生物競賽復(fù)習(xí)課件維生素與輔酶

第四章酶化學(xué)——維生素和輔酶維生素是維持生物正常生命過程所必需，但需要量很少，人和動物不能合成或者合成量太少，必須由食物供給的一類小分子有機(jī)化合物。維生素不能供給機(jī)體熱能，也不能作為構(gòu)成機(jī)體組織的物質(zhì)，其主要功能是通過作為輔酶的成分調(diào)節(jié)機(jī)體代謝。長期缺乏任何一種維生素都會導(dǎo)致相應(yīng)的疾?。ňS生素缺乏癥）。01維生素的概念02最早分離出的維生素（維生素B1）是一種胺類（amine），將維生素取名為Vitamine（生命胺，最初中譯為維他命），但并非所有的維生素都含氨基，改為Vitamin（V）。生物對維生素的需要情況取決于：1.在代謝過程中是否需要；2.自身能否合成。ChristiaanEijkman荷蘭烏德勒支大學(xué)1858年--1930?？寺t(yī)生對維生素的發(fā)現(xiàn)做出了突破性的貢獻(xiàn)。他沒有遵循固有的邏輯去研究問題，沒有因?yàn)閷＜覀冋J(rèn)為腳氣病是一種細(xì)菌引起的傳染病而放棄自己的想法。他用自己獨(dú)特的思維方式和敏銳的觀察力，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致腳氣病的真正原因，為人類最終發(fā)現(xiàn)維生素作出了重大的貢獻(xiàn)。

