生物化學與分子生物學,第五章維生素與無機物,VitaminsandMinerals,定義：維生素(vitamin)是人體內(nèi)不能合成，或合成量甚少、不能滿足機體的需要，必須由食物供給，維持正常生命活動過程所必需的一組低分子量有機化合物。,一、維生素,微量元素(traceelement)：指人體每日需要量在100mg以下的化學元素，主要包括鐵、碘、銅、鋅、錳、硒、氟、鉬、鈷、鉻等。,二、無機元素,無機元素(minerals)是維持人體正常生理功能也必不可少的元素。,分類,常量元素(macroelement)：鈉、鉀、氯、鈣、磷、鎂等,第一節(jié)脂溶性維生素,Lipid-solubleVitamin,共同特點：（1）均為非極性疏水的異戊二烯衍生物（2）不溶于水，溶于脂類及脂肪溶劑（3）在食物中與脂類共存，并隨脂類一同吸收（4）吸收的脂溶性維生素在血液與脂蛋白及某些特殊結(jié)合蛋白特異結(jié)合而運輸種類：VitA,VitD,VitE,VitK,脂溶性維生素的結(jié)構(gòu),一、維生素A,動物內(nèi)臟(視黃醇酯）植物：維生素A原（如-胡蘿卜素）,（一）視黃醇是天然維生素A的主要形式,A1（視黃醇）A2（3-脫氫視黃醇）,天然形式：,來源：,運輸形式：,（二）視黃醇、視黃醛和視黃酸是維生素A的活性形式,1視黃醛與視蛋白的結(jié)合維持了正常視覺功能,2視黃酸對基因表達和組織分化具有調(diào)節(jié)作用,全反式視黃酸和9-順視黃酸是執(zhí)行這一重要功能的關(guān)鍵物質(zhì)。與細胞內(nèi)核受體結(jié)合，與DNA反應元件結(jié)合，調(diào)節(jié)某些基因的表達。缺乏：干眼病(xerophthalmia),3維生素A和胡蘿卜素是有效的抗氧化劑,4.維生素A及其衍生物可抑制腫瘤生長,能直接消滅自由基，有助于控制細胞膜和富含脂質(zhì)組織的脂質(zhì)過氧化。,（三）維生素A缺乏或過量攝入均引起疾病,缺乏癥：,1.夜盲癥2.干眼病3.對感染性疾病的敏感性增加,過多則可引起中毒癥狀：頭痛、惡心、共濟失調(diào)；肝細胞損傷和高脂血癥；長骨增厚、高鈣血癥、軟組織鈣化以及皮膚干燥、脫屑和脫發(fā)等。,二、維生素D,（一）維生素D是類固醇衍生物,種類：VitD2（麥角鈣化醇）VitD3（膽鈣化醇）VitD2原：麥角固醇VitD3原：7-脫氫膽固醇麥角固醇VitD2膽固醇7-脫氫膽固醇VitD3（紫外照射）VitD3在血液中運輸：與維生素D結(jié)合蛋白(vitaminDbindingprotein,DBP)相結(jié)合而運輸。,（二）維生素D的活化形式是1,25-二羥維生素D3,維生素D3在體內(nèi)的轉(zhuǎn)變,（三）1,25-(OH)2-D3具有調(diào)節(jié)血鈣和組織細胞分化的功能,1調(diào)節(jié)血鈣水平是1,25-(OH)2-D3的重要作用,1,25-(OH)2-D3可通過信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)使鈣通道開放，促進小腸對鈣、磷的吸收，影響骨組織的鈣代謝，從而維持血鈣和血磷的正常水平，促進骨和牙的鈣化。,2.1,25-(OH)2-D3還具有影響細胞分化的功能,調(diào)節(jié)多種組織細胞分化促進胰島細胞合成與分泌胰島素抑制某些腫瘤細胞增殖和促進分化,（四）維生素D缺乏或攝入過量均引起疾病,缺乏癥：,兒童可患佝僂病（rickets）成人可發(fā)生軟骨?。