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1、生物化学与分子生物学,第五章 维生素与无机物,Vitamins and Minerals,定义： 维生素(vitamin) 是人体内不能合成，或合成量甚少、不能满足机体的需要，必须由食物供给，维持正常生命活动过程所必需的一组低分子量有机化合物。,一、维生素,微量元素(trace element)：指人体每日需要量在100mg以下的化学元素，主要包括铁、碘、铜、锌、锰、硒、氟、钼、钴、铬等。,二、无机元素,无机元素(minerals)是维持人体正常生理功能也必不可少的元素。,分类,常量元素(macroelement)：钠、钾、氯、钙、磷、镁等,第一节 脂溶性维生素,Lipid-soluble V
2、itamin,共同特点： （1）均为非极性疏水的异戊二烯衍生物 （2）不溶于水，溶于脂类及脂肪溶剂 （3）在食物中与脂类共存，并随脂类一同吸收 （4）吸收的脂溶性维生素在血液与脂蛋白及某 些特殊结合蛋白特异结合而运输 种类： Vit A, Vit D, Vit E, Vit K,脂溶性维生素的结构,一、维生素A,动物内脏(视黄醇酯） 植物：维生素A原（如-胡萝卜素）,（一）视黄醇是天然维生素A的主要形式,A1（视黄醇） A2（3-脱氢视黄醇）,天然形式：,来源：,运输形式：,（二）视黄醇、视黄醛和视黄酸是维生素A的活性形式,1视黄醛与视蛋白的结合维持了正常视觉功能,2视黄酸对基因表达和组织分化
3、具有调节作用,全反式视黄酸和9-顺视黄酸是执行这一重要功能的关键物质。与细胞内核受体结合，与DNA反应元件结合，调节某些基因的表达。 缺乏：干眼病(xerophthalmia),3维生素A和胡萝卜素是有效的抗氧化剂,4. 维生素A及其衍生物可抑制肿瘤生长,能直接消灭自由基，有助于控制细胞膜和富含脂质组织的脂质过氧化。,（三）维生素A缺乏或过量摄入均引起疾病,缺乏症：,1.夜盲症 2.干眼病 3.对感染性疾病的敏感性增加,过多则可引起中毒症状：头痛、恶心、共济失调；肝细胞损伤和高脂血症；长骨增厚、高钙血症、软组织钙化以及皮肤干燥、脱屑和脱发等。,二、维生素D,（一）维生素D是类固醇衍生物,种 类
4、：VitD2（麦角钙化醇） VitD3（胆钙化醇） VitD2原：麦角固醇 VitD3原：7-脱氢胆固醇 麦角固醇 VitD2 胆固醇 7-脱氢胆固醇 VitD3（紫外照射） VitD3在血液中运输：与维生素D结合蛋白(vitamin D binding protein, DBP)相结合而运输。,（二）维生素D的活化形式是1,25-二羟维生素D3,维生素D3在体内的转变,（三）1,25-(OH)2-D3具有调节血钙和组织细胞分化的功能,1调节血钙水平是1,25-(OH)2-D3的重要作用,1,25-(OH)2-D3可通过信号转导系统使钙通道开放，促进小肠对钙、磷的吸收，影响骨组织的钙代谢，从而
5、维持血钙和血磷的正常水平，促进骨和牙的钙化。,2. 1,25-(OH)2-D3还具有影响细胞分化的功能,调节多种组织细胞分化 促进胰岛细胞合成与分泌胰岛素 抑制某些肿瘤细胞增殖和促进分化,（四）维生素D缺乏或摄入过量均引起疾病,缺乏症：,儿童可患佝偻病（rickets） 成人可发生软骨病（osteomalacia）,长期每日摄入25 g维生素D可引起中毒，长期每天摄入125 g维生素D则肯定会引起中毒，其症状主要有异常口渴，皮肤搔痒，厌食、嗜睡、呕吐、腹泻、尿频以及高钙血症、高钙尿症、高血压以及软组织钙化等。,三、维生素E,（一）维生素E是生育酚类化合物,生育酚(tocopherol): 、和
6、四种 生育三烯酚(tocotrienol): 、和四种,（二）维生素E具有抗氧化等多方面的功能,1维生素E是体内最重要的脂溶性抗氧化剂,机制: 捕捉过氧化脂质自由基,保护生物膜的结构与功能。,缺乏: 轻度溶血性贫血。,2维生素E具有调节基因表达的作用,上调或下调生育酚的摄取和降解相关的基因 延缓衰老 脂类摄取与动脉硬化的相关基因: 预防和治疗冠状动脉粥样硬化性心脏病 细胞外基质蛋白的基因、细胞黏附与炎症的相关基因 抗炎、维持正常免疫功能 细胞信号系统和细胞周期调节的相关基因 抑制细胞增殖，抗肿瘤,3维生素E能促进血红素合成,血红素合成关键酶：氨基酮戊酸(ALA)合酶 ALA脱水酶 缺乏：新生儿
