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第11章 维生素与辅酶 Vitamin and Coenzyme
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内容提要 维生素概论 脂溶性维生素 维生素A、E、 D、K 水溶性维生素 B族维生素 维生素C 维生素的名称、结构、功能及缺乏症
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11.1 维生素概论 11.1.1 维生素的概念 维生素是参与生物生长发育和代谢所必需的一类微量有机物质。
维生素不用来供能或构成生物体的组成部分。 已知绝大多数维生素作为酶的辅酶或辅基的组成部分。 由于缺乏维生素而引起的疾病称维生素缺乏症(avitaminosis)。
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11.1.2 维生素的发现 来源于医药实践和科学试验: 维生素是通过实验动物的科学饲养试验而发现。
唐代孙思邈:动物肝脏可防止夜盲症,谷皮汤熬粥 可防止脚气病。 日本海军:脚气病 维生素是通过实验动物的科学饲养试验而发现。 高等动物不能合成维生素不是绝对的,如人体能合成VD;大小白鼠能合成Vc。
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维生素的发现 维生素的故事(2003年11月12日星期三,中央10台走近科学):
烟酸:癞皮病,欧洲大面积暴发,严重者抽搐,死亡率达63%。在人群中引起极大恐慌。 当时病原说占上风,但未找到病因。 哥德堡,未发现病原菌,当以蛋、奶等作为补充食物进食时可使症状消失。 烟酸是辅酶I的结构成分,大脑以葡萄糖作为养料。葡萄糖的降解需大量的辅酶I.
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维生素的发现 19世纪,印度大面积暴发脚气病, 症状为全身无力等,1890年?荷兰医生艾克曼来到东印度进行实验研究。以白米喂小鸡,3个月后小鸡得脚气病。他的实验被厨师发现,禁止再用精制的白米喂小鸡。他只好自掏腰包买便宜的糙米喂小鸡,结果小鸡痊愈。(经过一系列的试验证明糙米中含有维生素B1.?)因此获1929年诺贝尔奖。 1906年,英国生物化学家霍普金斯(Frederick Hopkins)用老鼠做实验,证明食物中除了蛋白、糖 类、脂类、微量元素和水等营养物质外还存在一种必 需的“辅助因子”。 1929 共获诺贝尔奖
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维生素的发现 1912年,波兰科学家丰克(Casimir Funk), 经过千百次的试验,终于从米糠中提取出一 种能够治疗脚气病的白色物质。
Funk提议将这种化合物叫做Vitamine,意为 “Vital amine”,中文意思就是“致命的 胺”。 随后发现,许多其它的维生素并不含有“胺” 结构,但是由于Funk的叫法已经广泛采用, 所以这种叫法并没有废弃,仅仅将amine的最 后一个“e”去掉,成为了“vitamin”。
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维生素的故事 靠维生素赢得战争: 18世纪中叶,世界海上争霸十分激烈,英国和西班牙争夺海上霸权。1753年英国船医林德发现柑桔类水果可治疗海军中流行的坏血病,于是海军决定给每人每天一只柠檬,这样海军就可连续作战,而不需30天一换休。靠此举措,(1797年?)英军击败了西班牙的无敌舰队,随后建立了日不落帝国。 70年代,诺贝尔奖获得者Pauling 建议大剂量摄入维生素C治疗感冒。但Vc在体内主要的代谢产物是草酸,一般随尿排出,但有引起结石的危险。Pauling认为这只是动物体内的过程,人体中与此不同。结果?
