第十一章 维生素 & 辅酶

1. 第十一章 维生素 & 辅酶

2. 维生素 • 是维持生物体正常生命活动必不可少的一类小分子有机化合物。尽管机体对它们需要量甚少（一个人每日需要量常以mg或μg计），但由于它们不能在体内合成，或者虽能合成但所合成的量难以满足机体的需要，所以必须从食物中获取。虽然它们在体内既不是构成细胞组织的原料，也不是供能的物质，但它们在代谢调节、促进生长发育和维持生理功能等方面却发挥着十分重要的作用，因此，如果机体长期缺乏某种维生素，就会导致相应的维生素缺乏病。 • 维生素的种类很多，其化学结构差别很大，为方便起见，通常按溶解性质将其分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。

3. How vitamins differ from the energy-yielding nutrients • Structure • Vitamins are individual units, not long chains • Function • Do not yield energy but assist in releasing energy from CHO, fats and proteins • Food content • Small amts needed daily (micrograms and milligrams)

4. Vitamin Precursors • Compounds that can be converted into active vitamins • Also known as provitamins • Must measure both active vitamin as well as provitamin when assessing intake

5. Other Characteristics • Organic Nature • Can be destroyed so food needs to be handled with care to avoid loss in storage or cooking • Solubility • Hydrophilic: water soluble • B vitamins and vitamin C • Hydrophobic: fat soluble • Vitamins A,D,E and K

6. 脂溶性维生素与水溶性维生素的比较

7. Fat Soluble Vitamins

8. 维生素A • 维生素A是由β-白芷酮环和两分子异戊二烯单位缩合而成的不饱和一元醇，有A1和A2两种。A1即视黄醇，A2为3-脱氢视黄醇。A1在体内经脱氢可转变为11-顺视黄醛，11-顺视黄醛可异构化为全反式视黄醛。11-顺视黄醛可进一部被氧化成视黄酸，但此反应是不可逆的。

9. Active Forms of Vitamin A • Three active forms of vitamin A called retinoids:retinol, retinal, retinoic acid • Retinol • made from beta-carotene (vitamin A precursor) , stored in liver, & released into bloodstream when needed • RetinalandRetinoic Acidare made fromretinolas needed by the body • Vitamin A as a Steroid Hormone

10. β-胡萝卜素向维生素A的转变以及维生素A在体内的功能β-胡萝卜素向维生素A的转变以及维生素A在体内的功能

11. 维生素A的生理功能 • 维生素A的生理功能由视黄醇、视黄醛和视黄酸来完成： • （1）视黄醇和视黄酸作为脂溶性激素促进生长与发育、抗癌以及维持上皮结构的完整与健全。 • （2） 视黄醛构成视网膜的感光物质，作为视蛋白的辅基参与视觉的形成。缺乏它可导致夜盲症。 • （3）铁的转运 • （4）抗氧化作用

12. Serious Vitamin A Deficiency • Can progress to thickening of the cornea • keratomalacia • Leading to permanent blindness • xerophthalmia • Deficiency can be reversed if appropriate vitamin A is given early enough

13. Cataracts & Vitamin A

14. Food Sources of Vitamin A • Preformed vitamin A found only in animal products • milk • liver • butter

15. Vitamin D

16. 维生素D属于固醇类衍生物，人体内维生素D主要是由7-脱氢胆固醇经紫外线照射而转变，称为维生素D3或胆钙化醇。植物中的麦角固醇经紫外线照射后可产生另一种维生素D，称为维生素D2或钙化醇。维生素D属于固醇类衍生物，人体内维生素D主要是由7-脱氢胆固醇经紫外线照射而转变，称为维生素D3或胆钙化醇。植物中的麦角固醇经紫外线照射后可产生另一种维生素D，称为维生素D2或钙化醇。 • 维生素D本身都没有明显的生理活性，它们必须先在肝细胞内经羟基化转变为25-羟基维生素D，然后再在肾小管内进行第二次羟基化反应，最后形成具有活性的1,25-二羟维生素D，作为一种脂溶性激素发挥作用。 • 维生素D在体内与甲状旁腺素协同作用，促进小肠对食物中钙和磷的吸收，维持血中钙和磷的正常含量，促进骨和齿的钙化作用。因为维生素D具有抗佝偻病作用，故又名抗佝偻病维生素。