7、贫血,（三）维生素E缺乏可引起轻度贫血,维生素E缺乏病是由于血中维生素E含量低而引起，主要发生在婴儿，特别是早产儿。新生儿缺维生素E可引起贫血。 临床上常用维生素E治疗先兆流产及习惯性流产。,四、维生素K,（一）维生素K是2-甲基1,4-萘醌的衍生物,人工合成：K3,天然形式：,K1-植物甲萘醌或叶绿醌,K2-肠道细菌的产物,（二）维生素K的主要功能是促进凝血,1维生素K是凝血因子合成所必须的辅酶,2维生素K对骨代谢具有重要作用,（三）维生素K缺乏可引起出血,第二节 水溶性维生素,Water-soluble Vitamin,易溶于水，故易随尿液排出 体内不易储存，必须经常从食物中摄取 作用比较
8、单一，主要构成酶的辅助因子直 接影响某些酶的催化作用。,种类：B族维生素，维生素C,共同特点,水溶性维生素的结构,一、维生素B1,（一）维生素B1形成辅酶焦磷酸硫胺素,焦磷酸硫胺素(thiamine pyrophosphate, TPP),TPP是-酮酸氧化脱羧酶的辅酶，也是转酮酶的辅酶 在神经传导中起一定的作用，抑制胆碱酯酶的活性,脚气病，末梢神经炎,（二）维生素B1在糖代谢中具有重要作用,（三）维生素B1缺乏可引起脚气病,二、维生素B2,维生素B2又名核黄素(riboflavin) 体内活性形式为黄素单核苷酸(FMN) 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD),（一）维生素B2是FAD（黄素腺嘌呤二核
9、苷酸）和FMN(黄素单核苷酸）的组成成分,Vit B2,FMN,AMP,FAD,FMN及FAD是体内氧化还原酶(如脂酰CoA脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等）的辅基，主要起氢传递体的作用 .,（二）FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基,（三）维生素B2缺乏病是一种常见的营养缺乏病,口角炎，唇炎，阴囊炎等,三、维生素PP,维生素PP包括： 烟酸(nicotinic acid) 烟酰胺(nicotinamide),体内活性形式： 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+),（一）维生素PP是NAD+和NADP+的组成成分,NAD+：R为 H,NADP+：R为,烟酰
10、胺,（三）维生素PP缺乏可引起癞皮病,缺乏症: 癞皮病,大量长期服用会中毒,肝损伤,NAD+及NADP+是体内多种不需氧脱氢酶（如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶）的辅酶，起传递氢的作用。,（二）NAD+和NADP+是多种不需氧脱氢酶的辅酶,四、泛酸,泛酸(pantothenic acid)又名遍多酸 体内活性形式为辅酶A(CoA)、酰基载体蛋白(ACP),（一）泛酸在辅酶A和酰基载体蛋白的组成成分,（二）辅酶A和酰基载体蛋白参与酰基转移反应,CoA及ACP是酰基转移酶的辅酶，参与酰基的转移作用。,（三）泛酸缺乏可引起各种胃肠功能障碍等疾病,泛酸,4-磷酸泛酰 巯基乙胺,CoA的结构式,五、生物素,（
11、一）生物素(biotin)的来源广泛,（二）生物素是多种羧化酶的辅基,生物素是体内多种羧化酶(如丙酮酸羧化酶、乙酰CoA羧化酶)的辅基，与羧化酶蛋白中赖氨酸残基的-氨基以酰胺键共价结合，形成生物胞素残基，参与CO2固定过程。,生物素还可使组蛋白生物素化，从而影响细胞周期、转录和DNA损伤的修复。,（三）生物素缺乏也可诱发机体不适,疲乏、恶心、呕吐、食欲不振、皮炎及脱屑性红皮病,六、维生素B6,（一）维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺,维生素B6包括吡哆醇(pyridoxine)、吡哆醛(pyridoxal)和吡哆胺(pyridoxamine)。 活化形式：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛是