╫steomalacia）,長期每日攝入25g維生素D可引起中毒，長期每天攝入125g維生素D則肯定會引起中毒，其癥狀主要有異?？诳?，皮膚搔癢，厭食、嗜睡、嘔吐、腹瀉、尿頻以及高鈣血癥、高鈣尿癥、高血壓以及軟組織鈣化等。,三、維生素E,（一）維生素E是生育酚類化合物,生育酚(tocopherol):、和四種生育三烯酚(tocotrienol):、和四種,（二）維生素E具有抗氧化等多方面的功能,1維生素E是體內(nèi)最重要的脂溶性抗氧化劑,機制:捕捉過氧化脂質(zhì)自由基,保護生物膜的結(jié)構(gòu)與功能。,缺乏:輕度溶血性貧血。,2維生素E具有調(diào)節(jié)基因表達的作用,上調(diào)或下調(diào)生育酚的攝取和降解相關(guān)的基因延緩衰老脂類攝取與動脈硬化的相關(guān)基因:預防和治療冠狀動脈粥樣硬化性心臟病細胞外基質(zhì)蛋白的基因、細胞黏附與炎癥的相關(guān)基因抗炎、維持正常免疫功能細胞信號系統(tǒng)和細胞周期調(diào)節(jié)的相關(guān)基因抑制細胞增殖，抗腫瘤,3維生素E能促進血紅素合成,血紅素合成關(guān)鍵酶：氨基酮戊酸(ALA)合酶ALA脫水酶缺乏：新生兒貧血,（三）維生素E缺乏可引起輕度貧血,維生素E缺乏病是由于血中維生素E含量低而引起，主要發(fā)生在嬰兒，特別是早產(chǎn)兒。新生兒缺維生素E可引起貧血。臨床上常用維生素E治療先兆流產(chǎn)及習慣性流產(chǎn)。,四、維生素K,（一）維生素K是2-甲基1,4-萘醌的衍生物,人工合成：K3,天然形式：,K1-植物甲萘醌或葉綠醌,K2-腸道細菌的產(chǎn)物,（二）維生素K的主要功能是促進凝血,1維生素K是凝血因子合成所必須的輔酶,2維生素K對骨代謝具有重要作用,（三）維生素K缺乏可引起出血,第二節(jié)水溶性維生素,Water-solubleVitamin,易溶于水，故易隨尿液排出體內(nèi)不易儲存，必須經(jīng)常從食物中攝取作用比較單一，主要構(gòu)成酶的輔助因子直接影響某些酶的催化作用。,種類：B族維生素，維生素C,共同特點,水溶性維生素的結(jié)構(gòu),一、維生素B1,（一）維生素B1形成輔酶焦磷酸硫胺素,焦磷酸硫胺素(thiaminepyrophosphate,TPP),TPP是-酮酸氧化脫羧酶的輔酶，也是轉(zhuǎn)酮酶的輔酶在神經(jīng)傳導中起一定的作用，抑制膽堿酯酶的活性,腳氣病，末梢神經(jīng)炎,（二）維生素B1在糖代謝中具有重要作用,（三）維生素B1缺乏可引起腳氣病,二、維生素B2,維生素B2又名核黃素(riboflavin)體內(nèi)活性形式為黃素單核苷酸(FMN)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD),（一）維生素B2是FAD和FMN的組成成分,VitB2,FMN,AMP,FAD,FMN及FAD是體內(nèi)氧化還原酶(如脂酰CoA脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、黃嘌呤氧化酶等）的輔基，主要起氫傳遞體的作用.,（二）FMN和FAD是體內(nèi)氧化還原酶的輔基,（三）維生素B2缺乏病是一種常見的營養(yǎng