英國的霍布金斯于1906年，發(fā)現(xiàn)大鼠飼以純化的飼料，包括蛋白質(zhì)、脂肪、糖類和礦物質(zhì)后，不能存活；如果在純化的飼料里添加極其微量的牛奶后，大鼠可以正常生長?；舨冀鹚沟贸鼋Y(jié)論，正常膳食中除了蛋白質(zhì)、脂肪、糖類和礦物質(zhì)外，還有必需的食物輔助因子，即維生素。?？寺突舨冀鹚褂捎谒麄冊诰S生素的發(fā)現(xiàn)和研究中做出的重要貢獻(xiàn)而榮獲了1929年諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎。SirFrederickGowlandHopkins英國劍橋大學(xué)1861年--1947年維生素的分類按溶解性分為1：維生素B族（B1、B2、泛酸（B3）、維生素PP（B5）、B6、生物素（B7）、葉酸（B11），B12）和維生素C等。水溶性維生素：維生素A、D、E、K、硫辛酸等脂溶性維生素2機(jī)體長期缺乏任何一種維生素會引起缺乏癥。引起缺乏的原因：1.肝、膽疾病可阻礙維生素的吸收。長期大量使用維生素A和維生素D會引起中毒；維生素B1用量過多會引起周圍神經(jīng)痛覺缺失；長期大量使用維生素B12會引起紅細(xì)胞過多；口服維生素C過多可破壞膳食中維生素B12而引起貧血。2.長期口服抗生素可抑制腸道菌生長，引起Vk、生物素、葉酸、泛酸等的缺乏。01醫(yī)療上用維生素防治維生素不足而引起的疾病。3.妊娠、哺乳、強(qiáng)體力勞動、高溫操作等對維生素的需求量增加。4.食物中含量少。5.某些特異性缺陷。02三、過多癥和缺乏癥四、水溶性維生素1.維生素B1（抗腳氣病維生素）N—C—CH3HCC—CH2CH2OHSCl維生素B1由一含S的噻唑環(huán)和一含NH2的嘧啶環(huán)組成，又稱硫胺素（Thiamine）。1245NH2·HClH3CCH2124PP焦磷酸硫胺素（TPP）硫胺素+ATPMg2+（肝）硫胺素激酶TPP+AMP主要功能：1.以TPP形式作為脫羧酶、脫氫酶的輔酶參加糖的分解代謝。2.維生素B1能抑制膽堿酯酶的活性，促進(jìn)腸胃蠕動，增加消化液的分泌，因而能促進(jìn)食欲。3.保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)，促進(jìn)糖代謝，為神經(jīng)活動提供能量。缺乏癥：1.腳氣病2.中樞神經(jīng)和腸胃患糖代謝失?！蚓S生素B1嚴(yán)重缺乏而引起的多發(fā)性神經(jīng)炎。患者的周圍神經(jīng)末梢及臂神經(jīng)叢均有發(fā)炎和退化現(xiàn)象，伴有心界擴(kuò)大、心肌受累、四肢麻木、肌肉瘦弱、煩躁易怒和食欲不振等癥狀。同時因丙酮酸脫羧作用受阻，組織和血液中乳酸量大增，濕性腳氣病還伴有下肢水腫。腳氣病缺乏維生素B1不僅周圍神經(jīng)的結(jié)構(gòu)和功能受損，中樞神經(jīng)系統(tǒng)也同樣受害。因?yàn)樯窠?jīng)系統(tǒng)（特別的大腦）所需的能量，基本由血糖氧化供給，當(dāng)糖代謝受阻時，神經(jīng)組織也就發(fā)生反?，F(xiàn)象。維生素B1鹽酸鹽為無色結(jié)晶，溶于水，在酸性溶液中穩(wěn)定，在中性和堿性溶液中易被氧化。在普通烹調(diào)條件下?lián)p失并不大。有特殊香氣，微苦。01酵母中含維生素B1最多，其他食物中含量多不高。五谷類多集中在胚芽及皮層中。瘦肉、核果和蛋類的含量也較多。酵母、細(xì)菌和高等植物能合成維生素B1。02性質(zhì)和來源032.維生素B2和黃素輔酶維生素B2又稱核黃素（riboflavin）或抗口唇炎維生素，是一種核糖醇與6，7—二甲基異咯嗪的縮合物，在自然界多與蛋白質(zhì)結(jié)合成黃素蛋白。H2C—C—C—C—CHOHOHOHOHHHHH1′2′3′4′5′NNNCCONHOCH3CH31234578910核糖醇基異咯嗪基維生素B2為橘黃色的針狀晶體，味苦，微溶于水，極易溶于堿性溶液，對光和堿不穩(wěn)定H2C—C—C—C—CH2OHOHOHOHHHHNNNCCONHOCH3CH3-O—P=OOO-FMN，黃素單核苷酸OH2COHOH1′2′3′4′5′NNNNHHH9-O—P=OOFAD，黃素腺嘌呤二核苷酸VB2+ATP→FMN+ADPFMN+ATP→FAD+PPiNNNCCONHOCH3CH3R101NNNCCONHOCH3CH3HHR+2HH2-維生素B2的生理功能是以FMN和FAD形式作為黃酶等多種氧化還原酶及遞氫體輔基的組成成分，參與生物氧化作用，作為遞氫體。維生素B2每人每天需要量：兒童0.6mg，成人1.6mg。動物體內(nèi)不能合成維生素B2。過量則排出。01膳食中長期缺乏維生素B2，眼角膜和口角血管增生，引起白內(nèi)障、眼角膜炎、舌炎和陰囊炎等。023.泛酸（維生素B3）和輔酶A輔酶A（CoASH）泛酸為淡黃色粘性油狀物，溶于水和醋酸，不溶于氯仿和苯，在中性溶液中對濕熱、氧化和還原都穩(wěn)定。01泛酸的生物功能是以輔酶A（CoA）形式參加代謝，是酰基的載體，作為酰化酶的輔酶，對糖、脂、蛋白質(zhì)代謝過程中的?；D(zhuǎn)移有重要作用。常以CoA-SH表示。02成人每天需要量為5~10mg，一般膳食的泛酸含量豐富。大白鼠缺乏泛酸，毛發(fā)邊灰白，并自行脫落，毛與皮的色素形成可能與泛酸有關(guān)。03來源：肝臟、腎、蛋、小麥、米糠、花生、豌豆蜂王漿044.維生素PP和輔酶Ⅰ、輔酶Ⅱ維生素PP亦稱抗癩皮病維生素或維生素B5，包括尼克酸（煙酸）和尼克酰胺。尼克酰胺的副作用較小（如引起面部、頸部發(fā)赤發(fā)癢和燒灼感），醫(yī)療及營養(yǎng)上多用尼克酰胺。尼克酰胺為維生素B5的化學(xué)名。NCOOH

