第六章 维生素化学

生物化学崔志芳化学与环境工程学院生物工程系联系方式：zhifangcui@126.com13864899605第六章维生素化学本章主要内容维生素概论脂溶性维生素水溶性维生素维生素的作用机制及其重要性维生素的制备和测定维生素的拮抗物6.1维生素的概念和类别1、概念维生素（Vitamin）：机体发育和代谢所必需，但自身不能合成或合成量很少，必须由食物供给的一类微量有机物质功能不作为碳源、氮源或能源物质不是用来供能或构成生物体的组成部分代谢过程中所必需——主要以酶的辅酶或辅基的组成成分，广泛参与体内代谢2、维生素的类别分类脂溶性维生素:A、D、E、K水溶性维生素(VC、B族)：C、B1、B2、B3、B5、B6、B7、B11、B12均为小分子有机化合物，不同种类的Vitamin在化学结构上无共同性，按其溶解性分为脂溶性和水溶性两大类二、脂溶性维生素在食物中与脂质共存，并随脂质一同吸收脂质吸收不良时，脂溶性维生素的吸收大为减少，甚至会引起缺乏症吸收后脂溶性维生素可在体内esp.肝内储存维生素A、D、E、K共同特点不溶于水，溶于脂类及脂溶剂6.2脂溶性维生素1、维生素A1）结构与性质：视黄醇、视黄醇酯和视黄醛。通常以视黄醇酯形式存在，在体内视黄醇可被氧化为视黄醛结构式维生素A原：即胡萝卜素，有多种类似物，其中以β-胡萝卜素活性最强1、维生素A2）生理功能：构成视觉细胞内感光物质：视网膜中的棒状细胞含有视紫红质（决定对弱光的感光性），光亮时分解为视蛋白和视黄醛，光暗时视蛋白和视黄醛生成视紫红质→对光线产生神经信号，即视觉信号传导的激素前体3）缺乏症：夜盲症，干眼病，皮肤干燥2、维生素D1）结构和性质维生素D是类固醇衍生物，又称抗佝偻病维生素，主要成员为：维生素D2（麦角钙化醇）、维生素D3（胆钙化醇）两种。维生素D原：生物体内含有可以转化为维生素D的类固醇物质，称为维生素D原人的皮肤中含有维生素原为7—脱氢胆固醇，麦角、酵母或其他真菌中含有麦角固醇2、维生素DUV7—脱氢胆固醇VD3的生成维生素D2（麦角钙化醇）麦角固醇VD2的生成维生素D3（胆钙化醇）2、维生素D2）生化作用：胆钙化醇（VD3）经小肠粘膜吸收→肝（25-羟VD3）→肾（1，25-二羟VD3，VD的活性形式），与两种肽激素降钙素和甲状旁腺素一起，调节钙和磷的体内平衡，有利于新骨的形成、钙化。3）缺乏症儿童——佝偻病成人——骨质疏松3、维生素E1）结构与功能：维生素E又叫做生育酚，目前发现的有6种，其中，，，四种有生理活性2）生化作用a.极易被氧化成生育醌而保护其他物质不被氧化→抗氧化作用b.维持生殖机能4、维生素K结构与功能维生素K（凝血维生素）是具有异戊二烯类侧链的萘醌类化合物，有K1、K2之分，区别仅在于R基团侧链不同。维生素K2维生素K1４、维生素K维生素K具有凝血活性→又称为凝血维生素，凝血活性几乎都集中在2-甲萘醌这一基本机构中，2-甲萘醌已人工合成，用于临床称为维生素K3，其活性较维生素K1、K2高。维生素K3乏时，血浆内凝血酶原含量即降低血凝过程中许多凝血因子的生物合成跟VK有关，当VK缺6.3水溶性维生素水溶性维生素：维生素B、C1、维生素B1和TPP1）名称：维生素B1又称硫胺素、抗神经炎素或噻嘧胺2）化学结构：硫胺素的化学结构包括含硫的噻唑环和含氨基的嘧啶环两部分。一般使用的维生素B1都是化学合成的硫胺素盐酸盐。硫胺素结构3）维生素B1辅酶形式体内维生素B1可转化为硫胺素焦磷酸（TPP）的辅酶形式。维生素B1在体内经硫胺素激酶催化，可与ATP作用转变成硫胺素焦磷酸（TPP）4）维生素B1生化功能（1）TPP是涉及到糖代谢中关键酶如脱羧酶、丙酮酸脱氢酶系和α-酮戊二酸脱氢酶系的辅酶p202（2）保护神经系统（抑制胆碱酯酶的作用→缺乏时使神经传导受影响；促进糖代谢从而供给神经系统活动所需能量）5）缺乏症：VB1严重缺乏所引起的多发性神经炎，VB1缺乏时，体内TPP含量减少→糖代谢受阻→临床上称脚气病。酶1：丙酮酸脱羧酶上TPP的功能5.