17. 维生素D的化学结构

18. Roles of Vitamin D • Promotes bone mineralization • Maintains blood calcium levels by: • absorbing Ca from the GI tract • drawing it from the skeleton • retaining it through the kidneys • Many other functions throughout the body

19. Vitamin D Deficiency • Bone fail to calcify; bone abnormalities are the most obvious sign • Rickets • vitamin D deficiency disease of children • characterized by abnormal bone growth • bowed legs or knock knees, outward bowed chest and knobs on the ribs

20. How much sun exposure in needed ? • Depends on darkness of skin and degree of exposure: • exposure a few times/wk should be sufficient • 10 to 15 minutes for fair skin • ~ up to 1.5 hours for dark skin

21. Food Sources of Vitamin D • Fortified milk • Fortified margarine • Some found in animal foods • butter • cream • egg yolks • liver • fatty fish such as salmon

22. 维生素E • 维生素E又称为生育酚，已经发现的生育酚有α、β、γ和δ四种，其中以α-生育酚的生理效用最强。它们都是苯骈二氢吡喃的衍生物。 • 维生素E的主要生理功能是在体内作为一种强抗氧化剂与维生素A、β-胡萝卜素和维生素C一起防止脂类或脂溶性物质氧化、保护细胞膜免受氧化损伤以及维护红细胞的完整。由于它的亲脂性，它常常积累在循环中的脂蛋白、细胞膜和贮存在体内的脂肪中，作为“清道夫”可以迅速地与分子氧或自由基反应，防止脂质特别是不饱和脂肪酸被过氧化物氧化。 • 此外，维生素E还参与生物氧化，在呼吸链中既可以稳定辅酶Q，又可以协助电子传递给辅酶Q。维生素E还与动物生殖机能有关，因此又名为生育酚。

23. α-生育酚的化学结构 自由基与抗氧化剂

24. Food Sources • Vegetable oil products • cooking oil • margarine • salad dressing • shortening • Fruits and vegetables • Wheat germ

25. 维生素K • 维生素K是2-甲基1,4-萘醌的衍生物，自然界已发现的有两种，存于绿叶植物中的是维生素K1，肠道细菌合成的是维生素K2。 • 维生素K在体内主要作为依赖于维生素K的羧化酶的辅酶参与某些蛋白质的后加工，使这些蛋白质分子上的特定谷氨酸残基经历γ-羧基化修饰最终激活它们的活性。需要进行γ-羧基化修饰的蛋白质有凝血因子II、VII、IX和X以及骨钙蛋白。其中凝血因子与凝血酶能够促进血液凝固，因此维生素K又名为凝血维生素。

27. 维生素K作为辅酶参与的酶促反应

28. Vitamin K Sources • Non-Food Source • Gut bacteria produce vitamin K • Food Sources • dark-green leafy vegetables • cauliflower, broccoli, cabbage • liver • milk

29. People most likely to need vitamin supplements • Women preparing for conception, pregnant • People with low energy intake (1200 kcal) • Vegans (Vit B 12) • Newborns need Vit K • People with limited milk intake and limited sun exposure (Vit D) • People with certain medical conditions • Smokers & excess alcohol consumers

30. Food Sources • Milk and milk products • Meats • Leafy green vegetables • Enriched and whole-grain cereals • Light and irradiation, but not heat, destroy riboflavin

31. Water Soluble Vitamins

32. 水溶性维生素 包括：B族维生素和维生素C。 多数水溶性维生素在生物体内能够直接作为或转变为辅酶或辅基参与能量代谢和血细胞形成。当水溶性维生素缺乏时，机体的能量代谢和血细胞形成将会出现障碍，最容易受到影响的是生长和分裂旺盛的细胞和组织。由于神经组织的活动严重依赖于持续的能量供应，特别来自糖的氧化分解释放出的能量，因此，在很多情况下，神经系统的功能也会受到影响。

33. B族维生素 它是一个大家族，至少包括十余种维生素。其共同特点是：（1）在自然界经常共同存在，最丰富的来源是酵母、蔬菜和动物肝脏；（2）从低等的微生物到高等动物和人类都需要它们作为营养要素；（3）在体内主要作为辅酶或辅基参与物质代谢和能量代谢；（4）从化学结构上看，大都含有N；（5）从性质上看此类维生素易溶于水，对酸稳定，易被碱或热破坏。

