第四章维生素(Vitamin) 温州医学院生物化学教研室严哲毛孙忠 【目标要求】1. 维生素的定义、作用、与分类。人体对水溶性维生素的摄入要求。2. 维生素A、D、E、K、B1 、B2 、叶酸、尼可酰胺、B6 、B12 、C等的来源、主要生理作用与缺乏症。3. 维生素之间的协同作用。“AD 丸中毒症”的原因与症状。4. 维生素缺乏的原因及中国人维生素缺乏现状的特点。5. 各维生素的作用机制。【内容提要】1 ．维生素的定义与分类。2 ．脂溶性维生素A、D、E、K的来源、化学性质、生理作用与缺乏症。3 ．水溶性维生素B 族、C的来源、化学性质、生理作用与缺乏症。4 ．维生素间的协同作用与维生素过量。维生素的定义维生素(vitamin) 是维持人体健康所必需的一类营养素，其化学本质为小分子有机化合物，它们不能在体内合成，或者所合成的量难以满足机体的需要，所以必须由食物供给。维生素的需要量甚少(常以毫克或微克计)。维生素的作用维生素既不是构成机体组织的成分，也不是体内供能的物质，然而在调节物质代谢、促进生长发育和维持生理功能等方面却发挥着重要作用。如果长期缺乏，就会导致维生素缺乏症，如果过量也有可能造成中毒症。维生素的发现维生素的发现至今仅100 多年，但维生素缺乏症却困扰了人类几千年，一直到几百年前哥伦布远航探险发现新大陆的时代，人民仍对维生素缺乏所造成的症状感到束手无策。直到19 世纪末，荷兰人冯克和日本人铃木先后从酵母和稻壳中提取了治疗坏血病的物质，取名为Vitamin （维他命）。维生素的命名后来越来越多的类似维他命作用的物质被发现，它们来源不一，化学结构不同，功能也各不相同，为了命名统一，就决定以发现顺序，分别以英文字母命名。值得一提的是维生素B，随着科学技术的不断发展，分离手段越来越高级，于是发现原来被命名为维生素B的维生素中远不止一种物质，而是十多种物质。它们在化学结构不同，其化学性质与生物学功能上也是相差甚远，但维生素C、D等英文字母已被命名，为了保持延续性，只得将重新分离出来的新物质分别以B1 、B2……来加以区分。还有类维生素物质，包括胆酸、肌醇、对氨基苯甲酸、硫辛酸和生物类黄酮等。维生素的分类维生素的种类很多，通常按其溶解性分为脂溶性（lipid-soluble ）和水溶性（water-soluble ）两大类。脂溶性维生素包括：维生素A( 视黄醇,retinol) 、维生素D( 钙化醇,calciferol) 、维生素E( 生育酚, tocopherol) 、维生素K( 凝血维生素)。水溶性维生素包括：维生素B复合体，其中有：维生素B1( 硫胺素,thiamine) 、维生素B2( 核黄素, riboflavin) 、维生素PP( 尼克酸及尼克酰胺, nicotinic acid and nicotinamide) 、维生素B6( 吡哆醇,pyridoxine 及其醛、胺衍生物)、泛酸(遍多酸, pantothenic acid) 、生物素(biotin) 、硫辛酸(lipoic acid) 、叶酸(folic acid) 、维生素B12( 钴胺素,cobalamin) ；维生素C( 抗坏血酸,ascorbic acid) 。第一节　脂溶性维生素一、维生素A 二、维生素D 三、维生素E 四、维生素K 一、维生素A （一）化学性质、来源及体内转变维生素A又称抗干眼病维生素，是由β- 白芷酮环和两分子2- 甲基丁二烯构成的不饱和一元醇。有A1( 视黄醇,retinal ) 、A2 （3- 脱氢视黄醇）两种形式，以A1 为主。视黄醇的侧链含有4个双键，故可形成多种顺反异构体，其中较重要的有全反型(A-trans) 和11- 顺型（11-cis ）。