水溶性維生素_生物化學

第三節(jié)　水溶性維生素

水溶性維生素與脂溶性維生素不同，它能溶解于水，但不溶于有機溶劑，且不能儲存于體內(nèi)，當血中濃度超過腎閾值時，可隨尿排出，所以一般不會中毒。大多數(shù)水溶性維生素都以輔酶和輔基的形式參與體內(nèi)各種化學反應。

一、維生素B₁

（一）化學本質(zhì)、性質(zhì)和來源

維生素B₁又稱為抗腳氣病維生素，由含氨基的嘧啶環(huán)和含硫的噻唑環(huán)通過甲烯基連接而成，故又稱為硫胺素（圖5－11）。維生素B₁在體內(nèi)與磷酸結(jié)合后轉(zhuǎn)變成焦磷酸硫胺素（TPP，圖5－12），TPP是維生素B₁在體內(nèi)的活性形式。

維生素B₁為白色晶體，在酸性溶液中耐熱性強，但在堿性溶液中加熱時易被破壞，故在烹調(diào)食物時不宜加堿。

圖5－11　硫胺素

圖5－12　焦磷酸硫胺素

維生素B₁在植物中分布廣泛，谷類、豆類的外皮和胚芽中含量較高，瘦肉、酵母中含量也比較豐富。因此，精白米、精白面中的維生素B₁含量較少。

（二）生理功能及缺乏癥

（1）TPP是α－酮酸氧化脫羧酶系的輔酶，當維生素B₁缺乏時，會影響α－酮酸的氧化供能。如糖代謝過程中的丙酮酸和α－酮戊二酸的氧化脫羧步驟受阻，血液中乳酸、丙酮酸堆積，導致體內(nèi)能量供應發(fā)生障礙，尤其是依賴糖分解供能為主的神經(jīng)組織能量供應不足，表現(xiàn)為多發(fā)性神經(jīng)炎和神經(jīng)肌肉變性病變，即腳氣病。嚴重者可出現(xiàn)水腫、心力衰竭。

（2）TPP是轉(zhuǎn)酮醇酶的輔酶，參與磷酸戊糖途徑。由于磷酸戊糖途徑是合成核酸時所需核糖的唯一來源，因此維生素B₁的缺乏使體內(nèi)核苷酸合成及神經(jīng)髓鞘中鞘磷脂的合成受影響，可導致末梢神經(jīng)炎。

（3）維生素B₁能抑制膽堿酯酶的活性。當維生素B₁缺乏時，乙酰膽堿分解加強，使神經(jīng)傳導受到影響，致使胃腸蠕動減弱，消化液分泌較少。主要癥狀表現(xiàn)為食欲不振、消化不良等消化功能障礙。

二、維生素B₂

（一）化學本質(zhì)、性質(zhì)和來源

維生素B₂（圖5－13）是核糖醇和7，8－二甲基異咯嗪的縮合物，因其呈黃色，故又稱為核黃素。異咯嗪環(huán)的N1位、N10位之間存在活潑的雙鍵，能反復加氫和脫氫，因此維生素B₂有氧化型和還原型兩種形式。

圖5－13　維生素B₂

維生素B₂耐熱，在酸性溶液中很穩(wěn)定，在堿性溶液中不耐熱，對光敏感，易被破壞。

維生素B₂在體內(nèi)以黃素單核苷酸（FMN）和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的形式存在。FMN和FAD是黃素酶的輔基，在代謝中起傳遞氫的作用，兩者是維生素B₂在體內(nèi)的活性形式。