)缺乏病,口角炎，唇炎，陰囊炎等,三、維生素PP,維生素PP包括：煙酸(nicotinicacid)煙酰胺(nicotinamide),體內(nèi)活性形式：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+),（一）維生素PP是NAD+和NADP+的組成成分,NAD+：R為H,NADP+：R為,煙酰胺,（三）維生素PP缺乏可引起癩皮病,缺乏癥:癩皮病,大量長期服用會中毒,肝損傷,NAD+及NADP+是體內(nèi)多種不需氧脫氫酶（如蘋果酸脫氫酶、乳酸脫氫酶）的輔酶，起傳遞氫的作用。,（二）NAD+和NADP+是多種不需氧脫氫酶的輔酶,四、泛酸,泛酸(pantothenicacid)又名遍多酸體內(nèi)活性形式為輔酶A(CoA)、?；d體蛋白(ACP),（一）泛酸在輔酶A和?；d體蛋白的組成成分,（二）輔酶A和?；d體蛋白參與酰基轉(zhuǎn)移反應,CoA及ACP是?；D(zhuǎn)移酶的輔酶，參與?；霓D(zhuǎn)移作用。,（三）泛酸缺乏可引起各種胃腸功能障礙等疾病,泛酸,4-磷酸泛酰巰基乙胺,CoA的結(jié)構(gòu)式,五、生物素,（一）生物素(biotin)的來源廣泛,（二）生物素是多種羧化酶的輔基,生物素是體內(nèi)多種羧化酶(如丙酮酸羧化酶、乙酰CoA羧化酶)的輔基，與羧化酶蛋白中賴氨酸殘基的-氨基以酰胺鍵共價結(jié)合，形成生物胞素殘基，參與CO2固定過程。,生物素還可使組蛋白生物素化，從而影響細胞周期、轉(zhuǎn)錄和DNA損傷的修復。,（三）生物素缺乏也可誘發(fā)機體不適,疲乏、惡心、嘔吐、食欲不振、皮炎及脫屑性紅皮病,六、維生素B6,（一）維生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺,維生素B6包括吡哆醇(pyridoxine)、吡哆醛(pyridoxal)和吡哆胺(pyridoxamine)。活化形式：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛是氨基酸轉(zhuǎn)氨酶及脫羧酶的輔酶，用于治療小兒驚厥、妊娠嘔吐和精神焦慮。磷酸吡哆醛也是-氨基-酮戊酸合酶（ALA合酶）的輔酶。缺乏導致低血色素小細胞性貧血和血清鐵增高。磷酸吡哆醛是同型半胱氨酸分解代謝酶的輔酶，缺乏引起高同型半胱氨酸血癥。,（二）磷酸吡哆醛的輔酶作用多種多樣,1磷酸吡哆醛是多種酶的輔酶,2磷酸吡哆醛可終止類固醇激素的作用,作用機制：將類固醇激素-受體復合物從DNA中移去，終止這些激素的作用。維生素B6缺乏：可增加人體對雌激素、雄激素、皮質(zhì)激素和維生素D作用的敏感性。,（三）維生素B6過量可引起中毒,日攝入量超過200mg可引起神經(jīng)損傷，表現(xiàn)為周圍感覺神經(jīng)病。,葉酸(folicacid)又稱蝶酰谷氨酸體內(nèi)活性形式為四氫葉酸(FH4),七、葉酸,（一）四氫葉酸是葉酸的活性形式,（二）四氫葉酸是一碳單位的載體,FH4是一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶，參與一碳單位的轉(zhuǎn)移。N5、N10是一碳單位的結(jié)合位點。