维生素A主要存在于动物肝、蛋、肉中，但是在很多有色植物如胡萝卜、红辣椒等中也富含具有维生素A效能的被称为类胡萝卜素的物质(carotenoid) ，其中最重要者为β- 胡萝卜素(β-carotene) 。β- 胡萝卜素可被小肠粘膜或肝脏中的加氧酶转化为视黄醇，所以它又称做维生素A原。食物中的视黄醇多以脂肪酸酯的形式存在，它在小肠受酯酶的作用而水解，所产生的脂肪酸和维生素A进入小肠上皮细胞后又重新合成视黄醇酯，并掺入乳糜微粒，通过淋巴转运，贮存于肝脏，当在机体需要时向血中释放。血浆中的维生素A是非酯化型的。它与视黄醇结合蛋白(retinol binding protein ，RBP) 结合而被转运，后者又与已结合甲状腺激素的前清蛋白（proalbumin,PA ）相结合，形成维生素A-RBP-PA 复合物，当运输至靶组织后，视黄醇与特异受体结合而再被利用。（二）生化作用及缺乏症1 、构成视觉细胞内感光物质，即视色素。2 、维持上皮结构的完整与健全。3 、维生素A可使细胞表面的上皮生长因子受体数目增加而促进生长、发育。4 、流行病学调查表明：维生素A的摄入与癌症的发生呈负相关。人类视网膜上有二类细胞，锥细胞专门感受强光，杆细胞则专门感受漫散光、弱光,俗称暗光。在傍晚以后，往往是暗光世界。在动物界，鸡是缺乏杆细胞的，所以鸡在傍晚前就归窝了，小偷偷鸡也往往选择晚上。而猫头鹰是缺乏锥细胞的，所以猫头鹰只上夜班，白天却是个“睁眼瞎”，抓捕猫头鹰一定要在白天。而人则都具有这两种细胞，所以人白天可以抓猫头鹰，晚上又可以偷鸡。在杆细胞中的感光化学物质称视紫红质，它是由视黄醛与视蛋白结合生成的，这种结合只有在11- 顺视黄醛的构型时才能进行。视紫红质对弱光非常敏感，甚至一个光量子即可诱发它的光化学反应。当维生素A缺乏时，11- 顺视黄醛得不到足够的补充，杆细胞内视紫红质的合成减弱，暗适应的能力下降，严重者可致夜盲症(night blindness) 。中医称夜盲症为“雀目”，因为麻雀与鸡因同宗而同病相怜。二、维生素D （一）化学性质、来源及体内转变维生素D系固醇类的衍生物。在动物的肝、蛋黄中含量丰富，但人体内维生素D主要是由皮肤细胞的7- 脱氢胆固醇（维生素D3 原）经紫外线照射转变而来，称为维生素D3 或胆钙化醇(cholecalciferol) 。植物中的麦角固醇（维生素D2 原）经紫外线照射后生成的，被称为维生素D2 或麦角钙化醇（ergocalciferol ）。不论是维生素D2 或D3 ，本身都没有生理活性，它们必须在体内进行一定的代谢转化，包括在肝线粒体中的25- 羟化酶和在肾微粒体中的1- 羟化酶的作用下才能生成强活性的化合物—活性维生素D3 即1,25-(OH)2-D3 ，再经血液运输到小肠、骨及肾等靶器官发挥其生理作用。（二）生化作用及缺乏症维生素D能促进小肠对食物中钙和磷的吸收，促进肾对钙和磷的重吸收，还可影响骨组织的钙代谢，从而维持血中钙和磷的正常含量，促进骨和牙的钙化作用。当缺乏维生素D时，儿童可发生佝偻病，成人则引起软骨病。典型的佝偻病症状 方颅、鸡胸、X型腿、O型腿、串珠肋、蒸笼头三、维生素E （一）化学性质、来源及体内转变维生素E又称为生育酚（tocopherol ），是苯骈二氢吡喃的衍生物。主要存在于麦胚油、豆油、深海鱼油及蔬菜中。（二）生化作用及缺乏症1 、维生素E与动物生殖机能有关。雌性动物缺少维生素E则失去正常生育能力，或虽能受孕，但易流产，所以俗称生育酚。在人类单纯由于缺少维生素E而发生的病尚属罕见，但在临床上它作为药物，治疗某些习惯性流产，能收到一定效果。