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1、第十一章第十一章 维生素维生素 & 辅酶辅酶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g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。How vitamins differ f
2、rom the energy-yielding nutrientsStructureVitamins are individual units, not long chainsFunctionDo not yield energy but assist in releasing energy from CHO, fats and proteinsFood contentSmall amts needed daily (micrograms and milligrams)Vitamin PrecursorsCompounds that can be converted into active v
3、itaminsAlso known as provitaminsMust measure both active vitamin as well as provitamin when assessing intakeOther CharacteristicsOrganic NatureCan be destroyed so food needs to be handled with care to avoid loss in storage or cookingSolubilityHydrophilic: water solubleB vitamins and vitamin CHydroph
4、obic: fat solubleVitamins A,D,E and K类别脂溶性维生素水溶性维生素溶解性质不溶于水，溶于有机溶剂溶于水吸收先进入淋巴循环，然后再到血液直接被肠道吸收，进入血液运输需要载体蛋白的帮助自由贮存量多时与脂肪贮存在一起，难以排泄量多时经肾脏排泄出去毒性大量服用时容易达到毒性水平难以达到毒性水平剂量周期性地服用经常少量服用（1天3天）脂溶性维生素与水溶性维生素的比较脂溶性维生素与水溶性维生素的比较Fat Soluble Vitamins维生素A维生素A是由-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
5、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。Active Forms of Vitamin AThree active forms of vitamin A called retinoids: retinol, retinal, retinoic acidRetinolmade from beta-carotene (vitamin A precursor) , stored in liver, & released into bloodstream when needed Retinal and Retin
6、oic Acid are made from retinol as needed by the bodyVitamin A as a Steroid Hormone-胡萝卜素向维生素胡萝卜素向维生素A的转变以及维生素的转变以及维生素A在体内的功能在体内的功能维生素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Serious Vitamin A DeficiencyCan prog
7、ress to thickening of the corneakeratomalaciaLeading to permanent blindnessxerophthalmiaDeficiency can be reversed if appropriate vitamin A is given early enoughCataracts & Vitamin A Food Sources of Vitamin APreformed vitamin A found only in animal productsmilk liverbutterVitamin D维生素D属于固醇类衍生物，人体内维生
8、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。维生素维生素D的化学结构的化学结构Roles of Vitamin DPromotes b
9、one mineralizationMaintains blood calcium levels by:absorbing Ca from the GI tractdrawing it from the skeleton retaining it through the kidneysMany other functions throughout the bodyVitamin D DeficiencyBone fail to calcify; bone abnormalities are the most obvious signRicketsvitamin D deficiency dis
10、ease of childrencharacterized by abnormal bone growthbowed legs or knock knees, outward bowed chest and knobs on the ribsHow much sun exposure in needed ?Depends on darkness of skin and degree of exposure: exposure a few times/wk should be sufficient10 to 15 minutes for fair skin up to 1.5 hours for
11、 dark skinFood Sources of Vitamin DFortified milkFortified margarine Some found in animal foodsbuttercreamegg yolksliverfatty fish such as salmon维生素E维生素E又称为生育酚，已经发现的生育酚有、和四种，其中以-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、-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
12、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。-生育酚的化学结构生育酚的化学结构分子式反应性基团抗氧化剂O2分子氧维生素A，-胡萝卜素，维生素EO2OHRO超氧化物自由基羟基自由基烷氧基自由基超氧化物岐化酶，维生素E，-胡萝卜素ROO过氧自由基维生素E，维生素CH2O2过氧化氢过氧化氢酶，谷胱甘肽过氧化物酶LOOH脂质过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶自由基与抗氧化剂自由基与抗氧化剂Food S