維生素B₂廣泛存在于動植物食品中，以肝、腎、乳制品中含量豐富。此外，米糠、胡蘿卜、釀造酵母、香菇等的含量也較高。微生物核黃菌有合成維生素B₂的能力。

（二）生理功能及缺乏癥

維生素B₂參與體內(nèi)生物氧化與能量代謝，能促進糖、脂肪、蛋白質(zhì)等多種物質(zhì)的代謝，因此，當維生素B₂缺乏時組織細胞呼吸、代謝強度均減弱，可導致口腔、唇、皮膚、生殖器的炎癥和功能障礙，稱為核黃素缺乏癥。另外，維生素B₂缺乏還會使眼睛充血，導致易流淚、易有倦怠感、頭暈等癥狀。

三、維生素PP

（一）化學本質(zhì)、性質(zhì)和來源

維生素PP又稱為抗癩皮病維生素，是吡啶的衍生物，包括煙酸（尼克酸，圖5－14）和煙酰胺（尼克酰胺，圖5－15）兩種，在體內(nèi)主要以酰胺的形式存在。煙酸在體內(nèi)很容易轉(zhuǎn)變成具有生物活性的煙酰胺。

圖5－14　煙酸

圖5－15　煙酰胺

維生素PP在體內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定，不易被酸、被堿或加熱的方式破壞。煙酸廣泛存在于動植物食物中，尤以肝、腎、瘦肉、谷類中含量豐富，也可以在體內(nèi)由色氨酸轉(zhuǎn)化而來，但轉(zhuǎn)化率較低，因此，人體所需的維生素PP基本從食物中攝取。

（二）生理功能及缺乏癥

煙酰胺在體內(nèi)與核糖、磷酸、腺嘌呤形成尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋輔酶Ⅰ）和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP＋輔酶Ⅱ），兩者是維生素PP在體內(nèi)的活性形式。尼克酰胺分子中的氮為五價，能可逆地接受電子變成三價氮，其對側(cè)的碳原子性質(zhì)活潑，能可逆地加氫和脫氫。所以，尼克酰胺每次可接受一個氫原子和一個電子。

NAD＋、NADP＋是多種不需氧脫氫酶的輔酶，在生物氧化過程中能起到遞氫體的作用，可作為遞氫體參與糖、脂肪、蛋白質(zhì)的代謝。

當維生素PP缺乏時易引起癩皮病，主要表現(xiàn)是皮膚裸露部位的對稱性皮炎、腹瀉及癡呆。以玉米為主食的地區(qū)易患維生素PP缺乏癥，因為玉米中色氨酸含量貧乏。

抗結(jié)核病藥物異煙肼的結(jié)構(gòu)與維生素PP基本相似，兩者有拮抗作用，因此長期服用異煙肼可引起維生素PP的缺乏。

四、維生素B₆

（一）化學本質(zhì)、性質(zhì)和來源

維生素B₆是吡啶衍生物，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺（圖5－16）。在體內(nèi)它們都是以磷酸鹽的形式存在，體內(nèi)的活性形式主要是磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺，兩者以加氨或脫氨的方式互相轉(zhuǎn)化。

維生素B₆在酸性溶液中較穩(wěn)定，在堿性溶液中易被破壞。

維生素B₆在動植物中分布很廣，麥胚芽、米糠、大豆、肝、腎、肉類及蛋黃中含量較為豐富。

圖5－16　維生素B₆

（二）生理功能及缺乏癥

磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺是轉(zhuǎn)氨酶的輔酶，在氨基酸轉(zhuǎn)氨基過程中起著傳遞氨的作用。磷酸吡哆醛還是某些氨基酸脫羧酶的輔酶，可促使氨基酸轉(zhuǎn)變成許多重要的物質(zhì)，如磷酸吡哆醛可作為谷氨酸脫羧酶的輔酶，以促進大腦抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ－氨基丁酸生成。若維生素B₆缺乏可表現(xiàn)為嘔吐、驚厥等現(xiàn)象，因此，在臨床上常用維生素B₆治療小兒驚厥和妊娠嘔吐。

