1、第第11章章 维生素与辅酶维生素与辅酶 （Vitamin and Coenzyme）1维生素概论维生素概论2脂溶性维生素脂溶性维生素3水溶性维生素水溶性维生素4作为辅酶的金属离子作为辅酶的金属离子第第三三单元单元 维生素维生素与辅酶与辅酶维他命维他命 （一）（一）维生素的概念维生素的概念 （二）（二）维生素的发现维生素的发现 （三）（三）维生素的分类和辅酶的关系维生素的分类和辅酶的关系一一、维生素概论维生素概论 （一）（一）维生素的概念维生素的概念 维生素是参与生物生长发育和代谢所必需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。的一类微量有机物质。这类物质由于这类物质由于体内不能体
2、内不能合成或者合成量不足合成或者合成量不足，所需要量很少，每日仅，所需要量很少，每日仅以以mg或或ug计算，但计算，但必须由食物供给必须由食物供给。维生素在生物体内的作用不同于糖类、脂维生素在生物体内的作用不同于糖类、脂肪和蛋白质，它不是作为碳源、氮源或能源物质，不是用来供肪和蛋白质，它不是作为碳源、氮源或能源物质，不是用来供能或构成生物体的组成部分，但却是能或构成生物体的组成部分，但却是代谢过程中所必需代谢过程中所必需 的。的。已知绝大多数维生素作为酶的已知绝大多数维生素作为酶的辅酶辅酶或或辅基辅基的组成部分，在的组成部分，在物质代谢过程中起重要作用。物质代谢过程中起重要作用。维生素都是小分
3、子化合物。它们在化学结构上无共同维生素都是小分子化合物。它们在化学结构上无共同性，有脂肪族、芳香族、脂环族、杂环和甾类化合物等。性，有脂肪族、芳香族、脂环族、杂环和甾类化合物等。通常根据其溶解性质分为脂溶性和水溶性两大类。通常根据其溶解性质分为脂溶性和水溶性两大类。脂溶性脂溶性有维生素有维生素A、D、E、K等等.水溶性水溶性有维生素有维生素B1、B2、烟酸和烟酰胺烟酸和烟酰胺、B6、泛酸泛酸、生物素、生物素、叶酸叶酸、B12和维生素和维生素C等。各种维生素的辅酶、辅基以及在等。各种维生素的辅酶、辅基以及在 酶促反应中的主要作用见酶促反应中的主要作用见表表11-1。（。（P434）（三）维生素的
4、分类和辅酶的关系（三）维生素的分类和辅酶的关系 二二、脂溶性维生素脂溶性维生素 (一一)维生素维生素A (二二)维生素维生素D (三三)维生素维生素E (四四)维生素维生素K 维生素维生素A 维生素维生素A A 包括包括 A1 A1 和和 A2A2 A1 A1是视黄醇，主要存在于咸水鱼的肝脏；是视黄醇，主要存在于咸水鱼的肝脏；A2A2是是3-3-脱氢视黄醇，主要存在于淡水鱼肝脏。脱氢视黄醇，主要存在于淡水鱼肝脏。在高等植物中普遍存在的在高等植物中普遍存在的-胡萝卜素经过加氧酶的催胡萝卜素经过加氧酶的催化，可以产生两分子的视黄醛，再还原为两分子的视黄醇。化，可以产生两分子的视黄醛，再还原为两分子
5、的视黄醇。维生素维生素A A存在着三种形式：存在着三种形式：视黄醇、视黄醛和视黄酸。视黄醇、视黄醛和视黄酸。维生素维生素 A A视黄醛视黄醛3-3-脱氢视黄醇（脱氢视黄醇（V VA2A2)视黄醇视黄醇(V VA1A1)Fat-soluble Vitamins.VA.VA的物理性质：的物理性质：V VA A一般为黄色粘一般为黄色粘性油体，纯体可结晶为黄色三棱性油体，纯体可结晶为黄色三棱晶体，熔点晶体，熔点6363。V VA2A2尚未制成晶尚未制成晶体。体。V VA A不溶于水，而溶于油脂和不溶于水，而溶于油脂和乙醇，易氧化，在无氧条件下，乙醇，易氧化，在无氧条件下，相当耐热。易被紫外光所破坏。相