尼克酸（nicotinicacid）NCONH2

尼克酰胺（nicotinamide）NCONH2OOH2COHOHNNNNHH9P

-O—O‖NH2OH2COHOHOP=O-O—O

+尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）P尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）Nicotinicacid+PRPP+ATP→NAD+NAD++ATP→NADP++PPi尼克酸及尼克酰胺為無色晶體，前者熔點(diǎn)為236℃，后者熔點(diǎn)為129~131℃，是維生素中較穩(wěn)定的，不被光、空氣及熱破壞。溶于水及酒精。與溴化氰作用產(chǎn)生黃綠色化合物，可作為定量基礎(chǔ)。生理功能：1.以NAD+或NADP+形式作為多種不需氧脫氫酶的輔酶，在生物氧化過程中起遞氫體的作用。NCONH2R+2HNCONH2RHH14-2HNAD(P)++2H-2HNAD(P)H+H+2.維持神經(jīng)組織的健康。尼克酰胺對中樞及交感神經(jīng)系統(tǒng)有維護(hù)作用，缺乏，則常產(chǎn)生神經(jīng)損害和精神紊亂。3.促進(jìn)微生物生長。4.尼克酸可使血管擴(kuò)張，使皮膚發(fā)赤發(fā)癢，尼克酰胺無此作用。大劑量尼克酸有降低血漿膽固醇和脂肪的作用。缺乏癥膳食中長期缺乏維生素PP所引起的疾病為對稱性皮炎，又叫癩皮病(pellagra)。癩皮病患者的中樞及交感神經(jīng)系統(tǒng)、皮膚、胃、腸等皆受不良影響。主要癥狀為對稱性皮炎，消化道炎和神經(jīng)損害與精神紊亂，兩手及其裸露部位呈現(xiàn)對稱性皮炎。中樞神經(jīng)方面的癥狀為頭痛、頭昏、易刺激、抑郁等。Trp可轉(zhuǎn)變?yōu)槟峥缩０?，以玉米為主食易患缺乏癥（玉米中Trp貧乏）。5.維生素B6和磷酸吡哆醛維生素B6又稱吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。NCH2OHCH2OHHOH3C

