维生素与辅酶 生物化学

维生素与辅酶 §4.1 维生素总论 §4.2 脂溶性维生素 §4.3 水溶性维生素

一、概述 二、维生素的发现与认识 三、命名与分类  四、维生素缺乏症发生的原因

一、概述 维生素（vitamin）：机体为维持正常功能 所必需一类微量的低分子有机物。

●对人体，多数维生素是体内不能合成或合成量不能满足 机体的需要，必须从食物中摄取，属外源性物质； ●维生素也是动物体正常生长与健康是必需的； ●需要量很少：VA 0.8－1.6mg/天 生物素 0.2mg/天 ●维生素的功能：大多是酶的辅助因子（辅酶与辅基） ●长期缺乏某种维生素，会导致维生素缺乏症。

二、维生素的发现与认识：来自医学实践 ●在古代曾有过维生素缺乏症的详细记载。唐代名医 孙思邈用猪肝治疗雀目（维生素 A 缺乏症）。他还曾 用麦麸熬粥来防治脚气病（维生素 B1 缺乏症），并用 大豆、防风、车钱子等药物治疗此病。

● 19 世纪初，欧洲一些研究者认为，人体只需要蛋白 质、糖类、脂类、矿物质、水五种营养素，但在航 海和探险的传记中早已记载了许多坏血病的病例； 这些病人并不能用当时已知的五种营养素来治疗。 ● 1897 年，荷兰医生 C.Eijkman 证明米糠可治脚气病。 ● 1906 年，英国的 F.G.Hopkins 发现大鼠喂饲纯化饲料 （包括蛋白质、脂肪、糖类和矿质）和水，不能存活； 添加微量牛奶就能正常生长。牛奶中存在的营养辅助因 子也就是维生素。

● 1911 年，波兰学者 Funk 首先从米糠中提取出抗脚气病 物质，并证明该物质属于胺类，是维持生命所必需的， 因此称之为生命胺（vita-amino）。此后，学者们陆续在 天然食物中发现了 20 多种为动物或微生物所必需的维生 素，并证明它们在化学结构上大多数与胺不同，故改名 vitamin，简称 Vit 、V。 ●现在，人们已能合成许多种维生素，这对防治疾病、增 进健康具有重大意义。各种维生素在物质代谢中的作用 逐渐清楚。

三、命名与分类 （一）命名：采用习惯法 ●用拉丁字母 A、B、C、D …… 来命名，但这些字母 不表示维生素发现的历史次序，也不说明相邻维生素 之间存在什么关系。

● 根据化学结构和生理功能命名，如： 维生素命名 VA VB1 VB2 VB5 按功能命名 抗干眼醇 抗脚气病V 抗皮炎V 抗糙皮病V 按结构命名 视黄醇 硫胺素 核黄素 烟酸 从上可知，V 命名混乱，1967、1970 年国际理论与应用 化学学会、国际营养科学学会先后提出 V 命名原则的建议， 但一直没被广泛应用。

（二）分类 脂溶性维生素（lipid-soluble vitamins）： 溶于脂或脂肪溶剂，生物组织中与脂肪共存。 水溶性维生素（water-soluble vitamins）： 溶于水 B 族维生素：B1、B2、B3、B5、B6、生物素、叶酸、 B12、硫辛酸等 维生素 C

  下面所列是较为重要的维生素，其中以维生素A、D、 B1、B2、PP 和维生素 C 对机体的代谢调节最为重要，膳 食中的供应也常不足或缺乏。 脂溶性维生素 维生素A 抗眼干燥病维生素 维生素D 抗佝偻病维生素 维生素E 抗不育维生素 维生素K 抗出血维生素 水溶性维生素 维生素B1 抗神经炎维生素 维生素B2 抗口舌炎维生素 维生素B6 抗皮肤炎维生素 维生素B12 抗恶性贫血维生素 维生素C 抗坏血病维生素 维生素PP(B5) 抗癞皮病维生素 泛酸(B3) 抗皮肤角膜炎维生素 生物素(H) 抗皮脂溢出维生素 叶酸(B11) 抗贫血维生素