维生素B1缺乏症湿性脚气病-腿部广泛性水肿多发性神经炎-头部抽缩2、维生素B2和黄素辅酶FAD、FMN1）名称：维生素B2，又称核黄素（含核糖醇的黄色物质）2）化学结构：核黄素的化学结构中含有核糖醇和二甲基异咯嗪两部分。3）辅酶形式：在生物体内维生素B2以黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的形式存在，它们是多种氧化还原酶（黄素蛋白）的辅酶维生素B2、黄素单核苷酸(FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)FMNAMPFAD核黄素ribiflavin氧化型+2H-2HNHHROO还原型FMN（FAD）+2H++2eFMNH2(FADH2)15维生素B2和黄素辅酶FAD、FMN4）生化功能：在生物氧化过程中，黄素蛋白辅酶FMN和FAD的氧化还原状态可以参加电子转移反应（分子中异咯嗪环上的1位和5位氮原子的加氢和脱氢，把氢从底物传递给受体）p199→在生物体内氧化还原过程中起传递氢的作用→呼吸电子链和多种反应的电子受体/供体5）缺乏症：缺乏维生素B2时，有口舌炎、唇炎、舌炎、眼角膜炎和眼球多呈血管等症状。3、VB3（泛酸、遍多酸）与辅酶A(p200)1）名称：泛酸又称遍多酸或维生素B32）化学结构：泛酸是含有肽键的酸性物质，其结构式3）辅酶形式：辅酶A（coenzymeA，简写为CoASH）分子中含有泛酰巯基乙胺，是含泛酸的复合核苷酸泛酸OHOH泛酸巯基乙胺ADPCoASH辅酶ACH3CO-SCoA乙酰辅酶ASHS-C-CH3O辅酶A起传递酰基的作用，可充当多种酰化反应的辅酶R乙酰CoA：ACP转酰酶①启动CoA-SH丙二酸单酰CoA：ACP转酰酶②装载β酮脂酰ACP合酶酰基载体蛋白泛酸另一活性形式：磷酸泛酰巯基乙胺可作为酰基载体蛋白（ACP）的辅基(一端与ACP丝氨酸残基以磷脂键相连，另一端SH与脂酰基形成硫脂键)，参与脂肪酸合成代谢。4、维生素PP和辅酶I、II(p198)1）名称：维生素PP（抗癞皮病维生素/VB5）2）化学结构：维生素B5包括烟酸和烟酰胺3）辅酶形式：已知的烟酰胺核苷酸类辅酶有两种。一个是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，简称NAD+，又称辅酶I另一个是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，简称NADP+，又称为辅酶II。烟酰胺、NAD+及NADP+的结构如下图吡啶环上的氮原子为弱碱性（pK=8.8）→生理pH条件下接受质子而带正电荷+H烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD+和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NAD(P)+RAMPNAD+:R=HNADP+:R=PO3H2烟酰胺核苷酸NAD(P)H+H+NAD(P)++2H++2enicotinamide2e+H+2e+H+’NAD(P)+：“+”并不是指分子本身所带净电荷？而是指烟酰胺环在氧化形式下N原子有一个正电荷NAD(P)H：“H”指加上去的氢阴离子4、维生素PP和辅酶I、II4）生化功能：NAD+和NADP+都是脱氢酶的辅酶5）缺乏症：缺乏时出现癞皮病的症状氢阴离子含2个电子→NAD+、NADP+起两个电子载体作用，吡啶环中的C4和N1为活性中心，而分子中的腺嘌呤部分不直接参与氧化还原过程p1985、维生素B6和磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺1）名称：VB6包括三种物质：吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，体内这三种物质可以互相转化。2）化学结构及辅酶形式：维生素B6在体内经磷酸化作用转变为相应的磷酸酯，即维生素B6的辅酶形式：磷酸吡哆醛（PLP）、磷酸吡哆胺，它们之间也可以相互转变。