13、ourcesVegetable oil productscooking oilmargarinesalad dressingshorteningFruits and vegetablesWheat germ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-羧基化修饰最终激活它们的活性。需要进行-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
14、K又名为凝血维生素。维生素维生素K作为辅酶参与的酶促反应作为辅酶参与的酶促反应Vitamin K SourcesNon-Food SourceGut bacteria produce vitamin KFood Sourcesdark-green leafy vegetables cauliflower, broccoli, cabbagelivermilkPeople most likely to need vitamin supplementsWomen preparing for conception, pregnantPeople with low energy intake (120
15、0 kcal)Vegans (Vit B 12)Newborns need Vit KPeople with limited milk intake and limited sun exposure (Vit D)People with certain medical conditionsSmokers & excess alcohol consumersFood SourcesMilk and milk productsMeats Leafy green vegetablesEnriched and whole-grain cerealsLight and irradiation, but
16、not heat, destroy riboflavin Water Soluble Vitamins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。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
17、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。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-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Thiamin DeficiencyDeficiency seen in those generally malnourished and in alcoholicsBeriberi - characteri
18、zed by:loss of sensation in hands and feetmuscular weaknessadvancing paralysisabnormal heart actionFood SourcesMeats, e.g., liver, pork and hamWhole grain breads and cereals Green leafy vegetablesProlonged cooking can destroy thiamin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）
19、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。Riboflavin DeficiencySymptoms include:cracks at corners of mouthhypersensitivity to lightskin rash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（NAD+）和辅酶（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
20、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。Niacin DeficiencyPellagraCharacterized by the 4 DsdiarrheadermatitisdementiadeathNiacin Deficiency and PellegraFood Sources of NiacinMilkEggsMeat, fish, poultryWhole grains, enriched breads and cerealsNutsProtein-containing foods维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。辅
21、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。B6 DeficiencySymptoms include:weaknessirritabilityinsomniagreasy dermatitisconvulsionsweakened immune responsegrowth failureFood Sources
22、Protein-rich foods - meat, fish, poultryPotatoesLeafy green vegetablesSome fruits, e.g., bananaB6 is lost when foods are heated泛酸即维生素B5，是由,-二羟-,-二甲基丁酸与-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。辅酶辅酶A的化学结构的化学结构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
23、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。叶酸的化学结构叶酸的化学结构能被四氢叶酸转移的能被四氢叶酸转移的“一碳单位一碳单位”Sources of FolateGreen leafy vegetablesFresh, uncooked vegetables and fruitEggsLegumes, including peanuts生物素又名维
24、生素H，为带有戊酸的噻吩与尿酸结合的骈环。辅酶作为多种羧化酶的辅酶参与CO2的固定。在细胞内，生物素在生物素蛋白质连接酶的催化下通过其戊酸侧链与羧化酶的赖氨酸残基上的-NH2形成的酰胺键相连，于是，生物素的骈环通过柔长的链系在酶分子上，这种结构对羧化反应十分重要。通常将以这种形式存在的生物素和赖氨酸残基的复合物被称为生物胞素。缺乏症：鳞状皮炎、精神忧郁、脱发和无食欲等。生物素和生物胞素的化学结构生物素和生物胞素的化学结构硫辛酸硫辛酸的本质为含有2个硫原子的辛酸，有氧化型（2个硫原子通过二硫键相连）和还原型（二硫键还原为巯基）两种形式，在细胞内通过其羧基与硫辛酸转乙酰基酶的赖氨酸残基上的-NH2