2 、维生素E是体内最重要的抗氧化剂。上世纪60 年代初，美英几个研究机构在对正常人体细胞进行体外培养实验时，发现在培养基中加入维生素E，细胞分裂次数就由60-70 代增加到120-140 代，这一实验轰动了全球。四、维生素K （一）化学性质、来源及体内转变维生素K又称凝血维生素，是2- 甲基1，4- 萘醌的衍生物，自然界已发现的有两种，存在于绿叶植物中者为维生素K1 ，肠道细菌合成者为维生素K2 。人体内的维生素K 约有1/2 来自肠道细菌的合成。人工合成的2- 甲基1,4- 萘醌又称维生素K3 ，因水溶性便于临床使用，药用维生素K多为其还原性衍生物或亚硫酸钠盐。（二）生化作用及缺乏症维生素K可以促进肝脏合成凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ，因而促进血液凝固。这些凝血因子由无活性型向活性型的转变时，需要前体的10 个谷氨酸残基经羧化变为-羧基谷氨酸。后者具有很强的螯合Ca2+ 能力，从而使其转变为活性型。催化这一反应的酶是-羧化酶，而维生素K为该酶的辅助因子。缺乏维生素K的主要症状是易出血。双香豆素的结构与维生素K相类似，作用将相拮抗，在临床上可用于治疗血栓病，过量则易造成内出血。第二节　水溶性维生素一、维生素B1 （一）化学本质及性质维生素B1 又名硫胺素(thiamine) ，因其结构中有含S的噻唑环与含氨基的嘧啶环而得名。有特殊香味，它在紫外光下呈蓝色荧光，可用于维生素B1 的检测。（二）生化作用及缺乏症维生素B1 易被小肠吸收，在肝脏中维生素B1 被磷酸化成为焦磷酸硫胺素(triamine pyrophsphate ,TPP) ，又称脱羧辅酶，它是体内催化α- 酮酸氧化脱羧酶的辅酶，也是磷酸戊糖途径中转酮基酶的辅酶。当维生素B1 缺乏时，由于TPP 合成不足，丙酮酸的氧化脱羧发生障碍，导致糖的氧化利用受阻。将出现脚气病(beriberi) 。因此又称维生素B1 为抗脚气病维生素。脚气病在人类历史上曾经造成的大灾难实在触目惊心。17 世纪的印尼，总人口不到1000 万，但每年却有约10 万人被脚气病夺去生命。这些患者大多数疲乏软弱，小腿沉重，肌肉酸痛，头痛，失眠，食欲不振，且足踝部大多浮肿等，所以当时就被称作脚气病。它并非民间所误认为的脚癣病，它是一种神经系统为主（如神经炎）的，同时累及心血管系统并伴有水肿与浆液渗出的疾病。这场“瘟疫”当然也使当时的征服者荷兰人在劫难逃。甚至连家鸡也与主人一样得病。人们经过长期观察，悟出患病的家鸡在吃了米糠等粗糙的食物后能好转，于是主人也效而仿之，竞相喝米糠浸出的水，竟奇迹般地得到了恢复。直到本世纪初，人类才从米糠中提取到了维生素B1 。经分析，其组成中含有硫、氮和氢，而氮氢比是1:3 （即NH3 ），所以又被称为硫胺素。维生素B1 尚有抑制胆碱酯酶(choline esterase) 的作用。胆碱酯酶能催化神经递质－乙酰胆碱(acetylcholine) 的水解，因此，缺乏维生素B1 时，由于胆碱酯酶活性增强，乙酰胆碱水解加速，因为支配胃肠运动的迷走神经是通过释放乙酰胆碱发挥作用的，势必造成胃肠蠕动缓慢、消化液分泌减少、食欲不振和消化不良等症状。所以在临床上补充维生素B1 ，可增加食欲、促进消化。二、维生素B2 （一）化学本质及性质维生素B2 又称核黄素（riboflavin ），是由核醇(ribitol) 与异咯嗪(iso-alloxazine) 结合构成的。维生素B2 为桔黄色针状结晶，水溶液能产生绿色荧光，在碱性溶液中受光照射时极易破坏。维生素B2 分子的异咯嗪部位