生物化學(xué)與分子生物學(xué)/維生素B復(fù)合體

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生物化學(xué)與分子生物學(xué)

維生素 水溶性維生素 維生素B復(fù)合體 維素素C和P

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維生素B復(fù)合體是一個(gè)大家族(維生素B族)，至少包括十余種維生素。其共同特點(diǎn)是：①在自然界常共同存在，最豐富的來源是酵母和肝臟；②從低等的微生物到高等動(dòng)物和人類都需要它們作為營(yíng)養(yǎng)要素；③同其他維生素比較，B族維生素作為酶的輔基而發(fā)揮其調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝作用，了解得更為清楚；④從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，除個(gè)別例外，大都含氮；⑤從性質(zhì)上看此類維生素大多易溶于水，對(duì)酸穩(wěn)定，易被堿破壞。

除上述共性外，各個(gè)維生素尚有其特點(diǎn)，為了敘述方便，現(xiàn)將B族中各個(gè)維生素按其化學(xué)特點(diǎn)和生理作用歸納為以下三組。

(一)硫胺素、硫辛酸、生物素及泛酸

硫胺素(即維生素B1)因其結(jié)構(gòu)中有含S的噻唑環(huán)與含氨基的嘧啶環(huán)故名，其純品大多以鹽酸鹽或硫酸鹽的形式存在。鹽酸硫胺素為白色結(jié)晶，有特殊香味，在水中溶解度較大，在堿性溶液中加熱極易分解破壞，而在酸性溶液中雖加熱到120℃也不被破壞。氧化劑及還原劑均可使其失去作用，硫胺素經(jīng)氧化后轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/index.php?title=%E8%84%B1%E6%B0%A2%E7%A1%AB%E8%83%BA&action=edit&redlink=1" class="new" title="脫氫硫胺（尚未撰寫）" rel="nofollow">脫氫硫胺素(又稱硫色素thiochrome)，它在紫外光下呈蘭色熒光，可以利用此特性來檢測(cè)生物組織中的維生素B1或進(jìn)行定量測(cè)定。

維生素B1易被小腸吸收，在肝臟中維生素B1被磷酸化成為焦磷酸硫胺素(TPP，又稱輔羧酶)，它是體內(nèi)催化a-酮酸氧化脫羧的輔酶，也是磷酸戊糖循環(huán)中轉(zhuǎn)酮基酶的輔酶(參看糖代謝)。當(dāng)維生素B1缺乏時(shí)，由于TPP合成不足，丙酮酸的氧化脫羧發(fā)生障礙，導(dǎo)致糖的氧化利用受阻。在正常情況下，神經(jīng)組織的能量來源主要靠糖的氧化供給，所以維生素B1缺乏首先影響神經(jīng)組織的能量供應(yīng)，并伴有丙酮酸及乳酸等在神經(jīng)組織中的堆積，出現(xiàn)手足麻木、四肢無力等多發(fā)性周圍神經(jīng)炎的癥狀。嚴(yán)重者引起心跳加快、心臟擴(kuò)大和心力衰竭，臨床上稱為腳氣病(beriberi)，因此又稱維生素B1為抗腳氣病維生素。

維生素B1尚有抑制膽堿酯酶(choline esterase)的作用，膽堿酯酶能催化神經(jīng)遞質(zhì)－乙酰膽堿(acetylcholine)水解，而乙酰膽堿與神經(jīng)傳導(dǎo)有關(guān)。因此，缺乏維生素B1時(shí)，由于膽堿酯酶活性增強(qiáng)，乙酰膽堿水解加速，使神經(jīng)傳導(dǎo)受到影響，可造成胃腸蠕動(dòng)緩慢、消化液分泌減少、食欲不振和消化不良等癥狀。反之，給以維生素B1，則可增加食欲、促進(jìn)消化。

硫辛酸學(xué)名6.8-二硫辛酸，其結(jié)構(gòu)式如下：

硫辛酸分子內(nèi)含雙S鍵，故常用  表示之。

生物素的結(jié)構(gòu)包括含硫的噻吩環(huán)、尿素及戊酸三部分，如下式

泛酸系由β-丙氨酸與羥基丁酸結(jié)合而構(gòu)成，因其廣泛存在于動(dòng)植物組織故名泛酸或遍多酸。

泛酸，N-（α，r-二羥，β，β-二甲基丁酰）β-丙氨酸

泛酸在機(jī)體組織內(nèi)是與巰基乙胺、焦磷酸及3′-磷酸腺苷結(jié)合成為輔酶A而起作用的。輔酶A的結(jié)構(gòu)如下，因其活性基為桽H故常用CoASH表示之。