6、当耐热。易被紫外光所破坏。.维生素维生素A A的功能的功能：暗视野下暗视野下感光。除了促进年幼动物感光。除了促进年幼动物生长外，其主要功能为维生长外，其主要功能为维持上皮组织的健康及正常持上皮组织的健康及正常视觉，还有助于动物生殖视觉，还有助于动物生殖和泌乳。和泌乳。123A2A1名名 称称 别别 名名辅酶辅酶主要生理功能主要生理功能和机制和机制 来来 源源缺乏病缺乏病维生素维生素 A A 1 1、视黄醇视黄醇2 2、抗干眼抗干眼病维生素病维生素1 1、合成视紫红质合成视紫红质2 2、维持上皮组织的维持上皮组织的结构完整结构完整3 3、促进生长发育促进生长发育肝肝、蛋黄蛋黄、鱼肝油鱼肝油、胡萝
7、卜胡萝卜、青菜青菜、玉玉米等米等1 1、夜盲症夜盲症2 2、上皮组织上皮组织 角质化角质化3 3、生长发育生长发育受阻受阻 视黄视黄醛在暗视醛在暗视觉反应中觉反应中的作用的作用 如果维生素如果维生素A A供应不足，将导致视紫红质恢复的延缓和供应不足，将导致视紫红质恢复的延缓和暗视觉的障碍，这就是夜盲症的病因所在。暗视觉的障碍，这就是夜盲症的病因所在。视黄醛是视视黄醛是视紫红质的辅基，紫红质的辅基，视紫红质是一视紫红质是一个膜结合蛋白，个膜结合蛋白，它是由多肽视它是由多肽视蛋白和视黄醛蛋白和视黄醛组组成的成的见图见图11-111-1维生素维生素DD2D3V VD D 通常指通常指 D D3 3，
8、D D2 2 比比 D D3 3多一个双键多一个双键和一个甲基和一个甲基固醇的开环结构固醇的开环结构 维生素维生素D 名称名称别别 名名辅酶辅酶主要生理功能和机制主要生理功能和机制来源来源缺乏病缺乏病维生素维生素D D 抗佝偻抗佝偻病维生病维生素素鱼肝油鱼肝油、肝、肝、蛋黄蛋黄、奶等奶等佝偻病、佝偻病、软骨病软骨病(1)(1)调节钙调节钙、磷代谢磷代谢，维维持血液正常的钙持血液正常的钙、磷浓磷浓度度，从而促进钙化从而促进钙化，使使牙齿牙齿、骨骼发育正常。骨骼发育正常。(2)(2)帮助吸收帮助吸收V VA A维生素维生素 E E又称生育酚，已知有又称生育酚，已知有8 8种，其中种，其中4 4种（
9、种（、-生育酚）较为重要，生育酚）较为重要，-生育酚的效价最高。生育酚的效价最高。维生素维生素 E 名称名称 别名别名辅酶辅酶生理功能和机制生理功能和机制来源来源缺乏病缺乏病维生素维生素E E生育酚生育酚1 1、维持生殖机能、维持生殖机能麦胚油麦胚油及其他及其他植物植物人类未发人类未发现典型缺现典型缺乏症乏症2、抗氧化作用抗氧化作用维生素维生素 K K （萘醌衍生物萘醌衍生物）名称名称别别 名名主要主要辅酶辅酶生理功能和机制生理功能和机制来来 源源缺乏病缺乏病维生素维生素K K 凝血维凝血维生素生素1 1、促进合成凝血酶原促进合成凝血酶原2 2、与肝脏合成凝血因与肝脏合成凝血因子子、等有关。等