磷酸吡哆醛是ALA合成酶的輔酶。ALA合成酶是血紅素合成的限速酶，因此，缺乏維生素B₆可產(chǎn)生小細胞低色素性貧血。

體內(nèi)單獨缺乏維生素B₆的情況較為少見。當長期用異煙肼進行抗結(jié)核治療時，由于異煙肼和吡哆醛可結(jié)合形成腙，且能隨尿排出，故會引起維生素B₆缺乏癥。

五、泛酸

（一）化學本質(zhì)、性質(zhì)和來源

泛酸（圖5－17）是由β^－丙氨酸與二羥基二甲基丁酸通過肽鍵連接而成的有機酸，因分布廣泛而得名。

圖5－17　泛酸

在體內(nèi)，泛酸與3′－磷酸腺苷5′－焦磷酸及巰基乙胺結(jié)合，形成輔酶A（CoA）。泛酸在中性溶液中對熱穩(wěn)定，對還原劑和氧化劑也較穩(wěn)定，但易被酸、堿破壞。

肉、奶、魚類、谷物等動植物組織中均含有一定量的泛酸。

（二）生理功能及缺乏癥

在體內(nèi)，輔酶A主要起傳遞?；淖饔?，是各種酰基轉(zhuǎn)移酶的輔酶，其—SH與?；D(zhuǎn)移密切相關(guān)，因此，輔酶A常用HSCoA表示。

在正常的條件下，膳食中富含泛酸，并且人體腸道細菌又能合成，因此，一般不會出現(xiàn)缺乏癥。在治療其他B族維生素缺乏癥時，給予適量的泛酸能提高療效。

六、生物素

（一）化學本質(zhì)、性質(zhì)和來源

生物素（圖5－18）是由尿素與噻吩環(huán)相結(jié)合的一個雙環(huán)化合物，側(cè)鏈上有一個戊糖。生物素是無色針狀晶體，高溫和氧化劑能使其生物學活性喪失，在堿性環(huán)境中不穩(wěn)定，在酸性條件下穩(wěn)定性較強。

圖5－18　生物素

生物素在動植物性食品中分布廣泛，如肝、腎、牛奶等食物中生物素含量最多，其次為豆類、菜花等。另外，人體腸道細菌也可合成一部分生物素。

（二）生理功能及缺乏癥

生物素是體內(nèi)多種羧化酶的輔酶，如丙酮酸羧化酶、乙酰輔酶A羧化酶等。與酶結(jié)合參與體內(nèi)二氧化碳的固定和羧化過程，同時它也是某些微生物的生長因子，極微量即可使試驗的細菌生長。例如，鏈孢霉生長時需要極微量的生物素。

一般情況下，生物素很少出現(xiàn)缺乏癥，因為生物素既可以來源于食物，又可由人體腸道細菌合成。但若時常食入生雞蛋清或長期口服抗生素可引起生物素缺乏，主要表現(xiàn)為鱗屑皮炎、憂郁、脫毛、食欲不振、舌炎等。因為生雞蛋清中含有一種抗生物素蛋白，它能與生物素結(jié)合生成一種無活性、穩(wěn)定的化合物，由于該化合物難以吸收，從而能阻礙生物素的吸收。

七、葉酸

（一）化學本質(zhì)、性質(zhì)和來源

葉酸（圖5－19）是由對氨基苯甲酸、蝶呤啶及L－谷氨酸結(jié)合而成的，因植物葉片中含量豐富，故而得名。

圖5－19　葉酸

葉酸較難溶于水，在酸性條件下不穩(wěn)定，在中性溶液及堿性溶液中耐熱，對光照敏感。

葉酸主要存在于新鮮綠葉蔬菜、新鮮水果中，豆類、谷類以及動物性食品（如肝）中也含有較多的葉酸；另外，人體腸道細菌也能合成葉酸。因此，人體一般不會出現(xiàn)葉酸缺乏癥。