由上可見，硫胺素、硫辛酸、生物素和泛酸這四種維生素在化學(xué)結(jié)構(gòu)上有著共同特點(diǎn)，前三者本身結(jié)構(gòu)含S，后者本身雖不含S，但由它構(gòu)成的輔酶A卻是含S的，這些維生素主要參與糖和脂肪的代謝，硫胺素和硫辛酸與氧化脫羧反應(yīng)有關(guān)，生物素與羧化反應(yīng)有關(guān)，而泛酸則通過構(gòu)成輔酶A而參與維生素B2、維生素PP和維生素B6

維生素B2是由核醇(ribitol)與異咯嗪(isoalloxazine)結(jié)合構(gòu)成的，由于異咯嗪是一種黃色色素，所以維生素B2又稱為核黃素。維生素B2為桔黃色針狀結(jié)晶，溶于水呈綠色熒光，在堿性溶液中受光照射時(shí)極易破壞，因此維生素B2應(yīng)貯于褐色容器，避光保存。

維生素B2分子中的異咯嗪，其第1和第10位氮原子可反復(fù)接受和放出氫，因而具有可逆的氧化還原特性，這一特點(diǎn)與它的主要生理功能相關(guān)。

核黃素在體內(nèi)經(jīng)磷酸化作用可生成黃素單核苷酸(FMN)和黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)，它們分別構(gòu)成各種黃酶的輔酶參與體內(nèi)生物氧化過程，其結(jié)構(gòu)式和作用特點(diǎn)詳見第6章。

維生素B2缺乏時(shí)，主要表現(xiàn)為口角炎、舌炎、陰囊炎及角膜血管增生和鞏膜充血等。幼兒缺乏它則生長(zhǎng)遲緩。但這些癥狀目前還難以用它參與黃酶的作用來解釋，其機(jī)理尚不清楚。

維生素PP即抗癩皮病因子，又名預(yù)防癩皮病因子(pellagrapreventing factor)它包括尼克酸(煙酸)和尼克酰胺(煙酰胺)，均為吡啶衍生物。

尼克酸和尼克酰胺的性質(zhì)都較穩(wěn)定，不易被酸、堿及熱破壞。動(dòng)物組織中大多以尼克酰胺的形式存在，尼克酸在人體內(nèi)可從色氨酸代謝產(chǎn)生并可轉(zhuǎn)變成尼克酰胺。由色氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素PP的量有限，不能滿足機(jī)體的需要，所以仍需從食物中供給。一般飲食條件下，很少缺乏維生素PP，玉米中缺乏色氨酸和尼克酸，長(zhǎng)期單食玉米則有可能發(fā)生維生素PP缺乏?。]（糙)皮病(pellagra)。若將各種雜糖合理搭配，可防止此病的發(fā)生。

尼克酰胺是構(gòu)成輔酶Ⅰ(NAD+)和輔酶Ⅱ(NADP+)的成分，這兩種輔酶結(jié)構(gòu)中的尼克酰胺部分具有可逆地加氫和脫氫的特性，在生物氧化過程中起著遞氫體的作用(它們的結(jié)構(gòu)和作用參看生物氧化一章)。

維生素PP缺乏時(shí)，主要表現(xiàn)為癩皮病，其特征是體表暴露部分出現(xiàn)對(duì)稱性皮炎，此外還有消化不良，精神不安等癥狀，嚴(yán)重時(shí)可出現(xiàn)頑固性腹瀉和精神失常。但是這些癥狀與維生素PP在代謝中所起的作用有何聯(lián)系，目前尚不十分清楚。

維生素B6包括吡哆醇，吡哆醛和吡哆胺三種化合物，在體內(nèi)它們可以相互轉(zhuǎn)變。

在機(jī)體組織內(nèi)維生素B6多以其磷酸酯的形式存在，參與氨基酸的轉(zhuǎn)氨、某些氨基酸的脫羧以及半胱氨酸的脫巰基作用(參看第7章)。

動(dòng)物缺乏維生素B6亦可發(fā)生與癩皮病類似的皮膚炎。在人類尚未發(fā)現(xiàn)單純的維生素B6缺乏癥。

維生素B2、維生素PP和維生素B6常共同存在，在營(yíng)養(yǎng)上亦有共同特點(diǎn)，即當(dāng)其缺乏都表現(xiàn)為皮膚炎癥。然而從在代謝中的作用來看，前二者共同參與生物氧化過程，維生素B6則主要參與氨基酸的代謝。