25、形成的酰胺键相连，作为脂酰基的载体参与-酮酸的氧化脱羧。硫辛酸的主要来源为肝和酵母，人类还没有发现与硫辛酸相关的缺乏病。硫辛酸和硫辛胺的化学结构硫辛酸和硫辛胺的化学结构维生素B12含有复杂的咕啉环结构，可谓自然界最复杂的辅助因子，因其分子中含有金属元素钴和若干酰氨基，故又称为钴胺素。维生素B12的吸收与胃粘膜分泌的一种糖蛋白密切相关，这种糖蛋白叫做内在因子。维生素B12必须与内在因子结合后才能被小肠吸收。辅酶甲基钴胺素和5-脱氧腺苷钴胺素。 甲基钴胺素参与体内的转甲基反应和叶酸代谢，是N5-甲基四氢叶酸甲基移换酶的辅酶。此酶催化N5-甲基四氢叶酸和高半胱氨酸之间不可逆的甲基移换反应，产生四氢叶
26、酸和甲硫氨酸；5-脱氧腺苷钴胺素 在体内作为几种变位酶的辅酶。缺乏症：恶性贫血和神经系统受损。维生素维生素B12及其衍生物的化学结构及其衍生物的化学结构B12 DeficiencyPernicious anemiacharacterized by large, immature red blood cells and damage to nervous systemOther symptoms include:smooth tonguefatiguedamaged nerve sheaths creeping paralysis general malfunction of nerves an
27、d musclesnerve damage is serious and irreversibleSources of B12Only in foods of animal originSerious problem for strict vegetarians or vegansneed to eat B12 fortified foods OR take supplementsB Vitamin ImpostorsSometimes called B Vitamins but are not essential nutrients for humansInclude:inositollip
28、oic acidcholine is now listed as vitamin in DRIsAll serve as coenzymes but produced in bodyNon-vitaminsOther substances mistakenly thought to be essential to human health include:PABA (para-aminobenzoic acid)bioflavonoids (vitamin P)ubiquinone (coenzyme Q)pangamic acid (B15) - hoaxB17 (laetrile)carn
29、itine (BT)Supplements needed?For the nonvitamin & B vitamin imposters:Supplements are NOT necessary since not essential substancespresent in many foodsFor B vitamins:supplements not necessary in general as can be supplied from diet BUT may be needed under certain circumstances (vitamin B12 , folic a
30、cid)Final Word on B VitaminsSmall amounts needed but play crucial roleSee Figure Metabolic Pathways Involving B VitaminsRoles of B vitamins are closely interrelatedDeficiency of one often influences role of anotherToxicity is more likely to result from over use of supplements, not food intake维生素C维生素
31、C又名抗坏血酸它是含有内酯结构的酸性多羟基化合物，其分子中第2位和第3位碳原子上的两个烯醇式羟基极易解离质子，因而其水溶液有较强的酸性。此外，维生素C可脱氢而被氧化成氧化型维生素C，此反应是可逆的。维生素C含有手性碳原子，因而具有光学异构体，自然界存在的具有生理活性的是L型。辅酶羟化酶。缺乏症：坏血病维生素C的功能1. 参与体内的羟基化反应（1）胶原的合成（2）胆酸的形成（3）酪氨酸的降解 （4）有机药物或毒物的羟基化（5）肾上腺素的合成2. 抗氧化作用（1）保护水溶性化合物巯基和使巯基再生（2）防止铁的氧化、促进铁的吸收还原型维生素还原型维生素C和氧化型维生素和氧化型维生素C的互变的互变Vi
32、tamin C DeficiencyScurvy (see photo on page 338)Symptoms :loss of appetitegrowth cessationtenderness to touchweaknessbleeding gums & loose teethtiny red spots/bruises on skinanemiaVitamin C DeficiencyAlthough Vit C intake may be low in certain groups, scurvy is seldom seen in ChinaBut may be seen in
33、:infants fed only cows milkthe elderlyalcoholicsVitamin C and the Common ColdLinus Pauling in 1960s: massive doses of Vit C could protect against & cure the common coldStudies have since discredited this theoryEvidence that Vit C may lessen severity of symptoms but nothing can prevent or cure the co
34、mmon coldVitamin C SupplementsWidespread use re: to preventing or curing colds and cancerPossible toxic effects from very high doses taken over long period of time. Adverse effects include:nausea, abdominal cramps, diarrheacan interfere with test used to detect diabetescan interfere with some medicationsVitamin C SourcesFruits and vegetables Citrus fruitsBroccoli, green pepper, cantaloupe, strawberries, cauliflowerPotato - as a stapleVitamin C enriched juices (e.g. apple)Vitamin is destroyed by oxidation, high heat, and loss in water