葉酸在人體小腸、肝等部位被還原為二氫葉酸（FH₂），進一步還原生成四氫葉酸（FH₄），F(xiàn)H₄是葉酸在體內(nèi)的活性形式。

（二）生理功能及缺乏癥

葉酸是一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶，它作為一碳單位的載體提供一碳單位，參與膽堿、嘌呤、嘧啶、核苷酸、絲氨酸、甲硫氨酸等許多物質(zhì)的合成。因此，當體內(nèi)葉酸缺乏時，會造成骨髓幼紅細胞的DNA合成受阻，紅細胞分裂增殖速度下降，細胞體積增大，細胞核內(nèi)染色質(zhì)疏松，骨髓內(nèi)產(chǎn)生的幼紅細胞大部分在成熟前就被破壞，因此造成的貧血被稱為巨幼紅細胞性貧血。

葉酸缺乏癥常見于葉酸攝入量不足、葉酸需要量增加或者長期服用腸道抑菌類藥物等情況。另外，小腸疾病能干擾食物葉酸的吸收，故葉酸缺乏癥是小腸疾病常見的一種并發(fā)癥。

葉酸的結(jié)構(gòu)中有與磺胺類藥物結(jié)構(gòu)相似的對氨基苯甲酸，故磺胺藥在細菌體內(nèi)合成葉酸的反應中起競爭性抑制作用，從而抑制細菌的生長、繁殖。

八、維生素B₁₂

（一）化學本質(zhì)、性質(zhì)和來源

維生素B₁₂又稱為鈷胺素，是唯一含有金屬元素的維生素。它進入人體后，鈷離子可與不同的基團結(jié)合，與甲基結(jié)合成甲基鈷胺素，與5′－脫氧腺苷結(jié)合成5′－脫氧腺苷鈷胺素，與羥基結(jié)合形成羥鈷胺素。

維生素B₁₂是粉紅色晶體，臨床上使用的維生素B₁₂注射液是紅色液體，在弱酸下很穩(wěn)定，但遇強堿、強酸后極易被破壞。

維生素B₁₂在動物性食物（如肝臟、腎臟）中含量最多，植物性食物中不含維生素B₁₂，因此，素食者易患維生素B₁₂缺乏癥。胃壁細胞分泌的一種糖蛋白，稱為內(nèi)因子，它與維生素B₁₂結(jié)合后才能被吸收。因此，某些疾病，如萎縮性胃炎及胃大部切除的患者，在臨床治療時必須采用注射維生素B₁₂才有效。

（二）生理功能及缺乏癥

甲基鈷胺素是轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶，能參與體內(nèi)的轉(zhuǎn)甲基反應和葉酸代謝，而轉(zhuǎn)甲基酶催化N⁵－甲基四氫葉酸和同型半胱氨酸之間的轉(zhuǎn)甲基反應，生成FH₄和甲硫氨酸，因此，維生素B₁₂通過增強FH₄的利用率來間接影響核酸和蛋白質(zhì)的生物合成，從而促進紅細胞的分裂與成熟。當維生素B₁₂不足時，葉酸利用率降低，造成葉酸相對缺乏，引起巨幼紅細胞性貧血。因此，維生素B₁₂和葉酸在臨床上常用于巨幼紅細胞性貧血的治療。

九、維生素C

（一）化學本質(zhì)、性質(zhì)和來源

維生素C（圖5－20）又稱為抗壞血酸，是六碳的多羥基酸性化合物。C₂和C₃之間的烯醇式羥基易解離出H＋，呈酸性，這種烯醇式結(jié)構(gòu)也使維生素C容易失去氫原子，因而使其具有較強的還原性。

圖5－20　維生素C

維生素C為無色片狀晶體，在酸性環(huán)境（pH＜4）中較穩(wěn)定，加熱易氧化分解，在堿性條件下或當遇到金屬離子時更易被氧化。

獼猴桃、番茄、柑橘、辣椒、鮮棗等新鮮蔬菜和水果中均含有豐富的維生素C，但這些植物組織中含有維生素C氧化酶，能將維生素C氧化分解而失活，因此，蔬菜、水果儲存時間過久時，維生素C會遭到破壞而降低其營養(yǎng)價值。