水 溶 性 维 生 素 与 辅 酶 维生素 化学名称 辅 酶 酶 生化反应 B1 硫胺素 焦磷酸硫胺素(TPP) 脱羧酶 脱CO2 B2 核黄素 黄素单核苷酸(FMN) 脱氢酶 传递2H 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD) B6 吡哆醛 磷酸吡哆醛 转氨酶 传递－NH2 B12 钴胺素 B12辅酶 变位酶 转移－CH3 H 生物素 生物胞素 羧化酶 传递CO2 PP 烟酸与 烟酰胺 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+） B3 泛酸 辅酶A(CoA) 硫激酶 传递酰基 B11 叶酸 四氢叶酸(FH4) 转移酶 传递一碳单位 在进化过程中，高效和经济的原则使得所有有机体在代谢中选用同一套 载体进行活性基团的交换。大多数水溶性维生素均为辅酶的组成部分。

四、维生素缺乏症发生的原因 （一）维生素的摄入量不足 （二）维生素的吸收障碍 （三）特殊生理状态下需要量增加而补充不足  四、维生素缺乏症发生的原因 （一）维生素的摄入量不足 （二）维生素的吸收障碍 （三）特殊生理状态下需要量增加而补充不足 （四）食物以外的维生素供给不足

一、维生素 A 二、维生素 D 三、维生素 E 四、维生素 K

脂溶性维生素包括维生素A、D、E、K 脂溶性维生素在食物中与脂类共同存在，并 随脂类一同吸收。 不溶于水，而溶于脂类及脂肪溶剂

一、维生素 A （一）结构 （二）生理功能及缺乏症 （三）来源

（一）结构 ●维生素A 又称抗干眼病维生素。天然的维生素 A 有两种形式: A1 及 A2 。 13 7 6 5 4 3 2 1 9 11

● Al 又称视黄醇（retinol）：存在于海水鱼的肝脏 ● VitA 在体内的活性形式：视黄醇、视黄醛 ●植物中存在维生素A源：胡萝卜素类，以β-胡萝卜素 最为重要。

β-胡萝卜素小肠粘膜处由 β-胡萝卜素加氧酶的作用，加氧断裂，生成 2 分子视黄醇 β－胡萝卜素

（二）生理功能及缺乏症 ●维生素A 是视觉细胞 内感受弱光的物质—— 视紫红质的组成成分 在维生素A缺乏时，引起 11-顺视黄醛的补充不足， 视紫红质的合成、分解与视黄醛的关系 ●维生素A 是视觉细胞 内感受弱光的物质—— 视紫红质的组成成分 在维生素A缺乏时，引起 11-顺视黄醛的补充不足， 视紫红质合成减少，对弱 光敏感性降低，日光适应 能力减弱，严重时会发生 “夜盲症”。

●维生素A 也是维持上皮组织的结构与功能所必需的 物质。 生和角质化，产生干眼病、皮肤干燥、毛发脱落. （三）来源： 动物肝脏、胡萝卜、鱼肝油

（一）结构 二、维生素 D 又称为抗佝偻病维生素,类固醇衍生物 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构

●食物中的维生素D 在小肠被吸收后，入乳糜微粒经淋巴 合蛋白（DBP）结合后被运输至肝，在25－羟化酶催化下 C－25加氧成为25－(OH)2－D3 。25－(OH)－D3 经肾小管 上皮细胞线粒体内1－α－羟化酶的作用生成 D3 的活性形 式：1,25－(OH)2－D3 、

（二）生理功能及缺乏症 骨的生成、钙化。 缺乏维生素D时，儿童可发生佝偻病，成人 引起软骨病。 ●VD的生物活性的形式是：1,25－(OH)2－D3 ●主要的作用是：促进钙及磷的吸收，有利于 骨的生成、钙化。 缺乏维生素D时，儿童可发生佝偻病，成人 引起软骨病。

三、维生素E：生育酚（tocopherol） （一）结构与性质 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构与性质 ●自然界以α-生育酚分布最广。 ● VitE 有六种，其中四种α、β、γ和δ种有生物活性。

动物缺乏维生素E 时其生殖器官发育受损甚至不育, 但人类尚未发现因维生素E 缺乏所致的不育症。 （二）生理功能及缺乏症 1、维生素E 是体内最重要的抗氧化剂，能避免脂质过氧 化物的产生，保护生物膜的结构与功能。 2、与动物的生殖有关 动物缺乏维生素E 时其生殖器官发育受损甚至不育, 但人类尚未发现因维生素E 缺乏所致的不育症。 临床上常用维生素E 来治疗先兆流产及习惯性流产。

