第三章維生素與微量元素,一、維生素的定義維生素(vitamin)是機體維持正常生理功能所必需，但在體內(nèi)不能合成或合成量很少，必須由食物供給的一組低分子量有機物質(zhì)。這類化合物天然存在于食物中，在物質(zhì)代謝過程中發(fā)揮各自特有的生理功能。但機體缺乏某種維生素時，可發(fā)生物質(zhì)代謝的障礙并出現(xiàn)相應的維生素缺乏癥。,二、維生素的命名與分類（一）命名：維生素有三種命名系統(tǒng):一、是按其被發(fā)現(xiàn)的先后順序，以拉丁字母命名，如維生素A、B、C、D、E、K等；二、是根據(jù)其化學結(jié)構特點命名，如視黃醇、硫胺素、維生素B2等；三、是根據(jù)其生理功能和治療作用命名，如抗干眼病維生素、抗癩皮病維生素、抗壞血酸維生素等等。（二）分類習慣上根據(jù)維生素的溶解性可將其分為脂溶性維生素(lipid-solublevitamin)和水溶性維生素(water-solublevitamin)兩大類。脂溶性維生素包括維生素A、D、E、K四種，水溶性維生素包括B族維生素和維生素C兩類。B族維生素又包括維生素B1、B2、B6、B12、維生素PP、泛酸、葉酸、生物素等。,第二節(jié)脂溶性維生素,一、維生素A(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素A又稱抗干眼病維生素。天然的維生素A有A1及A2兩種形式，A1又稱視黃醇（retinol），A2即3-脫氫視黃醇。植物中含有稱作維生素A原（provitaminA）胡蘿卜素（carotene），其中-胡蘿卜素可在小腸黏膜由-胡蘿卜素加氧酶作用，加氧斷裂，生成2分子視黃醛retinal），再經(jīng)還原形成視黃醇，部分視黃醛進一步氧化形成視黃酸（retinoicacid）。維生素A在體內(nèi)的活性形式包括視黃醇、視黃醛和視黃酸。,(二)生化作用及缺乏癥1.構成視覺細胞感光物質(zhì)在視覺細胞內(nèi)，視黃醇被異構成11-順視黃醇，并進而氧化為11-順視黃醛，其作為光敏感視蛋白（opsin）的輔基與之結(jié)合生成各種視色素。在感受強光的錐狀細胞內(nèi)有視紅質(zhì)、視青質(zhì)及視藍質(zhì)，桿狀細胞內(nèi)有感受暗光的視紫紅質(zhì)。在暗處受弱光刺激，視紫紅質(zhì)中的11-順視黃醛發(fā)生光異構，轉(zhuǎn)變成全反式視黃醛，并與視蛋白分離而失色。在維生素A缺乏時，會發(fā)生“夜盲癥”。,2.參與糖蛋白的合成視黃酸在體內(nèi)轉(zhuǎn)變生成的視黃醇磷酸（retinylphosphate）是寡糖穿越膜脂雙層的載體，可促進膜蛋白的糖鏈的延伸和糖脂的形成。如糖蛋白分泌減少，引起上皮組織干燥、增生和角化等，以致角膜、結(jié)合膜干燥產(chǎn)生干眼病xerophthalmia），所以維生素A又稱為抗干眼病維生素。3.其他作用維生素A和-胡蘿卜素是有效的抗氧化劑，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，故能防止自由基蓄積引起的腫瘤和多種疾病的發(fā)生。,二、維生素D,(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素D又稱為抗佝僂病維生素，是類固醇衍生物，含有環(huán)戊多氫菲結(jié)構。維生素D由維生素D原轉(zhuǎn)變來，在植物和動物中都存在，現(xiàn)已知的主要有D2、D3、D4、D5四種，其中活性較強的為維生素D2（麥角鈣化醇，ergocalciferol）和維生素D3（膽鈣化醇，cholecalciferol體內(nèi)膽固醇變?yōu)?-脫氫膽固醇，儲存在皮下，在紫外線作用下再轉(zhuǎn)變成維生素D3，是人體內(nèi)維生素D的主要來源，因而稱7-脫氫膽固醇為維生素D原。在酵母和植物油中有不能被人吸收的麥角固醇，在紫外線照射下可轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙蝗宋盏木S生素D2（圖3-2）。食物中的維生素D在小腸被吸收后被運輸至肝，在25-羥化酶催化下成為25-(OH)-D3。25-(OH)-D3經(jīng)腎小管上皮細胞線粒體內(nèi)l-羥化酶的作用生成D3的活性形式1,25-(OH)2-D3，再經(jīng)24-羥化酶催化轉(zhuǎn)化成無活性的1,24,25-(OH)3-D3。