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维生素的故事 叶酸:我国北方农村如河北省一带,神经管畸形----新生儿无脑或脊柱开裂,发病率极高6例‰,克林顿执政期间,中美就此课题进行合作,北京大学生殖科学研究所(?)进行了深入研究,发现胎儿母体中缺乏叶酸: DNA合成受阻→ 神经组织细胞不能正常发育→ 神经管畸形。 找到原因后,在叶酸缺乏高发区进行了预防实践,募集了47万妇女,动员进行叶酸的补充,统计了25万人的结果,发病率下降了85%。
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11.1.3 维生素的分类和辅酶的关系 B族维生素 维生素 酶、辅基及其它活性形式 主要功能
维生素 酶、辅基及其它活性形式 主要功能 维生素B1(硫胺素) 焦磷酸硫胺素(TPP) 酰基转移和酮酸的脱羧作用 维生素B2(核黄素) 黄素单核苷酸(FMN) 氧化还原反应 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD) 氧化还原反应 维生素PP 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD) 氢原子(电子)转移 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)氢原子(电子)转移 泛酸 辅酶A 酰基转移作用 叶酸 四氢叶酸 传递一碳单位
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11.2 脂溶性维生素 不溶于水,溶于脂肪及脂溶剂(如苯、乙醚及氯仿中) 吸收后可以在体内,尤其是在肝内储存
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11.2.1 维生素A 维生素A又名视黄醇(retinol) 维生素A:A1和A2两种。
维生素A是构成视觉细胞内感光物质—视紫红质(rhodopin)的成分。
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维生素A
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维生素A β -胡萝卜素(维生素A原) (α、γ胡萝卜素活性为β型的一半)
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维生素A
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维生素A 眼睛对弱光的感光与维生素A关系密切,维生素A缺乏可导致夜盲症。
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维生素D 维生素D即抗佝偻病维生素 维生素D家族:
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维生素D
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维生素D
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维生素D 25-羟维生素D3是维生素D在身体内的主要循环形式。 25-羟维生素D3的最终活性形式是1,25-二羟维生素D3 。
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维生素D 维生素D的缺乏症 当缺乏维生素D时,儿童可发生佝偻病,成人引起软骨病。
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维生素D 维生素D主要含于肝、奶及蛋黄中,而以鱼肝油含量最丰
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11.2.3 维生素E 维生素E与动物生育有关,故称生育酚(tocopherol),主要存在于植物油中。
天然生育酚有8种,俱为苯骈二氢吡喃的衍生物。
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维生素E
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维生素E 维生素E中以α-生育酚生理活性最高。 δ-生育酚抗氧化作用作用最强。
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维生素K 维生素K具有促凝血的功能, 凝血维生素 天然的维生素K:维生素K1和K2。 是2-甲基-1,4-萘醌的衍生物。
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维生素K
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维生素K 维生素K的主要生理功能: 促进肝脏合成凝血酶原; 调节另外三种凝血因子Ⅷ、Ⅸ及Ⅹ的合成。
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脂溶性维生素 种类 主要活性形式 化学结构 主要功能 维生素A 11-顺视黄醛 具有脂环的不饱和一元醇 暗视觉和弱光感光 维生素D
1,25-二羟胆钙甾醇 类甾醇衍生物 调节钙、磷代谢 维生素E 8种 苯骈二氢吡喃的衍生物 抗氧化剂 生殖功能 维生素K 4种 多是萘醌的衍生物或类似物 参与凝血作用
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水溶性维生素 水溶性维生素包括维生素B族、硫辛酸和维生素C。
维生素B族主要包括维生素B1, B2, PP, B6, 泛酸、生物素、叶酸及B12等。 维生素B族在生物体内通过构成辅酶发挥对物质代谢的影响。 体内不能多储存水溶性维生素。
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11.3 水溶性维生素 11.3.1维生素B1和硫胺素焦磷酸 维生素B1(硫胺素),抗神经炎维生素(又名抗脚气病维生素)。
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维生素B1和硫胺素焦磷酸
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维生素B1和硫胺素焦磷酸 硫胺素焦磷酸(TPP):糖代谢中羰基碳醛和酮合成与裂解反应的辅酶。 -酮酸的脱羧反应 -羟酮的形成与裂解反应
-酮转移反应
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维生素B1和硫胺素焦磷酸 维生素B1缺乏时,糖代谢受阻,丙酮酸积累,使病人的血、尿和脑组织中丙酮酸含量增多,出现多发性神经炎,皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、肌肉萎缩及下肢浮肿等症状,临床上称脚气病。 维生素B1主要存在于种子外皮及胚芽中,米糠、麦麸、黄豆、酵母、瘦肉等食物中含量最丰富
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11.3.2维生素PP和烟酰胺辅酶 维生素PP又称抗赖皮病维生素。
组成辅酶: NAD (烟酰胺腺嘌呤二核苷酸) Col NADP(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)Coll
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维生素PP和烟酰胺辅酶 人类维生素PP缺乏症称为癞皮症(pellagra),主要表现是皮炎、腹泻及痴呆。皮炎常呈对称性,并出现于暴露部位;痴呆是因神经组织变性的结果。