,缺乏癥：巨幼紅細胞貧血高同型半胱氨酸血癥和DNA低甲基化,葉酸,二氫葉酸還原酶,NADPH+H+,NADP+,二氫葉酸,二氫葉酸還原酶,NADPH+H+,NADP+,四氫葉酸,5,6,7,8-四氫葉酸,（三）葉酸缺乏可導致巨幼紅細胞性貧血,維生素B12又稱鈷胺素(coholamine)體內(nèi)活性形式為甲基鈷胺素5-脫氧腺苷鈷胺素,八、維生素B12,（一）維生素B12的吸收需要內(nèi)因子,R：5-脫氧腺苷5-脫氧腺苷鈷胺素,VitB12是N5-CH3-FH4轉(zhuǎn)甲基酶（甲硫氨酸合成酶）的輔酶，催化同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸。,VitB12缺乏：,缺乏癥：巨幼紅細胞貧血高同型半胱氨酸血癥神經(jīng)疾患,（二）維生素B12影響一碳單位的代謝和脂肪酸的合成,一是引起甲硫氨酸合成減少二是影響四氫葉酸的再生,（三）維生素B12缺乏可導致巨幼紅細胞性貧血等多種疾病,九、維生素C,（一）維生素C是對熱不穩(wěn)定的酸性物質(zhì),維生素C又稱L-抗壞血酸(ascorbicacid)，呈酸性，廣泛存在于新鮮蔬菜和水果中。,動物體內(nèi)不能合成維生素C，必需由食物供給。,抗壞血酸分子中C2和C3羥基可以氧化脫氫生成脫氫抗壞血酸，后者也可以加氫還原。,維生素C,脫氫維生素C,（二）維生素C既是一些羥化酶的輔酶又是強抗氧化劑,1維生素C是一些羥化酶的輔酶,抗壞血酸是維持體內(nèi)含銅羥化酶和-酮戊二酸-鐵羥化酶活性必不可少的輔因子。,2維生素C作為抗氧化劑可直接參與體內(nèi)氧化還原反應,3維生素C具有增強機體免疫力的作用,（三）維生素C嚴重缺乏可引起壞血病,十、-硫辛酸,-硫辛酸（lipoicacid）的結(jié)構(gòu)是6,8-二硫辛酸，能還原為二氫硫辛酸，為硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶的輔酶。,-硫辛酸有抗脂肪肝和降低血膽固醇的作用。另外，它很容易進行氧化還原反應，故可保護巰基酶免受金屬離子毒害。,第三節(jié),微量元素,TraceElement,種類主要包括有鐵、碘、銅、鋅、錳、硒、氟、鉬、鈷、鉻等10種。,概念：微量元素是指人體中每人每天的需要量在100以下的元素。,一、鐵,（一）運鐵蛋白和鐵蛋白分別是鐵的運輸和儲存形式,鐵(Fe3+)在血液中與運鐵蛋白(transferrin)結(jié)合而運輸。多余的鐵以鐵蛋白的形式主要儲存于肝、脾、骨髓、小腸黏膜、胰等器官。體內(nèi)鐵的唯一排泄途徑：細胞內(nèi)有鐵蛋白鐵隨著小腸黏膜上皮細胞脫落而排泄于腸腔。,鐵是體內(nèi)含量最多的一種微量元素，成年男性平均含鐵量約為50mg/kg，女性約為30mg/kg。,鐵卟啉化合物：75%非鐵卟啉類含鐵化合物：25%（如含鐵的黃素蛋白、鐵硫蛋白、運鐵蛋白等）。,（二）體內(nèi)鐵主要存在于鐵卟啉化合物和其他含鐵化合物中,（三）鐵的缺乏與中毒均可引起嚴重的疾病,鐵的缺乏：小細胞低血色性貧血,鐵攝入過剩：血色素沉著癥(hemochromatosis),二、鋅,血鋅水平：0.10.15mmol/L運輸形式：清蛋白或運鐵蛋白結(jié)合而運輸儲存形式：與金屬硫蛋白(metallothionein)結(jié)合排泄方式：主要經(jīng)糞排泄，其次為尿、汗、乳汁,鋅(zinc)在人體內(nèi)的含量僅次于鐵，約為1.52.5g。成人每日需鋅1520mg。