四、维生素K：凝血维生素 （一）结构 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构 ●VitK 有K1、K2、K3、K4 ，其中K1、K2 为天然维生素 K，临床上应用的为人工合成的 K3、K4 ，可口服及注射。

（二）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，一些凝血因子由 无活性型向活性型的转变需要前体的 10 个谷氨酸残基（Glu）经 羧化变为γ-羧基谷氨酸（Gla）。Gla 具有很强的螫合 Ca2+ 能 力而使其转变为活性型。催化这一反应的为γ-羧化酶，维生素K 为该酶的辅助因子。

维生素K 缺乏的主要症状是凝血时间延长。 ●成人每日对维生素K 的需要量为 60～80μg 能合成，一般不易缺乏。 长期使用抗生素及肠道抗菌药可能引起维生素K 缺乏。 维生素K 缺乏的主要症状是凝血时间延长。

一、Bl (硫胺素) 六、B7(生物素) 七、B12(叶酸) 三、B3(泛酸) 八、B12(氰钴胺素) 九、硫辛酸 十、维生素 C  四、PP(尼克酸) 九、硫辛酸  五、B6(吡哆醛)  十、维生素 C

由尿排出体外，因而不会发生过多而产生中 毒现象。 物中摄取。 水溶性维生素包括 B 族维生素和维生素C。 水溶性维生素在体内很少蓄积, 过剩的部分 由尿排出体外，因而不会发生过多而产生中 毒现象。 又因在体内的储存很少，所以必须经常从食 物中摄取。

 一、维生素 Bl （一）结构 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构 维生素B1又名硫胺素（thiamine），是由一个 嘧啶环和一个噻唑环构 成，又称噻嘧胺。 硫胺素体内的活 性形式为焦磷酸硫 pyrophosphate， TPP）

（二）生理功能及缺乏症 ●以TPP 形式参与糖代谢，为丙酮酸、α-酮戊二酸 氧化脱羧酶系的辅酶。 缺 VB1 ，TPP 不能合成，糖类物质代谢中间产物 α-酮酸不能氧化脱羧而堆积，造成 “ 脚气病 ” 。

● VB1可抑制胆碱酯酶的活性，减少乙酰胆碱水 解。乙酰胆碱有增加肠道蠕动及腺体分泌的作 用，有助于消化。 缺VB1 ，消化液分泌减少，肠胃蠕动减少， 出现食欲不振，消化不良。

 二、维生素 B2 （一）结构及性质 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构及性质 ●维生素B2又名核黄素(riboflavin)，因其溶液呈黄色而得名。它的异咯嗪环上的第 1 及第 10 位氮原子与活泼的双键连接，可反复接受或释放氢，因而具有可逆的氧化还原性。

●食物中的维生素B2 被吸收后在小肠粘膜的黄素激酶 的作用下可转变成黄素单核苷酸（FMN），在体细 胞内还可进一步在焦磷酸化酶的催化下生成黄素腺 膘吟二核苷酸（FAD）。FMN 及 FAD 为其活性型。

FAD FADH2 FMN FMNH2 （二）生理功能及缺乏症 +2H -2H ●核黄素以辅酶 FMN 及 FAD 的形式参与体内各类氧 化还原反应，与糖、脂和氨基酸代谢密切相关，在代 谢中主要起氢传递体的作用。 FAD FADH2 FMN FMNH2 +2H -2H

●成人每日需要量为 1.2～1.5 mg，主要来源有酵母、 黄豆、绿色植物、豆类、鸡蛋、肝脏等 ●维生素B2 缺乏时，可引起口角炎、唇炎、阴囊炎、 羞明等症。

三、泛酸 （一）结构 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构 ●泛酸（pantothenic acid）又称遍多酸、维生素B3 。 由α、γ－二羟基－β、β－二甲基丁酸和β－丙 氨酸脱水缩合而成。

泛酸的活性形式为辅酶A（COA）及酰基载体蛋白（acyl caarier protein，ACP）;两者均含有4-磷酸泛酰巯基乙胺.

