞中DNA合成减少，细胞分裂速度降低，幼红细胞在骨髓内成熟前就被破坏造成贫血，因此叶酸在临床上可用于治疗巨幼细胞贫血。孕妇及哺乳期快速分裂细胞增加或因生乳而致代谢较旺盛，应适量补充叶酸。叶酸还可以降低胎儿脊柱裂和神经管缺乏的危险性。叶酸缺乏可引起高同型半胱氨酸血症，增加动脉粥样硬化、血栓生成和高血压的危险性，预防冠心病的发生。此外，叶酸缺乏可引起DNA低甲基化，增加一些癌症( 如结肠直肠癌)的危险性。
  • 维生素B₁₂和辅酶
    • 构成及性质
      • 维生素B₁₂又称为钴胺素(cobalamin),是-种与卟啉环结构相近似的卟啉环衍生物， 是唯一含金属元素的维生素。为深红色的晶体，在水溶液中稳定，熔点较高(大于320C);易被强酸、强碱、日光、氧化剂及还原剂等破坏。
        • 维生素B12 在体内因结合的基团不同，可有很多种形式存在，如氰钴胺素、羟钴胺素、甲钴胺素和5-脱氧腺苷钴胺素，后两者是维生素B12的活性型，也是血液中存在的主要形式。
    • 食品中的来源及存在形式
      • 维生素B₁₂广 泛来源于动物性食品，特别是在肉类、酵母和动物肝脏中含量丰富，不存在于植物中，人和动物的肠道细菌都能合成，故一般情况下不会缺少维生素B₁₂。维生素B₁₂在体内的主要存在形式有氰钴胺素、羟钴胺素、甲钴胺素和5′-脱氧腺苷钴胺素，后两者是维生素B₁₂的活性型。
    • 生理功能及缺乏症
      • 体内的维生素B₁₂参与同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸的反应，催化这一反应的甲基转移酶的辅基是维生素B₁₂。当维生素B₁₂缺乏时，不仅不利于甲硫氨酸的生成，同时也影响四氢叶酸的再生，使组织中游离的四氢叶酸含量减少，影响嘌呤、嘧啶的合成，最终导致核酸合成阻碍，影响细胞分裂，结果产生巨幼细胞贫血，即恶性贫血。
  • 维生素C
    • 构成及性质
      • 维生素C又称为l-抗坏血酸，是一种己糖酸内酯。具有l-糖构型的不饱和多羟基化合物。维生素C为无色晶状或粉末状，在酸性条件下比较稳定；易被氧化，被氧化后发黄色；受热易破坏，在中性或碱性溶液中尤甚。
    • 食品中的来源及存在形式
      • 维生素C在自然界分布广泛，黄瓜，柑橘，红枣，山楂，番茄，辣椒及许多水果蔬菜中都含有丰富的维生素C。大多数动物可利用葡萄糖合成维生素C，人类，灵长类和豚鼠属因缺乏合成维生素C的l-古洛糖酸内酯氧化酶。故不能合成自身所需要的维生素C，必须从饮食中获得。
    • 生理功能及缺乏症
      • 1.维生素C是胶原辅氨酸羟化及胶原赖氨酸羟化酶维持活性所必需的辅酶
        • 胶原是骨，毛细血管和结缔组织的重要构成成分，如果缺乏必然会导致坏血病，导致牙齿易松动，牙龈腐烂，毛细血管破裂及骨折，创伤不易愈合等。
      • 2.维生素C参与芳香族氨基酸的代谢
        • 在苯丙氨酸转变为酪氨酸，对羟苯丙酮酸及尿黑酸的反应中，都需维生素C。维生素C缺乏时，尿中可出现大量对羟苯丙酮酸。维生素C还参与肾上腺和中枢神经系统中儿茶酚胺的合成缺乏时，可引起这些器官中儿茶酚胺的代谢异常。
      • 3.维生素C参与体内氧化还原反应
        • ⑴维生素C能起到保护巯基的作用，它能使巯基-SH维持还原状态。还原型谷胱甘肽（G-SH）能清除细胞膜的脂质过氧化物，起保护细胞膜的作用。 ⑵生素C能使红细胞中的高铁血红蛋白（MHb）还原为血红蛋白（Hb），使其恢复对氧的运氧能力。 ⑶维生素C能保护维生素A，维生素E及维生素B免遭氧化。还能使叶酸转变成有活性的四氢叶酸。
      • 4.维生素C具有增强机体免疫力的作用
        • 促进体内抗菌活性，促进淋巴细胞增殖和 趋化作用，提高吞噬细胞的吞噬能力，促进免疫球蛋白的合成，从而提高机体免疫能力。
• 1.维生素A2的活性只有维生素A1的一半，以维生素A1为主。 2.维生素A1和维生素A2结构相似，维生素A2仅在环中第三位比维生素A1多一个双键