（二）生理功能及缺乏癥

1．參與體內(nèi)的羥化反應

（1）促進膠原蛋白的合成：膠原蛋白合成時，多肽鏈中的脯氨酸和賴氨酸羥化轉(zhuǎn)變成羥脯氨酸和羥賴氨酸，它們是維持膠原蛋白空間結(jié)構(gòu)的必備物質(zhì)。膠原蛋白是細胞間質(zhì)的重要組成成分。維生素C是羥化酶的輔助因子之一。因此，當維生素C缺乏時，羥化酶活性降低，引起膠原蛋白合成障礙，導致毛細血管破裂。若這種情況發(fā)生在皮膚表面，則產(chǎn)生淤血、紫癜；發(fā)生在體內(nèi)則可引起疼痛和關(guān)節(jié)脹痛，嚴重時在胃腸道、鼻、腎臟及骨膜下面均可有出血現(xiàn)象，乃至死亡。臨床上稱為壞血病。

（2）促進膽固醇的羥化：約40%的膽固醇可在肝內(nèi)經(jīng)過羥化反應轉(zhuǎn)化為膽汁酸。維生素C能增強羥化作用，促進膽固醇的轉(zhuǎn)化與排泄，防止膽固醇在動脈內(nèi)壁沉積，甚至可以使沉積的粥樣斑塊溶解。

（3）提高機體的應急能力：人體受到異常的刺激，如劇痛、寒冷、缺氧、精神強刺激等，會引發(fā)抵御異常刺激的緊張狀態(tài)。該狀態(tài)伴有一系列身體癥狀，包括交感神經(jīng)興奮、腎上腺髓質(zhì)和皮質(zhì)激素分泌增多。腎上腺髓質(zhì)所分泌的腎上腺素和去甲腎上腺素是由酪氨酸轉(zhuǎn)化而來的，本過程需要維生素C的參與。

2．參與體內(nèi)的氧化還原反應

維生素C能可逆地進行脫氫和加氫，在許多氧化還原反應中都能發(fā)揮作用。

（1）保護巰基酶的活性和谷胱甘肽的還原狀態(tài)：體內(nèi)許多酶的催化活性都依賴巰基（—SH），而維生素C能使巰基酶維持還原狀態(tài)，以保持酶活性，發(fā)揮抗氧化的作用。

谷胱甘肽是由谷氨酸、胱氨酸和甘氨酸組成的短肽，在體內(nèi)有氧化還原作用。它有兩種存在形式，即氧化型和還原型，還原型對保護細胞膜的完整性起重要作用。維生素C是一種強抗氧化劑，其本身被氧化，而使氧化型谷胱甘肽還原為還原型谷胱甘肽，從而發(fā)揮抗氧化作用。

（2）其他作用：維生素C能促進葉酸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂谢钚缘乃臍淙~酸；維生素C能治療貧血，使難以吸收利用的三價鐵還原成二價鐵，以促進腸道對鐵的吸收，提高肝臟對鐵的利用率，有助于治療缺鐵性貧血。另外，維生素C還可提高人體的免疫力，增強中性粒細胞的趨化性和變形能力，提高殺菌能力。

本章小結(jié)

維生素是維持機體正常生命活動過程所必需的一類小分子有機化合物。機體對維生素的需要量較少，必須依靠食物攝取才能滿足機體需要，易出現(xiàn)缺乏癥。維生素分為脂溶性維生素和水溶性維生素兩大類。脂溶性維生素中的維生素A與視蛋白結(jié)合成感光物質(zhì)，并對維持上皮組織的健全至關(guān)重要。維生素D參與鈣、磷代謝。維生素E有抗氧化作用。維生素K則與血液凝固有關(guān)。水溶性維生素中的B族維生素多以輔助因子的形式參與酶促反應。維生素C則參與羥化反應和氧化還原反應。