吡哆醇(pyridoxol)NCH2OHCHOHOH3C

吡哆醛(pyridoxal)NCH2OHCH2NH2HOH3C

吡哆胺(pyridoxamine)NCH2O—CHOHOH3CP（磷酸吡哆醛，PLP）吡哆醇吡哆醇氧化酶吡哆醛吡哆胺吡哆胺轉(zhuǎn)氨酶ATPADP磷酸吡哆醇磷酸吡哆醇氧化酶磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺轉(zhuǎn)氨酶磷酸吡哆胺ATPADP激酶ATPADP吡哆素為無色晶體，易溶于水及乙醇，在酸液中穩(wěn)定，在堿液中易被破壞，對光不穩(wěn)定，吡哆醇耐熱，吡哆醛和吡哆胺不耐高溫。吡哆素+FeCl3→紅色產(chǎn)物吡哆素+重氮化對一氨基苯磺酸→橘紅色產(chǎn)物吡哆素+2，6-二氯醌氯亞胺→藍(lán)色產(chǎn)物生理功能：以磷酸吡哆醛形式作為轉(zhuǎn)氨酶、氨基酸脫羧酶的輔酶參加多種代謝反應(yīng)，包括脫羧、轉(zhuǎn)氨、氨基酸內(nèi)消旋、Trp代謝（包括Trp→nicotinamide）、含硫氨基酸的脫硫、羥基氨基酸的代謝和氨基酸的脫水等。缺乏癥：導(dǎo)致皮膚、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和造血機(jī)構(gòu)的損害。6.生物素生物素（維生素B7）為含硫維生素，其結(jié)構(gòu)可視為由尿素與硫戊烷環(huán)結(jié)合而成，并有一個C5酸枝鏈。HNNHCO尿素部分HCCHH2CCHS硫戊烷環(huán)部分（噻吩環(huán)）(CH2)4COOHC5酸根部分生物素（bioton）尿素環(huán)上的一個N可與CO2結(jié)合1生物素是細(xì)長針狀的晶體，熔點(diǎn)232℃，耐熱和耐酸、堿，微溶于水。2功能：生物素多與酶蛋白賴氨酸氨基共價結(jié)合，作為多種羧化酶的輔酶，參與體內(nèi)CO2的固定和羧化過程。3缺乏癥：人體一般不會發(fā)生生物素缺乏。大白鼠嚴(yán)重缺乏時，后腳癱瘓，廣泛的皮膚病、脫毛和神經(jīng)過敏。人類缺少生物素可能導(dǎo)致皮炎、肌肉疼痛、感覺過敏、怠倦、厭食、輕度貧血等。葉酸（folicacid）即維生素B11，由蝶呤啶、對氨基苯甲酸與L-谷氨酸連接而成。亦稱蝶酰谷氨酸（PGA)。葉酸為鮮黃色物質(zhì)，微溶于水，在水溶液中易被光破壞。葉酸的5、6、7、8位置，在NADPH2存在下，可被還原成四氫葉酸（FH4或THFA）。四氫葉酸的N5和N10位可與多種一碳單位結(jié)合作為它們的載體。功能：以THFA形式作為一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶系的輔酶，轉(zhuǎn)移，參與體內(nèi)一碳基團(tuán)的與蛋白質(zhì)、核酸合成有關(guān)。缺乏癥：葉酸缺乏時，紅細(xì)胞的發(fā)育受到影響，造成巨紅細(xì)胞性貧血癥。7.葉酸和葉酸輔酶微生素B12為深紅色晶體，熔點(diǎn)甚高，溶于水、乙醇和丙酮，不溶于氯仿。微生素B12晶體及水溶液都相當(dāng)穩(wěn)定。但酸、堿、日光、氧化和還原都使之破壞，有光活性。04維生素B12是含三價鈷的多環(huán)系化合物，其經(jīng)驗(yàn)式為C63H88O14N14RCo。其結(jié)構(gòu)式經(jīng)多次修正，至1963年確定。1973年完成人工合成。03維生素B12是含鈷的化合物，又稱鈷胺素(cyanocobalamine)。維生素B12的發(fā)現(xiàn)是多年研究惡性貧血癥（即巨初紅細(xì)胞癥）的結(jié)果。最初發(fā)現(xiàn)服用全肝可控制惡性貧血癥狀，在1948年從肝臟中分離出一種具有控制惡性貧血效果的紅色晶體物質(zhì)，定名為維生素B12。01在自然界中只有微生物能合成維生素B12。028.維生素B12和B12輔酶化學(xué)名稱：鈷胺素?；钚孕问剑?’—脫氧腺苷鈷胺素：甲基丙二酸單酰輔酶A變位酶的輔酶甲基鈷胺素12功能：以VB12輔酶形式促進(jìn)一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移。促進(jìn)某些化合物的異構(gòu)作用。促進(jìn)甲基轉(zhuǎn)移作用。3.維持SH的還原型狀態(tài)。4.促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)的生物合成。5.維持造血機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。6.促進(jìn)上皮組織細(xì)胞的新生。缺乏癥：1.兒童及幼齡動物發(fā)育不良。2.消化道上皮組織細(xì)胞失常。3.造血器官功能失常，不能正常產(chǎn)生紅血細(xì)胞，導(dǎo)致惡性貧血。髓磷脂的生物合成減少，引起神經(jīng)系統(tǒng)的損害，表現(xiàn)癥狀為手足麻木、刺痛、體位不易維持平衡、肌肉動作不協(xié)調(diào)、憂郁易怒、思想遲緩和健忘等。維生素B12的吸收需要一種胃壁細(xì)胞分泌的糖蛋白（稱為內(nèi)因子），兩者結(jié)合后才能被小腸吸收。惡性貧血患者的胃液中常缺乏內(nèi)因子，須注射維生素B12治療。9.維生素C維生素C能防治壞血病，又稱抗壞血酸(ascorbicacid)。