10、有关。肝、菠肝、菠菜等，菜等，肠道细肠道细菌可合菌可合成。成。成人一般不易成人一般不易缺乏，偶见于缺乏，偶见于新生儿及胆管新生儿及胆管阻塞患者，表阻塞患者，表现于凝血时间现于凝血时间延长延长维生素维生素 K脂溶性维生素结构脂溶性维生素结构 三三、水溶性维生素水溶性维生素 (一一)维生素维生素B Bl l和硫胺素焦磷酸和硫胺素焦磷酸 (二二)维生素维生素PPPP和烟酰胺辅酶和烟酰胺辅酶 (三三)维生素维生素B B2 2和黄素辅酶和黄素辅酶 (四四)泛酸和辅酶泛酸和辅酶A A(五五)维生素维生素B B6 6和和磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺 (六六)维生素维生素B B1212(氰钴胺
11、素氰钴胺素)及其辅酶及其辅酶 (七七)生物素生物素 (八八)叶酸叶酸和和四氢叶酸四氢叶酸 (九九)硫辛酸（见硫辛酸（见P P459459图图11-3411-34）（氢氢及及酰基酰基载体）载体）(十十)维生素维生素C CSHSHHOOC-(CH2)4-CH-CH2-CH2 维生素维生素B1 硫胺素硫胺素名名 称称别别 名名辅辅 酶酶主要生理功能和主要生理功能和机制机制 来来 源源 缺乏病缺乏病维生素维生素B B1 11 1硫胺素硫胺素2 2抗脚气抗脚气 病维生素病维生素 1 1参与参与-酮酸酮酸氧化脱羧作用氧化脱羧作用2 2抑制胆碱酯酶抑制胆碱酯酶活性，保护神经活性，保护神经正常传导正常传导酵母
12、、谷酵母、谷类种子的类种子的外皮和胚外皮和胚芽芽脚气病脚气病(多发性多发性神经炎神经炎)TPPCl-N+SCH3CH2CH2OHNNNH2H3CCH2嘧啶嘧啶噻唑噻唑噻唑噻唑嘧啶嘧啶维生素维生素B1和和羧化辅酶羧化辅酶硫胺素（硫胺素（Vitamin B1）硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸TPP维生素维生素B2 和黄素辅酶和黄素辅酶维生素维生素B2 名名 称称别别 名名辅辅 酶酶主要生理功主要生理功能和机制能和机制来来 源源缺乏病缺乏病维生素维生素B B2 2核黄素核黄素小麦、青菜、小麦、青菜、黄豆、蛋黄、黄豆、蛋黄、肝等肝等口角炎、唇口角炎、唇炎、舌炎等炎、舌炎等FMNFAD氢载体氢载体FMN黄素黄素
13、单核单核苷酸苷酸FMN结构，结构，FAD结构结构（FMN+虚线部分）虚线部分）核核黄素黄素riboflavinflavin mononucleotide FMNflavin adenine dinucleotide FADFAD黄素黄素腺嘌腺嘌呤二呤二核苷酸核苷酸氢氢载载体体FAD+2H FADH2功能：功能：在脱氢酶催化在脱氢酶催化的氧化的氧化-还原反应中，还原反应中，起着电子和质子的传起着电子和质子的传递体作用。递体作用。泛酸和辅酶泛酸和辅酶A 泛酸泛酸(维生素维生素B3)B3)是由是由，-二羟基二羟基-二甲基丁酸二甲基丁酸和一分子和一分子-丙氨酸缩合而成丙氨酸缩合而成。CH2CCH3CH
14、3CHOHCONHCH2CH2COHCOOHO泛酸泛酸 结构式见结构式见P P447447，-二羟基二羟基-二甲基丁酸二甲基丁酸-丙氨酸丙氨酸泛酸泛酸泛酸和辅酶泛酸和辅酶A(CoA)A(CoA)辅酶辅酶A A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的前体是泛酸。前体是泛酸。CH2CCH3CH3CHOHCONHCH2CH2CNHCH2CH2SHOOOOHPOOHHONNNH2NNOPOOOHPOOOHCH2功能：传递酰基，是形成代谢中功能：传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。间产物的重要辅酶。辅酶辅酶A(CoA)泛泛 酸酸名名 称称别别 名名辅辅 酶酶主