5、维生素B6和辅酶3）生化功能：作为转氨基的辅酶：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺在氨基酸代谢中非常重要，通过两者互变起着传递氨基的作用磷酸吡哆醛是谷氨酸、酪氨酸等氨基酸脱羧酶的辅酶。p204氨基酸消旋作用4）缺乏症：人类未发现典型的缺乏症6、生物素1）名称：生物素（biotin）VB72）化学结构：由硫戊环和尿素结合而成的一个双环化合物，侧链上有一分子戊酸。生物素3）辅酶形式及生化功能：多种羧化酶的辅酶，参与细胞内固定CO2反应，起到CO2载体的作用脂肪酸合成——丙二酸单酰辅酶A的形成p205生物素羧化酶转羧酶乙酰CoA羧化酶有3个不同亚基：生物素羧基载体蛋白BCCP、生物素羧化酶、转羧酶7、叶酸与四氢叶酸1）名称：叶酸是一个在自然界广泛存在的维生素，因为在绿叶中含量丰富，故名叶酸，亦称蝶酰谷氨酸。VB112）化学结构：678蝶酸叶酸（蝶酰谷氨酸）四氢叶酸（FH4）3）辅酶形式：在体内作为辅酶的是叶酸加氢的还原产物-5，6，7，8四氢叶酸（THFA或FH4）。叶酸还原反应是由肠壁、肝、骨髓等组织中的叶酸还原酶所促进。四氢叶酸HH1058、叶酸与四氢叶酸4）生化功能：四氢叶酸是转一碳基团酶系的辅酶，它是甲基、亚甲基、甲酰基等的载体，其携带甲酰基等一碳单位的位置在四氢叶酸N5和N10上，在嘌呤、嘧啶等生物合成中起作用。p2015）缺乏症：巨红细胞贫血：嘌呤和嘧啶合成受阻，核酸形成不足，使红细胞的生长停留在巨红细胞阶段9、维生素B12与辅酶1）名称：又称氰钴胺素。2）化学结构及辅酶形式：维生素B12是一个抗恶性贫血的维生素，又是一些微生物的生长因素。在体内主要辅酶形式有5‘-脱氧腺苷钴胺素（作为变位酶的辅酶）、甲基钴胺素（甲基转移）。维生素B12与辅酶3）生化功能：某些化合物的异构作用甲基转移促进DNA合成促进血细胞的成熟4）缺乏症：缺乏时造成巨细胞性贫血10、维生素C1）名称：能防治坏血病，故又称抗坏血酸。2）化学结构：是一个具有六个碳原子的酸性己糖衍生物，是烯醇式己糖酸内酯，分子中2位和3位碳原子两个烯醇式羟基极易解离，释放出H+→氧化成为脱氢抗坏血酸。氧化型抗坏血酸和还原型抗坏血酸可以互相转变→既可作为氢供体（还原剂）也可作为氢受体（氧化剂）。10、维生素C3）生化功能：氧化还原作用：参与体内氧化还原反应：保持巯基酶的活性和谷胱甘肽的还原状态，起解毒作用（重金属、氧化剂导致巯基酶失去活性产生中毒，VC使氧化型谷胱甘肽转化为还原型而解毒4）缺乏症：缺乏时造成坏血病。主要可溶性维生素和相应辅酶维生素辅酶功能1.B1(硫胺素)TPP糖代谢过程中的脱羧2.B2(核黄素)FMN、FAD氧化还原反应、氢转移3.泛酸（遍多酸）CoASH酰基转移4.PP[烟酸（酰胺）]NAD+、NADP+氧化还原反应、氢转移5.B6[吡哆醇（醛、胺）]磷酸吡哆醛（胺）氨基酸的转氨、脱羧、消旋6.生物素羧化酶辅酶7.叶酸FH4(THFA)传递一碳基团8.B12（氰钴氨素）分子异构、甲基转移9.C（抗坏血酸）氧化还原作用10.硫辛酸酰基转移、氧化还原反应硫辛酸1）名称及化学结构：一种含硫的脂肪酸。呈氧化型和还原型存在，可传递氢，其氧化型和还原型之间可互相转化，反应式如下：2）辅酶形式及生化功能：是丙酮酸脱氢酶系和α-酮戊二酸脱氢酶系的多酶复合物中的一种辅助因子，在此复合物中，硫辛酸起着转酰基作用，同时在这个反应中硫辛酸被还原以后又重新被氧化，在糖代谢中有重要作用。酶酶1：丙酮酸与TPP加成脱羧形成羟乙基-TPP酶2：二氢硫辛酰转乙酰基酶上硫辛酸的功能氧化型还原型E2（二氢硫辛酰转乙酰基酶）肽链功能：传送乙酰基（或其他酰基）或氢结合于蛋白质上的硫辛酸象“摆动臂”一样，可将电子或酰基从复合体中的一个酶传送到另一个酶乙酰化型第六章维生素化学在了解维生素分类（脂溶性维生素和水溶性维生素）及特性的基础上，着重掌握各类维生素的辅酶形式、生化功能及缺乏症。目的要求