O=CC—OHC—OHHCHO—C—HCH2OHOO=CC=OC=OHCHO—C—HCH2OHO-2H+2H[還原型][氧化型]抗壞血酸為無色晶體，熔點(diǎn)192℃，味酸，溶于水及乙醇。不耐熱，易被光及空氣氧化。02功能：抗壞血酸可還原2，6-二氯靛酚使之褪色，亦可與2，4-二硝基苯肼結(jié)合成有色的腙，定性或定量測定。促進(jìn)各種支持組織及細(xì)胞間粘合物的形成，是脯氨酸羥化酶的輔酶。缺乏癥：在體內(nèi)組成氧化還原體系，對生物氧化有重要作用。壞血病毛細(xì)血管易出血和齒、骨發(fā)育不全或退化。01五、脂溶性維生素1.維生素A（視黃醇、抗夜盲干眼病維生素）維生素A只存在于動物性食物中，包括A1和A2兩種。A1即視黃醇，主要存在于咸水魚的肝臟；A2即3-脫氫視黃醇，主要存在于淡水魚肝臟。在高等植物和動物中普遍存在的β-胡蘿卜素可轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A，因此稱類胡蘿卜為維生素A原。肝臟、乳制品、蛋黃、胡蘿卜、綠葉蔬菜、玉米。CH2OH視黃醇β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素、黃玉米色素在肝臟、腸粘膜內(nèi)轉(zhuǎn)化成A。β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)化成二個維生素A（一切有色蔬菜）α-胡蘿卜素γ-胡蘿卜素黃玉米色素轉(zhuǎn)化成一個維生素A維生素A1一般為黃色粘性油體，純體可結(jié)晶為黃色三棱晶體，熔點(diǎn)63℃。維生素A2尚未制成晶體。維生素A不溶于水，而溶于油脂和乙醇，易氧化，在無氧條件下，相當(dāng)耐熱。易被紫外光所破壞。在氯仿和乙醇溶液中，維生素A1的吸收峰在328nm，維生素A2的吸收峰在345nm及350nm。在乙醇溶液中，維生素A1與三氯化鏑作用產(chǎn)生的藍(lán)色溶液在620nm處有一特殊吸收光帶，維生素A2在693nm和697nm各有一吸收光帶。維生素A生理功能：1.維持上皮組織的完整性和細(xì)胞膜的通透性；2.維持正常視覺；3.有助于動物生殖和泌乳,促進(jìn)年幼動物生長等。紫紅質(zhì)為弱光感受物，當(dāng)弱光射到視網(wǎng)膜上時，視紫紅質(zhì)分解，并刺激視神經(jīng)而發(fā)生光覺。1-順式視黃醛，在暗光下經(jīng)視網(wǎng)膜圓錐細(xì)胞作用后，與視蛋白結(jié)合成視紫紅質(zhì)，形成一個視循環(huán)。全反視黃醛變成11-順式視黃醛時，部分全反視黃醛被分解為無用物質(zhì)，故必需隨時補(bǔ)充維生素A，每日補(bǔ)充量1mg。缺乏癥：上皮組織結(jié)構(gòu)改變，呈角質(zhì)化。皮膚干燥，成磷狀。呼吸道表皮組織改變，易受病菌侵襲。有的患者因腸胃黏膜表皮受損而引起腹瀉。在兒童還偶有因缺乏A引起眼角膜和結(jié)膜變質(zhì)，牙釉和骨質(zhì)發(fā)育不全。大人、小孩長期缺乏維生素A都會導(dǎo)致淚腺分泌障礙產(chǎn)生干眼?。ㄑ劢Y(jié)膜炎）。動物缺乏維生素A，生殖和泌乳也不正常，易發(fā)生流產(chǎn)和缺奶。視紫紅質(zhì)不足，對暗光適應(yīng)能力減弱，發(fā)生夜盲癥。引起代謝失調(diào)，如某些器官的DNA含量減少，粘多糖（硫酸軟骨素）的生物合成也受阻礙。維生素A較易被正常腸道吸收，但不直接隨尿排泄，因而攝取過量是有害的。維生素D具有抗佝僂病作用，又稱抗佝僂病維生素。已確知有4種，即維生素D2、D3、D4、D5，均為類固醇衍生物，其中D2和D3較為重要。01只在動物體內(nèi)含有維生素D，魚肝油中含量最豐富。動、植物組織中含有能轉(zhuǎn)化為維生素D的固醇類物質(zhì)，經(jīng)紫外光照射可轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素D。目前尚不能用人工方法合成，只能用紫外光照射維生素D原的方法來制造。02維生素D為無色晶體，不溶于水而溶于油脂及脂溶劑，相當(dāng)穩(wěn)定，不易被酸、堿或氧化破壞。032.維生素D（鈣化醇）維生素D原轉(zhuǎn)化酵母、真菌、植物中：麥角固醇（D2原）維生素D2（麥角鈣化固醇）動物體內(nèi)：7一脫氫膽固醇（D3原）維生素D3（膽鈣化固醇）D3來源：魚肝油、牛奶、蛋黃、肝、腎等活性形式：1，25一二羥基膽鈣固醇。01維生素D3（膽鈣化固醇）→25-羥基膽鈣固醇（肝臟）→1，25一二羥基膽鈣固醇（腎臟）02No.3調(diào)節(jié)鈣、磷代謝，促進(jìn)小腸對鈣磷的吸收，維持血液正常的鈣、磷濃度，從而促進(jìn)鈣化，使牙齒、骨骼發(fā)育正常。維生素D攝食不足，不能維持鈣的平衡，兒童骨骼發(fā)育不良，產(chǎn)生佝僂病?；颊吖琴|(zhì)軟弱，膝關(guān)節(jié)發(fā)育不全，兩腿形成內(nèi)曲或外曲畸形。成人則產(chǎn)生骨骼脫鈣作用（軟骨?。?；孕婦和授乳婦人的脫鈣作用嚴(yán)重時導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥，患者骨骼易折，牙齒易脫落。機(jī)體只能從膽汁排出過多的維生素D，維生素D如攝食過量則會中毒。早期癥狀為：乏力、疲倦、惡心、頭痛、腹瀉等。較嚴(yán)重時引起軟組織（包括血管、心肌、肺、腎、皮膚等）的鈣化，導(dǎo)致重大病患。No.2No.1缺乏癥：功能：生