15、要生理功能主要生理功能和机制和机制来源来源缺乏病缺乏病 泛泛 酸酸遍多酸遍多酸酰基载体酰基载体动植物细动植物细胞中均含胞中均含有有人类未发人类未发现缺乏病现缺乏病HSCoA维生素维生素PP 和和 辅酶辅酶、辅酶辅酶烟酸烟酸烟酰胺烟酰胺 维生素维生素PP名名 称称别别 名名辅辅 酶酶主要生理功能主要生理功能和机制和机制来来 源源缺乏病缺乏病维生素维生素PPPP1 1尼克尼克酸和尼克酸和尼克酰胺酰胺2 2抗癞抗癞皮病维生皮病维生素素肉类、谷肉类、谷物、花生物、花生等，人体等，人体可由色氨可由色氨酸转变一酸转变一部分部分癞皮病癞皮病NAD+NADP+氢载体氢载体NAD+,NADP+的结构的结构red
16、ox-redox-氧化还原作用氧化还原作用维生素PP的作用机制氢的载体NAD+2H NADH+H+(NMP)(AMP)维生素维生素B6 和和 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛.物理特性：吡哆素为无色晶体，易溶于水及乙醇，在酸液中物理特性：吡哆素为无色晶体，易溶于水及乙醇，在酸液中 稳定，在碱液中易被破坏，对光不稳定，吡哆醇稳定，在碱液中易被破坏，对光不稳定，吡哆醇 耐热，吡哆醛和吡哆胺不耐高温。耐热，吡哆醛和吡哆胺不耐高温。吡哆醇吡哆醇吡哆醛吡哆醛吡哆胺吡哆胺 维生素维生素B6 名名 称称别别 名名辅辅 酶酶主要生理功能主要生理功能和机制和机制来来 源源缺乏病缺乏病维生素维生素B B6 6吡哆醇吡哆醇吡哆
17、醛吡哆醛吡哆胺吡哆胺 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛和磷酸吡哆和磷酸吡哆胺胺参与氨基酸转参与氨基酸转氨、脱羧和消氨、脱羧和消旋作用旋作用酵母、蛋黄、酵母、蛋黄、肝、谷类等，肝、谷类等，肠道细菌可肠道细菌可合成合成人类未人类未发现典发现典型缺乏型缺乏病病磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺生物素生物素尿素尿素噻吩噻吩生物素生物素生物胞素生物胞素 生物素生物素 名名 称称 别别 名名辅辅 酶酶主要生理功能主要生理功能和机能和机能 来来 源源缺乏病缺乏病生物素生物素维生素维生素H H 羧化酶的辅酶，羧化酶的辅酶，参与体内参与体内C0C02 2的的固定固定动植物组
18、织动植物组织均含有，肠均含有，肠道细菌可合道细菌可合成成人类未发人类未发现典型缺现典型缺乏病乏病叶酸和叶酸辅酶叶酸和叶酸辅酶2-2-氨基氨基-4-4-羟基羟基-6-6-甲基蝶啶甲基蝶啶对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸Glu叶酸的结构叶酸的结构叶叶 酸酸名名 称称别别 名名辅酶辅酶主要生理功能主要生理功能和机制和机制来来 源源缺乏病缺乏病叶叶 酸酸四氢叶酸四氢叶酸THFATHFA或或 FHFH4 4一碳基团如一碳基团如-CH-CH3 3,-CH-CH2 2-,-CHO-,-CHO 等等的载体，参与多的载体，参与多种生物合成过程种生物合成过程。青菜、肝、酵青菜、肝、酵母等母等恶性贫血恶性贫血四氢叶酸（四氢