12、氨基酸转氨酶及脱羧酶的辅酶，用于治疗小儿惊厥、妊娠呕吐和精神焦虑。 磷酸吡哆醛也是-氨基-酮戊酸合酶（ALA合酶）的辅酶。缺乏导致低血色素小细胞性贫血和血清铁增高。 磷酸吡哆醛是同型半胱氨酸分解代谢酶的辅酶，缺乏引起高同型半胱氨酸血症。,（二）磷酸吡哆醛的辅酶作用多种多样,1磷酸吡哆醛是多种酶的辅酶,2磷酸吡哆醛可终止类固醇激素的作用,作用机制：将类固醇激素-受体复合物从DNA中移去，终止这些激素的作用。 维生素B6缺乏：可增加人体对雌激素、雄激素、皮质激素和维生素D作用的敏感性。,（三）维生素B6过量可引起中毒,日摄入量超过200mg可引起神经损伤，表现为周围感觉神经病。,叶酸(folic
13、acid)又称蝶酰谷氨酸 体内活性形式为四氢叶酸(FH4),七、叶酸,（一）四氢叶酸是叶酸的活性形式,（二）四氢叶酸是一碳单位的载体,FH4是一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位的转移。N5、N10 是一碳单位的结合位点。,缺乏症：巨幼红细胞贫血 高同型半胱氨酸血症和DNA低甲基化,叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H+,NADP+,二氢叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H+,NADP+,四氢叶酸,5, 6, 7, 8-四氢叶酸,（三）叶酸缺乏可导致巨幼红细胞性贫血,维生素B12又称钴胺素(coholamine) 体内活性形式为甲基钴胺素 5 -脱氧腺苷钴胺素,八、维生素B12,（一）维生素B1
14、2的吸收需要内因子,R：5-脱氧腺苷 5-脱氧腺苷钴胺素,Vit B12是N5-CH3-FH4转甲基酶（甲硫氨酸合成酶）的辅酶，催化同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸。,Vit B12 缺乏：,缺乏症：巨幼红细胞贫血 高同型半胱氨酸血症 神经疾患,（二）维生素B12影响一碳单位的代谢和脂肪酸的合成,一是引起甲硫氨酸合成减少 二是影响四氢叶酸的再生,（三）维生素B12缺乏可导致巨幼红细胞性贫血等多种疾病,九、维生素C,（一）维生素C是对热不稳定的酸性物质,维生素C又称L-抗坏血酸(ascorbic acid)，呈酸性，广泛存在于新鲜蔬菜和水果中。,动物体内不能合成维生素C，必需由食物供给。,抗坏血酸
15、分子中C2和C3羟基可以氧化脱氢生成脱氢抗坏血酸，后者也可以加氢还原。,维生素C,脱氢维生素C,（二）维生素C既是一些羟化酶的辅酶又是强抗氧化剂,1维生素C是一些羟化酶的辅酶,抗坏血酸是维持体内含铜羟化酶和-酮戊二酸-铁羟化酶活性必不可少的辅因子。,2维生素C作为抗氧化剂可直接参与体内氧化还原反应,3维生素C具有增强机体免疫力的作用,（三）维生素C严重缺乏可引起坏血病,十、-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。,-硫辛酸有抗脂肪肝和降低血胆固醇的作用。另外，它很容易进行氧化还原反应，故可保护巯基酶免受金属离子毒害。,
16、第三节,微量元素,Trace Element,种类 主要包括有铁、碘、铜、锌、锰、硒、氟、钼、钴、铬等10种。,概念： 微量元素是指人体中每人每天的需要量在100以下的元素。,一、铁,（一）运铁蛋白和铁蛋白分别是铁的运输和储存形式,铁(Fe3+)在血液中与运铁蛋白(transferrin)结合而运输。 多余的铁以铁蛋白的形式主要储存于肝、脾、骨髓、小肠黏膜、胰等器官。 体内铁的唯一排泄途径：细胞内有铁蛋白铁随着小肠黏膜上皮细胞脱落而排泄于肠腔。,铁是体内含量最多的一种微量元素，成年男性平均含铁量约为50 mg/kg，女性约为30 mg/kg。,铁卟啉化合物：75% 非铁卟啉类含铁化合物：25% （如含铁的黄素蛋白、铁硫蛋白、运铁蛋白等）。,（二）体内铁主要存在于铁卟啉化合物和其他含铁化合物中,（三）铁的缺乏与中毒均可引起严重的疾病,铁的缺乏：小细胞低血色性贫血,铁摄入过剩：血色素沉着症(hem