,（一）清蛋白和金屬硫蛋白分別參與鋅的運輸和儲存,功能：含鋅金屬酶的組成成分、鋅指蛋白中鋅指模體的成分。,（二）鋅是含鋅金屬酶和鋅指蛋白的組成成分,（三）鋅缺乏可引起多種疾病,缺乏癥：皮膚炎、傷口愈合緩慢、脫發(fā)、神經(jīng)精神障礙，兒童發(fā)育不良、睪凡萎縮等。,三、銅,運輸形式：60%的銅與銅藍蛋白(ceruloplasmin)緊密結(jié)合，其余的與清蛋白疏松結(jié)合或與組氨酸形成復合物。排泄方式：主要隨膽汁排泄,成人體內(nèi)銅(copper)的含量約為80110mg，肌肉中約占50%，10%存在于肝。,（一）銅在血液中主要與銅藍蛋白結(jié)合而運輸,缺乏癥：小細胞低色素性貧血、白細胞減少、出血性血管改變、骨脫鹽、高膽固醇血癥和神經(jīng)疾患。中毒：藍綠糞便、唾液，以及行動障礙。,1）體內(nèi)多種酶的輔基，含銅的酶多以氧分子或氧的衍生物為底物。2）增強血管生成素(angiogenin)對內(nèi)皮細胞的親和力、增加血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和相關(guān)細胞因子的表達與分泌，促進血管生成。,（二）銅是多種含銅酶的輔基,（三）銅缺乏可導致小細胞低色素性貧血等疾病,四、錳,運輸形式：大部分與血漿中-球蛋白和清蛋白結(jié)合而運輸，少量與運鐵蛋白結(jié)合。儲存部位：骨、肝、胰和腎排泄方式：主要經(jīng)膽汁，少量隨胰液排出，尿中排泄很少。,人體內(nèi)含錳(manganese)約1220mg。成人每日需25mg。,（一）大部分錳與血漿中-球蛋白和清蛋白結(jié)合而運輸,缺乏癥：生長發(fā)育受到影響中毒：抑制呼吸鏈中復合物和ATP酶的活性，造成氧自由基的過量產(chǎn)生；干擾多巴胺的代謝，導致精神病和帕金森神經(jīng)功能障礙（錳瘋狂）。,1）多種酶的組成成分和激活劑2）體內(nèi)正常免疫功能、血糖與細胞能量調(diào)節(jié)、生殖、消化、骨骼生長、抗自由基等均需要錳。,（二）錳是多種酶的組成成分和激活劑,（三）過量攝入錳可引起中毒,五、硒,運輸形式：與和球蛋白結(jié)合，小部分與VLDL結(jié)合而運輸。排泄方式：主要隨尿及汗液排泄。,人體含硒(selenium)約為14mg21mg。成人日需要量在30g50g。,（一）大部分硒與和球蛋白結(jié)合而運輸,谷胱甘肽過氧化物酶是重要的含硒抗氧化蛋白，降低細胞內(nèi)H2O2的含量，保護細胞膜，并加強維生素E的抗氧化作用。硒蛋白P是血漿中的主要硒蛋白，可表達于各種組織，既是硒的轉(zhuǎn)運蛋白，也是內(nèi)皮系統(tǒng)的抗氧化劑。硫氧還蛋白還原酶參與調(diào)節(jié)細胞內(nèi)氧化還原過程，參與DNA合成的修復機制。,（二）硒以硒半胱氨酸形式參與多種重要硒蛋白的組成,可引發(fā)糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)變性疾病、某些癌癥等，如：克山病。,碘甲腺原氨酸脫碘酶可激活或去激活甲狀腺激素，以維持機體生長、發(fā)育與代謝。硒參與輔酶Q和輔酶A的合成。,（三）硒缺乏可引發(fā)多種疾病,功能：主要參與甲狀腺激素的合成，也具有抗氧化作用；缺乏癥:地方性甲狀腺腫，嚴重可致發(fā)育停滯、癡呆，如胎兒期缺碘可致呆小病；中毒：高碘性甲狀腺腫，表現(xiàn)為甲狀腺功能亢進及一些中毒癥狀。