19、叶酸（THFA）含有含有1 17 7个个 GluGlu5,6,7,8-四氢叶酸的结构四氢叶酸的结构维生素B12和B12辅酶 维生素维生素B B2 2有两个特征性结构：有两个特征性结构：钴啉环系统钴啉环系统和和5 5，6-6-二甲基苯并咪唑核苷酸。二甲基苯并咪唑核苷酸。维生素维生素B B1212名名 称称别别 名名辅辅 酶酶主要生理功能主要生理功能和机制和机制来来 源源缺乏病缺乏病维生素维生素B B1212氰钴胺素氰钴胺素5 5脱氧脱氧腺苷钴胺腺苷钴胺素素1 1参与某些变参与某些变位反应位反应2 2甲基的转移甲基的转移肝、肉、鱼肝、肉、鱼等，肠道细等，肠道细菌可合成菌可合成恶性恶性贫血贫血维生素
20、维生素C（抗坏血酸）（抗坏血酸）L-抗坏血酸抗坏血酸脱氢抗坏血酸脱氢抗坏血酸 维生素维生素C名名 称称别别 名名辅辅 酶酶主要生理功能和主要生理功能和机制机制来来 源源缺乏病缺乏病维生素维生素C C1 1抗坏血酸抗坏血酸2 2抗坏血病抗坏血病 维生素维生素1 1氧化还原作用氧化还原作用2 2作为脯氨酸羟化作为脯氨酸羟化酶的辅酶，促进细酶的辅酶，促进细胞间质的形成胞间质的形成3 3其他（预防贫血等）其他（预防贫血等）新鲜水果、新鲜水果、蔬菜，特蔬菜，特别是番茄、别是番茄、柑桔、鲜柑桔、鲜枣等枣等坏血病坏血病四四、作为辅酶的金属离子作为辅酶的金属离子 (一一)概论概论 (二二)金属酶类与金属激活酶
21、类金属酶类与金属激活酶类 (三三)含铁酶类含铁酶类 (四四)含铜酶类含铜酶类 (五五)含锌酶类含锌酶类 (六六)其他金属酶类其他金属酶类 动物和人为了生长和发育在饮食中除了维生素外，还需动物和人为了生长和发育在饮食中除了维生素外，还需要一些无机形式的化学元素。这些元素可分为两类：大量元要一些无机形式的化学元素。这些元素可分为两类：大量元素和微量元素。素和微量元素。大量元素包括大量元素包括钙、镁、钠、钾、磷、硫和氯钙、镁、钠、钾、磷、硫和氯，需要相对，需要相对大的量，它们常具有一种以上的功能。大的量，它们常具有一种以上的功能。微量元素主要包括微量元素主要包括铁、碘、铜、锰、锌、钴、钼、硒铁、碘、
22、铜、锰、锌、钴、钼、硒、等。等。其中有些微量元素的功能尚未搞清如其中有些微量元素的功能尚未搞清如铬、硒、氟、硅、铬、硒、氟、硅、砷砷等等 。(一一)概概 论论 虽然许多酶需要金属离子作为辅因子，但仍可以虽然许多酶需要金属离子作为辅因子，但仍可以根据金根据金属结合的强度属结合的强度把这些酶再把这些酶再分成金属酶类和金属激活酶类。分成金属酶类和金属激活酶类。金属酶金属酶一般含有化学计量的金属辅因子，它们结合的相当一般含有化学计量的金属辅因子，它们结合的相当牢固，而且加入游离金属离子后活性并不会增加。牢固，而且加入游离金属离子后活性并不会增加。金属激活酶金属激活酶中其金属处于酶表面的结合基团平衡中，