乙酰辅酶A(CoA-SH)

（二）生理功能及缺乏症 ●在体内 C0A 及 ACP 构成酰基转移酶的辅酶，广泛 参与糖、脂类、蛋白质代谢，约有 70 多种酶需 C0A 泛酸广泛存在于生物界，所以很少见泛酸缺乏 症，但在二战时的远东战俘中曾有“脚灼热综合 症”，为泛酸缺乏所致。

 四、维生素 PP （一）结构及性质 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构及性质 尼克酸 尼克酰胺 ●维生素PP 又名抗癞（糙）皮病维生素，包括尼克酸 （nicotinic acid）及尼克酰胺（nicotinamide），在体 内可相互转化。 尼克酸 尼克酰胺

●维生素PP 广泛存在于自然界，肝内能将色氨酸转变成维 生素PP，但转变率较低，为1/60，即 60mg 色氨酸仅能转 变成 l mg 尼克酸。因色氨酸为必需氨基酸，所以人体的 维生素 PP 主要从食物中摄取。 ●维生素PP在体内的活性形式： 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+） 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）

的辅酶，分子中的尼克酰胺部分具有可逆的加 氢及脱氢的特性。 （二）生理功能及缺乏症 ● NAD+ 和 NADP+ 在体内是多种不需氧脱氢酶 的辅酶，分子中的尼克酰胺部分具有可逆的加 氢及脱氢的特性。

NAD++2H+→NADH+H+ DADP++2H+→NADPH+H+

NADH和NADPH由于含有二氢吡啶环,在340nm处有一吸收峰, 但NAD+和NADP+在这个波长没有吸收峰,所以340nm处吸收的出现 和消失可以用作监测与氧化和还原相关的脱氢酶催化反应指标。

人类 VPP 缺乏症称为癞（糙）皮病（pellagra），PP 来 自于拉丁文癞皮病防治一词（pellagra preven－talive）， 癞皮病主要表现是皮炎、腹泻及痴呆。 ● 临床尼克酸用来作为降胆固醇的药物，尼克酸能抑制脂 肪组织的脂肪分解，从而抑制 FFA 的动员，可使肝中 VLDL 的合成下降，而起到降胆固醇的作用。

五、维生素 B6 （一）结构 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构 维生素B6 包括吡哆醇(pyridoxine)、吡哆醛(pyridoxal)及吡 哆胺(pyridoxamine)，在体内以磷酸酯的形式存在。磷酸吡哆 醛和磷酸吡哆胺可相互转变，均为活性型。

临床上常用维生素B6 对小儿惊厥及妊娠呕吐进行治疗。 （二）生理功能及缺乏症 磷酸吡哆醛是氨基酸代谢中的转氨酶及脱羧酶的 辅酶，能促进谷氨酸脱羧，增进γ-氨基丁酸的生成， γ-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。 临床上常用维生素B6 对小儿惊厥及妊娠呕吐进行治疗。

六、生物素 （一）结构及性质 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构及性质 生物素（biotin）： 由一个噻吩环和一分子尿素结合而成， 侧链带一戊酸。为无 色针状结晶体，耐酸 而不耐碱，氧化剂及高温可使其破坏。

（二）生理功能及缺乏症 ●生物素是体内多种羧化酶的辅酶，如丙酮酸羧化 酶等，参与 CO2 的固定过程。 ●在组织内生物素的分子侧链中，戊酸的羧基与酶 蛋白分子中的赖氨酸残基上的ε-氨基通过酰胺键 共价结合，形成羧基生物素-酶复合物，又称生物 胞素（biocytin）。 ●生物胞素可将活化的羧基转移给酶的相应的底物。

●生物素来源极广泛，人体肠道细菌也能合成，很少出现 缺乏症 ●新鲜鸡蛋中有一种抗生物素蛋白（avidin），它能与生 物素结合使其失去活性并不被吸收，蛋清加热后这种蛋 白便被破坏，也就不再妨碍生物素的吸收。 长期使用抗生素可抑制肠道细菌生长，可能造成生物 素的缺乏，主要症状是疲乏、恶心、呕吐、食欲不振、皮 炎及神经过敏等

七、叶酸 （一）结构及性质 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构及性质 ● 叶酸（folic acid）又称蝶酰谷氨酸。由 2-氨基- 4 -羟基 - 6 -甲基蝶呤啶、对氨基苯甲酸和谷氨酸三部分组成。