34. 维生素B1 • 是第一个被发现的维生素，又名为硫胺素。 • 辅酶——硫胺素焦磷酸（TPP） TPP是体内催化α-酮酸氧化脱羧的辅酶，也是磷酸戊糖途径中转酮酶的辅酶。 • 缺乏症：脚气病，因此又称维生素B1为抗脚气病维生素

35. Thiamin Deficiency • Deficiency seen in those generally malnourished and in alcoholics • Beriberi - characterized by: • loss of sensation in hands and feet • muscular weakness • advancing paralysis • abnormal heart action

36. Food Sources • Meats, e.g., liver, pork and ham • Whole grain breads and cereals • Green leafy vegetables • Prolonged cooking can destroy thiamin

37. 维生素B2 维生素B2由核糖醇与6,7-二甲基异咯嗪结合而成。由于氧化型的维生素B2呈现黄色，故又名为核黄素。 辅酶——黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），它们分别构成各种黄酶或黄素蛋白的辅基参与体内生物氧化。 缺乏症：主要症状为口角炎、舌炎、阴囊炎、皮疹及角膜血管增生和巩膜充血等。

38. Riboflavin Deficiency • Symptoms include: • cracks at corners of mouth • hypersensitivity to light • skin rash

39. 维生素PP • 即维生素B3，包括尼克酸和尼克酰胺两种物质，两者均为吡啶衍生物，在体内可以相互转变。 • 辅酶——辅酶Ⅰ（NAD+）和辅酶Ⅱ（NADP+）的成分，这两种辅酶结构中的尼克酰胺部分具有可逆地加氢和脱氢的特性，在生物氧化过程中起氢传递体的作用。 • 缺乏症：主要表现为癞皮病。由于补充维生素PP可预防和治愈癞皮病，因此维生素PP又称为抗癞皮病因子或抗癞皮病维生素。

41. Niacin Deficiency • Pellagra • Characterized by the 4 D’s • diarrhea • dermatitis • dementia • death

42. Niacin Deficiency and Pellegra

43. Food Sources of Niacin • Milk • Eggs • Meat, fish, poultry • Whole grains, enriched breads and cereals • Nuts • Protein-containing foods

44. 维生素B6 • 包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。 • 辅酶——主要是磷酸吡哆醛（PLP）和磷酸吡哆胺，它们在体内参与氨基酸的转氨、消旋、某些氨基酸的脱羧以及半胱氨酸的脱巯基作用。此外它还参与羟色胺、去甲肾上腺素、鞘磷脂以及血红素的合成。 • 缺乏症：维生素B6在动植物中分布极广，同时，肠道细菌也能够合成它，因此在人类尚未发现单纯的维生素B6缺乏病。动物缺乏维生素B6可发生与癞皮病相似的皮炎。

46. B6 Deficiency • Symptoms include: • weakness • irritability • insomnia • greasy dermatitis • convulsions • weakened immune response • growth failure

47. Food Sources • Protein-rich foods -- meat, fish, poultry • Potatoes • Leafy green vegetables • Some fruits, e.g., banana • B6 is lost when foods are heated

48. 泛酸 • 即维生素B5，是由α,γ-二羟-β,β-二甲基丁酸与β-丙氨酸通过酰胺键缩合而成的酸性物质，泛存在于动植物组织。 • 辅酶——CoA。

49. 辅酶A的化学结构

50. 叶酸 • 是由蝶酸和谷氨酸缩合构成，因在植物绿叶中含量丰富而得名。 • 辅酶——5,6,7,8-四氢叶酸（FH4或THF）。四氢叶酸作为辅酶其作用是参与体内“一碳单位”的转移，充当甲基、亚甲基、甲酰基、甲川基和亚胺甲基等基团的载体，在体内很多重要物质的合成中起重要作用。 • 缺乏症：当体内缺乏叶酸时，“一碳单位”的转移发生障碍，核苷酸特别是胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成减少，进而影响到骨髓中幼红细胞DNA的合成，使得幼红细胞细胞分裂的速度明显下降。幼红细胞因分裂障碍体积增大，形成巨幼红细胞，最终导致巨红细胞性贫血。