23、这种中其金属处于酶表面的结合基团平衡中，这种金属离子在酶的纯化过程中常常失去，必须再加入金属离子金属离子在酶的纯化过程中常常失去，必须再加入金属离子才能恢复催化活性，然而，金属激活酶类在酶的位点、受结才能恢复催化活性，然而，金属激活酶类在酶的位点、受结合的金属和底物之间通常是合的金属和底物之间通常是1：1：1的简单化学计量关系。的简单化学计量关系。（二）金属酶类与金属激活酶类（二）金属酶类与金属激活酶类 铁是氧载体蛋白铁是氧载体蛋白血红蛋白血红蛋白和和肌红蛋白肌红蛋白以及电子载体线粒以及电子载体线粒体蛋白体蛋白细胞色素细胞色素C中中血红素血红素基团的成分。几种重要的酶也都基团的成分。几种重要的
24、酶也都含有血红素辅基。一个最好的例子是含有血红素辅基。一个最好的例子是细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶，由营，由营养分子来的电子催化还原分子氧成水。养分子来的电子催化还原分子氧成水。其他血红素酶包括催化过氧化氢分解的其他血红素酶包括催化过氧化氢分解的过氧化氢酶过氧化氢酶和通和通过过氧化作用催化各种有机物质氧化的过过氧化作用催化各种有机物质氧化的过氧化物酶过氧化物酶。过氧化。过氧化氢酶中铁原子本身在催化循环中就是一个积极参加者。氢酶中铁原子本身在催化循环中就是一个积极参加者。铁硫酶铁硫酶是另一类重要的含铁酶类，这类酶在动物、植物是另一类重要的含铁酶类，这类酶在动物、植物和细菌细胞中也起电子转移反应的
25、功能。和细菌细胞中也起电子转移反应的功能。（三）含铁酶类（三）含铁酶类 许多含铜酶属于羟化酶和氧化酶类，这意味着它们是许多含铜酶属于羟化酶和氧化酶类，这意味着它们是与分子氧一起参与催化过程。与分子氧一起参与催化过程。铜在铜在细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶的催的催化活性中起重要作用，该酶在其辅基中含有铁和铜。化活性中起重要作用，该酶在其辅基中含有铁和铜。超氧化物歧化酶、抗坏血酸氧化酶等均含金属超氧化物歧化酶、抗坏血酸氧化酶等均含金属Cu2+。见见P466表表11-9。（四）含铜酶类（四）含铜酶类 作为辅因子，锌是最通用的金属。由于锌完作为辅因子，锌是最通用的金属。由于锌完全以全以Zn2+离子存在离
26、子存在,因此和铜、铁或锰不同，没因此和铜、铁或锰不同，没有氧化还原能力。锌最通常的配位数是有氧化还原能力。锌最通常的配位数是4，该金，该金属最容易形成四面体的构型。锌常存在于酶的属最容易形成四面体的构型。锌常存在于酶的活性部位，在酶和底物间起桥梁作用。活性部位，在酶和底物间起桥梁作用。谷氨酸脱氢酶、醇脱氢酶、碳酸酐酶、羧肽谷氨酸脱氢酶、醇脱氢酶、碳酸酐酶、羧肽酶等均含金属酶等均含金属Zn2+。见。见P467表表11-10。（五）（五）含锌酶类含锌酶类 精氨酸酶精氨酸酶是尿素循环中的一个酶，与是尿素循环中的一个酶，与锰锰形形成紧密的复合物，金属在精氨酸酶中起着稳定成紧密的复合物，金属在精氨酸酶中起着稳定和催化两种作用。锰也作为某些磷酸转移酶的和催化两种作用。锰也作为某些磷酸转移酶的辅因子。微量的辅因子。微量的钴钴对生物合成对生物合成维生素维生素B12是需要是需要的。的。（六）其他金属酶类六）其他金属酶类维生素维生素E E 的抗氧化作用的抗氧化作用 通过自身易氧化的作用，保证通过自身易氧化的作用，保证细胞膜或其他物质不被氧化。细胞膜或其他物质不被氧化。