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维生素PP和烟酰胺辅酶
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NAD(P)H P
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维生素PP和烟酰胺辅酶 NAD+在氧化途径(分解代谢)中是电子受体,而DADH在还原途径(生物合成)是电子供体。 NAD+的作用:
代谢物上的氢先交给NAD+或NADP+ ,生成还原型的NADH或NADPH,后者在将氢去还原另一个代谢物。 NAD+也是DNA连接酶的辅酶,对DNA的复制有重要作用,为形成3′,5″—磷酸二脂键提供所需要的能量。
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11.3.3维生素B2和黄素辅酶 维生素B2又名核黄素(riboflavin),是核醇与7,8—二甲基异咯嗪的缩合物。
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维生素B2和黄素辅酶 在体内核黄素是以黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)形式存在,是生物体内一些氧化还原酶(黄素蛋白)的辅基,与蛋白部分结合很牢。
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维生素B2和黄素辅酶
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维生素B2和黄素辅酶
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维生素B2和黄素辅酶 当维生素B2缺乏时引起口角炎、舌炎、唇炎、阴囊皮炎、眼睑炎、角膜血管增生等。
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泛酸和辅酶A 辅酶A是泛酸的主要活性形式,以CoASH表示。
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CoA-CO-CH3 功能 传递酰基,是形成代谢中间产物的重要辅酶。 当辅酶A携带乙酰时,称为乙酰辅酶A。
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11.3.5维生素B6和 磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺 维生素B6包括: 吡哆醇(pyridoxine)、 吡哆醛(pyridoxal)、
吡哆胺(pyridoxamine)。 维生素B6活性形式: 磷酸吡哆醛(PLP)和磷酸吡哆胺。
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维生素B6 磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺
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维生素B6 磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺
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磷酸吡哆醛(PLP)参加催化涉及氨基酸的各种反应。包括
转氨作用, α—和β—脱羧作用, β—和γ—消除作用、 消旋作用和羟醛反应。 维生素B6 磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺
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维生素B12及其辅酶 氰钴胺素
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维生素B12辅酶参与三种类型的反应: 1)分子内重排 2)核苷酸还原成脱氧核苷酸(在某些细菌中) 3)甲基转移 缺乏症:恶性贫血 动物食品中(肉类和肝脏中)含量丰富,人和动物肠道中也能合成。
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生物素 VB7
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生物素 生物素在多种酶促催化反应中作为活动羧基载体。 生物素—赖氨酸:生物细胞素基(biocytin residue)。
来源广泛,肠道细菌也能合成。 HOOC
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生物素 卵蛋白avidin 卵白素=抗生物素=亲合素
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11.3.8 叶酸和四氢叶酸 叶酸最初由肝脏中分离出,后来发现绿叶中含量丰富,故名叶酸。
叶酸除了CO2之外是所有氧化水平碳原子一碳单位的重要受体和供体。 四氢叶酸(THF)是叶酸的活性辅酶形式,称为辅酶F(CoF)。
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叶酸和四氢叶酸
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叶酸和四氢叶酸 一碳形式 四氢叶酸形式 -CH3 -CH2- -CH=O -CH=NH -CH= N5甲基-THF
N5N10-亚甲基-THF N5-甲酰基-THF N10-甲酰基-THF N5-亚胺甲基-THF N5N10-次甲基-THF
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硫辛酸 同酶分子中赖氨酸残基的ε—NH2以酰胺键共价结合。
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硫辛酸
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硫辛酸是一种酰基载体 硫辛酸在α—酮酸氧化作用和脱羧作用时行使偶联酰基转移和电子转移的功能。
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维生素C 维生素C又称抗坏血酸(ascorbic acid)。 抗坏血酸和脱氢抗坏血酸形式是一种有效的氧化还原系统。
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维生素C
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维生素C
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维生素C 维生素C参与体内的氧化还原反应 1)保持巯基酶的活性和谷胱甘肽的还原状态,起解毒作用。
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维生素C 维生素C参与体内多种羟化反应 维生素C是羟化酶维持活性所必须的辅因子之一。 促进胶原蛋白的合成 维生素C的其他功能
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THE END!
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