,六、碘,成人體內(nèi)含碘(iodine)30mg50mg，其中約30%集中在甲狀腺內(nèi)，用于合成甲狀腺激素。60%80%以非激素的形式分散于甲狀腺外。,七、鈷,人體對鈷的最小需要量為1g，主要從尿中排泄，人體排鈷能力強，很少有鈷蓄積的現(xiàn)象發(fā)生。鈷主要以B12的形式發(fā)揮作用，鈷缺乏可致B12缺乏，而B12缺乏可引起巨幼紅細胞性貧血等疾病。,八、氟,成人體內(nèi)含氟(fluorine)約2g6g，其中90%分布于骨、牙中，少量存在于指甲、毛發(fā)及神經(jīng)肌肉中。,血中水平：20mol/L運輸形式：與球蛋白結(jié)合，小部分以氟化物形式運輸。排泄方式：尿,功能：氟與骨、牙的形成及鈣磷代謝密切相關(guān)。氟可被羥基磷灰石吸附，生成氟磷灰石，從而加強對齲牙的抵抗作用。缺乏癥:骨質(zhì)疏松，易發(fā)生骨折；牙釉質(zhì)受損易碎。中毒：骨脫鈣和白內(nèi)障，并可影響腎上腺、生殖腺等多種器官的功能。,九、鉻,鉻作為鉻調(diào)素的組成成分，增強胰島素的生物學效應。鉻缺乏的主要表現(xiàn)在胰島素的有效性降低，造成葡萄糖耐量受損，血清膽固醇和血糖上升。,鉻中毒主要侵害皮膚和呼吸道，出現(xiàn)皮膚黏膜的刺激和腐蝕作用，嚴重者發(fā)生急性腎功能衰竭。,第四節(jié)鈣、磷及其代謝,MetabolismofCalciumandPhosphorus,鈣（calcium）是人體內(nèi)含量最多的無機元素之一，成人含量約為30mol（1200g/70kg體重），僅次于碳、氫、氧和氮。磷（phosphorus）正常成人約含19.4mol（600g）。,一、鈣、磷在體內(nèi)分布及其功能,（一）鈣既是骨的主要成分又具有重要的調(diào)節(jié)作用,骨鈣占體內(nèi)總鈣99%，以羥基磷灰石(hydroxyapatite)的形式存在,血清鈣(911mg/dl)，占總鈣0.1%,其他鈣占總鈣1%,胞液鈣作為第二信使在信號轉(zhuǎn)導中發(fā)揮許多重要的生理作用。肌肉中的鈣可啟動骨骼肌和心肌細胞的收縮。,血鈣的正常水平對于維持骨骼內(nèi)骨鹽的含量、血液凝固過程和神經(jīng)肌肉的興奮性具有重要的作用。,（二）磷是體內(nèi)許多重要生物分子的組成成分,成人血漿中無機磷的含量約為1.11.3mmol/L（3.54.0mg/dl）。,血液CaP=3540,（三）鈣磷代謝紊亂可引起多種疾病,維生素D缺乏可引起鈣吸收障礙，導致兒童佝僂病和成人骨軟化癥。骨基質(zhì)喪失和進行性骨骼脫鹽可導致中、老年人骨質(zhì)疏松。甲狀旁腺功能亢進與維生素D中毒可引起高血鈣癥、尿路結(jié)石等。甲狀旁腺功能減退癥可引起低鈣血癥。,高磷血癥常見于慢性腎病患者，與冠狀動脈、心瓣膜鈣化等嚴重心血管并發(fā)癥密切相關(guān)；是引起繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進、維生素D代謝障礙、腎性骨病等的重要因素。維生素D缺乏也可減少腸腔磷酸鹽的吸收，是引起低磷血癥的原因之一。,二、鈣和磷的代謝,（一）鈣和磷的吸收與排泄受多種因素影響,主要來源:牛奶、豆類和葉類蔬菜主要吸收部位:十二指腸和空腸上段,小腸對鈣的吸收,影響鈣吸收因素:,酸性食物均有利于鈣的吸收。堿性磷酸鹽、草酸鹽和植酸鹽不利于鈣的吸收。鈣的吸收隨年齡的增長而下降。維生