(三)葉酸和維生素B12

葉酸由蝶酸(pteroicacid)和谷氨酸結(jié)合構(gòu)成，在植物綠葉中含量豐富故名。在動(dòng)物組織中以肝臟含葉酸最豐富。

食物中的葉酸多以含5分子或7分子谷氨酸的結(jié)合型存在，在腸道中受消化酶的作用水解為游離型而被吸收。若缺乏此種消化酶則可因吸收障礙而致葉酸缺乏。

葉酸在體內(nèi)必須轉(zhuǎn)變成四氫葉酸(FH4或THFA)才有生理活性。小腸粘膜、肝及骨髓等組織含有葉酸還原酶，在NADPH和維生素C的參與下，可催化此種轉(zhuǎn)變。

四氫葉酸參與體內(nèi)“一碳基團(tuán)”的轉(zhuǎn)移，是一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)的輔酶。因此，四氫葉酸在體內(nèi)嘌呤和嘧啶的合成上起重要作用。例如N5，N10-甲炔四氫葉酸(N5，N0=CHFH4)和N10-甲酰四氫葉酸(N10-CHO.FH4)可參與嘌呤核苷酸的合成，其中甲炔基(=CH-)和尿嘧啶脫氧核苷酸(d-UMP)轉(zhuǎn)變成胸腺嘧啶脫氧核苷酸(d-TMP)的過程中，N5，10-甲烯四氫葉酸(N5，N10-CH2-FH4)可供給甲烯基(-CH2-)而形成胸腺嘧啶中的甲基(參看核酸代謝)。

由此可見，葉酸與核苷酸的合成有密切關(guān)系，當(dāng)體內(nèi)缺乏葉酸時(shí)，“一碳基團(tuán)”的轉(zhuǎn)移發(fā)生障礙，核苷酸特別是胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成減少，以致骨髓中幼紅細(xì)胞DNA的合成受到影響，細(xì)胞分裂增殖的速度明顯下降。此時(shí)血紅蛋白的合成雖也有所減弱，但影響較小。幼紅細(xì)胞可因分裂障礙而使細(xì)胞增大，形成巨幼紅細(xì)胞(megaloblast)。由這種巨幼紅細(xì)胞產(chǎn)生的成熟紅細(xì)胞，其平均體積也較正常大，可在周圍血液中見到，所以葉酸缺乏引起的貧血屬于巨幼細(xì)胞性大紅細(xì)胞性貧血(megaloblastic macrocytic anemia)。因白細(xì)胞分裂增殖同樣需要葉酸，故葉酸缺乏時(shí)，尚可見周圍血液中粒細(xì)胞減少，且粒細(xì)胞的體積也偏大，核分葉增多。

人類腸道細(xì)菌能合成葉酸，故一般不發(fā)生缺乏癥，但當(dāng)吸收不良、代謝失?；蚪M織需要過多，以及長(zhǎng)期使用腸道抑菌藥物或葉酸拮抗藥等狀況下，則可造成葉酸缺乏。葉酸拮抗藥種類很多，其中氨蝶呤(aminopterin)及氨甲蝶呤(methotrexate簡(jiǎn)寫MTX)在結(jié)構(gòu)上與葉酸相似，都是葉酸還原酶的強(qiáng)抑制劑，常用作抗癌藥。

維生素B12結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因其分子中含有金屬鈷和許多酰氨基，故又稱為鈷胺素。

維生素B12分子中的鈷(可以是一價(jià)、二價(jià)或三價(jià)的)能與－CN、－OH、－CH3或5′－脫氧腺苷等基團(tuán)相連，分別稱為氰鈷胺、羥鈷胺、甲基鈷胺和5′－脫氧腺苷鈷胺，后者又稱為輔酶B12。其實(shí)，甲基鈷胺也是維生素B12的輔酶形式。維生素B12的兩種輔酶形式一一甲基鈷胺和5′－脫氧腺苷鈷胺在代謝中的作用各不相同。

甲基鈷胺(CH3.B12)參與體內(nèi)甲基移換反應(yīng)和葉酸代謝，是N5-甲基四氫葉酶甲基移換酶的輔酶。此酶催化N5CH3.FH4和同型半胱氨酸之間不可逆的甲基移換反應(yīng)，產(chǎn)生四氫葉酸和蛋氨酸。

圖3-3 維生素B12的結(jié)構(gòu)

N5-CH3-FH3來源于N5，N10-CH2-FH4的還原(參看蛋白質(zhì)代謝一章中“一碳基團(tuán)”的代謝)，此還原反應(yīng)在體內(nèi)也是不可逆的。由dUMP甲基化生成dTMP時(shí)，只能利用N6，N10-CH2-FH4供給甲基，而不能利用N5-CH3.FH4。因此，必須通過上述甲基移換反應(yīng)使FH4“再生”，從而保證dTMP的不斷合成。