●叶酸在小肠上段吸收后,在十二指肠及空肠上皮粘膜细胞的叶 酸还原酶（辅酶为NADPH）作用下可转变成叶酸的活性型四氢 叶酸。

（二）生理功能及缺乏症 ● FH4 是体内一碳单位转移酶的辅酶，分子内部 N5、 N10 两个氮原子能携带一碳单位。 ● 一碳单位在体内参加多种物质的合成，如嘌呤、胸腺嘧 啶核苷酸等。 当叶酸缺乏时，DNA 合成必然受到抑制，骨髓幼红细 胞 DNA 合成减少，细胞分裂速度降低，细胞体积变大， 造成巨幼红细胞贫血。

FH4 与一碳单位的转移

●叶酸在肉及水果、蔬菜中含量较多，肠道的细菌也能 合成，所以一般不发生缺乏症。 ●孕妇及哺乳期细胞快速分裂增加或因生乳而致代谢较 旺盛，应适量补充叶酸。

●叶酸类似物氨甲蝶呤、氨基蝶呤可抑制二氢叶酸还原酶 从而抑制四氢叶酸的生成，临床上用作抗肿瘤药物。

八、维生素 B12 （一）结构 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构 ●维生素B12 又称钴胺素（coholamine），是唯一含金 属元素的维生素. 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。

B12的两种活 性形式

●缺乏症： 恶性贫血 （二）生理功能及缺乏症 ●功能：5’-脱氧腺苷钴 胺素是一些变位酶的辅 酶，甲基钴胺素是甲基 转移酶的辅酶，参与体 内甲基转移作用。 ●缺乏症： 恶性贫血

九、硫辛酸 ●硫辛酸（lipoic acid）的结构是 6,8二硫辛酸，能还原为二氢硫辛 酸，为硫辛酸乙酰转移酶的辅酶。 ●它很容易进行氧化还原反应，故可保护巯基酶免受重 金属离子的毒害。 ●尚未发现人类有硫辛酸的缺乏症。

§4.3 水溶性维生素 硫辛酸(lipoic acid)的结构是 6,8二硫辛酸，有两种 形式，即硫辛酸(氧化型)和二氢硫辛酸(还原型)。

硫辛酸与酰基转移

硫辛酸与酰基转移

十、维生素 C （一）结构及性质 （二）生理功能及缺乏症

（一）结构及性质 ●L-已糖的衍生物，含烯醇式羟基，易电离出质子，呈酸性 ●有氧化型（脱氢型）和还原型两种：

● Vit C 具有强还原性： L-抗坏血酸为天然生理活性型，L-脱 糖酸后无活性。 维生素C 为片状晶体。

●人体不能合成维生素C ，维生素C 广泛存在于新鲜 蔬菜及水果中。 ●植物中含有的抗坏血酸氧化酶能将维生素C 氧化为 无活性的二酮古洛糖酸，所以储存久的水果、蔬菜 中的维生素C 的含量会大量减少。 ●干种子中虽然不含有维生素C ，但一发芽便可合 成，所以豆芽等是维生素C 的重要来源。 ●植物体内维生素C 由葡萄糖转化而来。

（二）生理功能及缺乏症 1、促进胶原蛋白的合成 ● VitC 是胶原脯氨酸羟化酶及胶原赖氨酸羟化酶所必需 的辅助因子。 如果缺乏会因胶原蛋白合成异常导致皮肤易损伤，牙齿易 松动，毛细血管破裂及创伤不易愈合，即所谓的坏血病。

2、维生素C参与体内氧化还原反应，是重要的还原剂 的 －SH 维持还原状态；也可在谷胱甘肽还原酶 作用下，促使氧化型（G-S-S-G）还原为还原型谷 胱甘肽（GSH）。还原型 G-SH 能使细胞膜的脂 质过氧化物还原，起保护细胞膜的作用。

3、有维生素C存在下，铁的吸收增加明显 ●维生素C 能使红细胞中的高铁血红蛋白（MHb） 还原为血红蛋白（Hb），使其恢复对氧的运输。 ●维生素C 能保护维生素A 、E 免遭氧化，还能促 使叶酸转变成为有活性的四氢叶酸。

●我国建议成人每日的需要量为 60 mg 。 ●维生素 C 缺乏时可患坏血病，主要为胶原蛋白合成 障碍所致，可出现皮下出血、肌肉脆弱等症。正常 状态下因体内可储存有维生素C ，坏血病的病状在 维生素 C 缺乏后 3～4 个月才能出现。