能力檢測

一、案例引導題

1．患者，男，主訴眼睛干燥，雙眼瞼有分泌物，從強光處進入暗處時，眼睛暫時看不見東西，暗適應試驗發(fā)現(xiàn)，45min后患者仍看不見弱光。

分析思考：

（1）根據(jù)你所學的生化知識，診斷該患者有何種維生素缺乏癥？

（2）說出該病的生化機制。

2．患者，男，4歲，消瘦，“X”形腿，肋骨呈串珠狀，雞胸，頭顱略方，體重偏低，X線檢查顯示：骨質(zhì)疏松，掌腕骨愈合緩慢。

分析思考：

（1）可初步診斷為何種疾?。?/p>

（2）治療的原則是什么？

（3）該患兒在日常生活和飲食中應該注意什么？如果療效欠佳，該患兒成年后可出現(xiàn)何種癥狀？

3．患者，女，14歲，平時喜食罐頭食品，最近牙齦反復出血，皮下可見淤斑。

分析思考：

（1）該女孩可能缺乏哪種營養(yǎng)素？

（2）應該補充哪些食品？

二、單項選擇題

1．維生素的化學本質(zhì)是（　?。?。

A．無機化合物　　　B．小分子有機化合物

C．小分子肽類　　　D．碳水化合物

2．轉(zhuǎn)氨酶的輔酶和哪種維生素有關(guān)？（　?。?/p>

A．維生素A　　　　　B．維生素PP

C．維生素B₂　　　D．維生素B₆

3．人類缺乏維生素C可引起（　?。?。

A．壞血病　　　B．佝僂病

C．腳氣病　　　D．癩皮病

4．對鈣、磷代謝及小兒骨骼生長有重要影響的是（　　）。

A．維生素C　　B．維生素D

C．維生素A　　D．維生素B₂

5．下列搭配關(guān)系中錯誤的是（　?。?。

A．硫胺素—脫羧　　B．泛酸—轉(zhuǎn)酰基

C．葉酸—氧化還原　D．吡哆醛—轉(zhuǎn)氨基

6．下列對脂溶性維生素的描述不正確的是（　?。?。

A．在體內(nèi)可以儲存　B．過多或過少都可能引起疾病　C．都是構(gòu)成輔酶的成分　D．都有重要的生理功能

7．長期食用精米和精面的人容易得癩皮病，這是因為缺乏（　?。?。

A．煙酸和煙酰胺　　B．泛酸

C．磷酸吡哆醛　　　D．硫辛酸

8．泛酸作為輔酶的成分主要參與下列哪個過程？（　?。?/p>

A．脫羧作用　　　　B．脫氫作用

C．轉(zhuǎn)酰基作用　　　D．轉(zhuǎn)氨作用

9．含有金屬元素的維生素是（　?。?/p>

A．維生素B₁　B．維生素B₆

C．維生素PP　　D．維生素B₁₂

10．壞血病是由于缺乏下列哪種維生素引起的？（　?。?/p>

A．維生素C　　　B．維生素D

C．維生素K　　　D．維生素E

11．抗干眼病維生素是（　?。?/p>

A．維生素A　　　B．維生素D

C．葉酸　　　　 D．維生素E

三、拓展題

1．試述患維生素缺乏癥的主要原因。

2．缺乏哪些維生素會引起巨幼紅細胞性貧血？為什么？

3．人們喜歡喝蘋果汁飲料，此飲料中含有Fe^2＋，現(xiàn)榨的蘋果汁在空氣中會由淡綠色（Fe^2＋）變?yōu)樽攸S色（Fe^3＋）。若榨汁時加入維生素C，可有效防止這種現(xiàn)象發(fā)生，為什么？

（賓　巴）