圖3-4 維生素B12和葉酸代謝以及與DNA合成的關(guān)系

由上圖可見，甲基鈷胺的作用是促進(jìn)葉酸的周轉(zhuǎn)利用，以利于胸腺嘧啶脫氧核苷酸和DNA的合成，如果缺乏維生素B12，則葉酸陷入N5-CH3.FH4這個(gè)“陷井”而難以被機(jī)體再利用，猶如缺乏葉酸一樣，所以維生素B12缺乏所引起的貧血，同缺乏葉酸一樣，也是巨幼細(xì)胞性大紅細(xì)胞貧血。

上述以CH3.B12作輔酶的甲基移換反應(yīng)不僅促進(jìn)FH4的再利用，而且還促進(jìn)蛋氨酸的再利用(蛋氨酸→同型半胱氨酸→蛋氨酸，參看氨基酸的代謝)。蛋氨酸經(jīng)活化后可作為甲基供體促進(jìn)膽堿和磷脂的合成，有利于肝臟的代謝。所以臨床上把葉酸和維生素B12作為治療肝臟病的輔助藥物，除了考慮到它們的促核酸與蛋白質(zhì)合成作用外，還考慮到它們有保護(hù)肝臟，防止發(fā)生脂肪肝的作用。

5′－脫氧腺苷鈷胺(5′－dA.B12)是甲基丙二酰輔酶A變位酶的輔酶，參與體內(nèi)丙酸的代謝。

體內(nèi)某些氨基酸、奇數(shù)碳脂肪酸和膽固醇分解代謝中可產(chǎn)生丙酰CoA。正常情況下，丙酰COA經(jīng)羧化生成甲基丙二酰CoA，后者再受甲基丙二酰CoA變位酶和輔酶B12(即5′－dA.B12)的作用轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/index.php?title=%E7%90%A5%E7%8F%80%E9%85%B0&action=edit&redlink=1" class="new" title="琥珀酰（尚未撰寫）" rel="nofollow">琥珀酰CoA，最后進(jìn)入三羧酸循環(huán)而被氧化利用(參看糖代謝)。

當(dāng)維生素B12缺乏時(shí)，由于這些代謝途徑受阻，將導(dǎo)致甲基丙二酰COA和丙酰COA的堆積，結(jié)果引起甲基丙二酰COA水解，產(chǎn)生甲基丙二酸由尿排出。所以維生素B12缺乏病人尿中出現(xiàn)甲基丙二酸，這可作為一個(gè)很靈敏的診斷指標(biāo)。據(jù)分析，患者腦脊液中甲基丙二酸的濃度大于血漿中濃度，表明代謝障礙主要發(fā)生在神經(jīng)組織。另外，同位素示蹤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，堆積的丙酰CoA摻入到病變的神經(jīng)髓鞘，構(gòu)成異常的奇數(shù)碳脂肪酸(15C和17C)，這可能與神經(jīng)髓鞘的退行性變有關(guān)。因?yàn)?′－dA－B12所參與的代謝途徑與葉酸無關(guān)，所以維生素B12缺乏患者除了造血系統(tǒng)的癥狀與葉酸缺乏相似外，尚有其獨(dú)特的神經(jīng)癥狀。維生素B12缺乏引起丙酸CoA代謝障礙可用下列圖解表示。

圖3-5 維生素B12缺乏對(duì)丙酰CoA-代謝的影響

維生素B12廣泛存在于動(dòng)物性食品中，人體對(duì)它的需要量甚少(每日僅需2?微克)，而體內(nèi)貯存量很充裕，所以因攝入不足而致維生素B12缺乏者在臨床上比較少見。但是維生素B12的吸收與正常胃粘膜分泌的一種糖蛋白密切相關(guān)，這種糖蛋白叫做內(nèi)因子(intrinsic factor簡(jiǎn)寫IF)。維生素B12必須與內(nèi)因子結(jié)合后才能被小腸吸收。這一方面是由于維生素B12的吸收部位在回腸下段，只有維生素B12與內(nèi)因子結(jié)合成IF－B12復(fù)合物才能被腸粘膜上的受體接納；另一方面二者的結(jié)合有相互保護(hù)的作用；內(nèi)因子保護(hù)維生素B12不被腸道細(xì)菌所破壞；維生素B12保護(hù)內(nèi)因子不被消化液中的酶所水解。某些疾病如萎縮性胃炎、胃全切除的病人或者先天缺乏內(nèi)因子，均可因維生素B12的吸收障礙而致維生素B12的缺乏。對(duì)這類病人只有采取注射的方式給予維生素B12才有效。

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