,(二)生化作用及缺乏癥1、維生素D在轉(zhuǎn)化為活性形式1,25-(OH)2-D3以后，可促進腸道黏膜合成鈣結(jié)合蛋白，使小腸對鈣、磷的吸收增加，維持血漿中鈣、磷濃度的正常水平，有利于新骨的生成與鈣化。2、維生素D還具有促進成骨細胞形成和促進鈣在骨質(zhì)中沉積。3、維生素D可能是一種免疫調(diào)節(jié)激素，可以增強單核細胞及巨噬細胞功能。免疫細胞中存在1,25-(OH)2-D3受體，1,25-(OH)2-D3可通過其特異受體進入免疫細胞，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的功能。4、缺乏維生素D的嬰兒，腸道鈣、磷的吸收發(fā)生障礙，使血液中鈣、磷含量下降，骨、牙不能正常發(fā)育，臨床表現(xiàn)為手足搐搦，嚴重者導致出現(xiàn)佝僂病。成人則發(fā)生軟骨病。維生素D可防治佝僂病、軟骨病和手足搐搦癥等，但在使用維生素D時應先補充鈣。大劑量久用可引起維生素D過多癥，表現(xiàn)為食欲下降、惡心、嘔吐、血鈣過高、骨破壞、異位鈣化等。,(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素E屬酚類化合物，是苯駢二氫吡喃的衍生物，主要分為生育酚（tocopherol）及生育三烯酚（tocotrienol）兩大類。每類又可根據(jù)甲基的數(shù)目、位置不同分為、和四種。自然界中以-生育酚生理活性最高，若以它為基準，及-生育酚和-生育三烯酚的生理活性分別為40、8及20，其余活性甚微。但就抗氧化作用而論，-生育酚作用最強，-生育酚作用最弱。生育酚和生育三烯酚的結(jié)構如下：,三、維生素E,(二)生化作用及缺乏癥1.維生素E是體內(nèi)最重要的抗氧化劑，能清除生物膜脂質(zhì)過氧化所產(chǎn)生的自由基，保護生物膜的結(jié)構與功能。維生素E與谷胱甘肽、維生素C、硒等抗氧化劑協(xié)同作用，可更有效地清除自由基。2.維生素E具有抗不育作用，俗稱生育酚，動物缺乏維生素E時其生殖器官發(fā)育受損甚至不育，但人類尚未發(fā)現(xiàn)因維生素E缺乏所致的不育癥。臨床上常用維生素E治療先兆流產(chǎn)及習慣性流產(chǎn)。3.維生素E能提高血紅素合成的關鍵酶氨基-酮戊酸合酶(ALA)和ALA脫水酶的活性，促進血紅素合成。,四、維生素K,(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素K是具有異戊烯類側(cè)鏈的萘醌化合物，在自然界中主要以K1和K2兩種形式存在），其化學結(jié)構都是2-甲基1，4-萘醌的衍生物。維生素K1存在于綠葉蔬菜中，稱為葉綠甲基萘醌(phytylmenaquinone)維生素K2是人體腸道細菌的代謝產(chǎn)物，又稱多異戊烯甲基萘醌（multiprenylmenaquinoe）。臨床上應用的為人工合成的K3和K4，為2-甲基-萘醌（menaquinone）的含氮類似物，其活性高于維生素K1和K2，臨床上作為水溶性維生素K代用品的4-亞氨基2-甲基萘醌的凝血活性比維生素K1高34倍。維生素K的結(jié)構如下：,(二)生化作用及缺乏癥維生素K的主要生化作用是維持體內(nèi)第、凝血因子的正常水平，促進凝血作用。這些凝血因子由無活性型向活性型的轉(zhuǎn)變需要其前體的46個谷氨酸殘基(Glu)經(jīng)羧化變?yōu)?羧基谷氨酸(Gla)殘基。Gla具有很強的整合Ca2+能力，因而使其轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚孕?。催化這一反應的為-羧化酶，維生素K為該酶的輔助因子。,第三節(jié)水溶性維生素,一、維生素B1(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素B1又名硫胺素（thiamine）,耐熱，酸溶液中穩(wěn)定，堿性條件下加熱易破壞，焦磷酸硫胺素(thiaminepyrophosphate，TPP)為其體內(nèi)的活性形式，結(jié)構如下：,(二)生化作用及缺乏癥TPP是-酮酸氧化脫羧酶系的輔酶，如丙酮酸脫氫酶系、-酮戊二酸脫氫酶系等。當維生素B1缺乏時，代謝中間產(chǎn)物-酮酸的氧化脫羧反應發(fā)生障礙，導致神經(jīng)組織氧化供能不足，導致末梢神經(jīng)炎及其他神經(jīng)病變。TPP也是磷酸戊糖途徑中轉(zhuǎn)酮醇酶的輔酶，維生素B1缺乏時，使體內(nèi)核苷酸的合成受到影響。維生素B1在神經(jīng)傳導中起一定作用。維生素B1和糖代謝關系密切，當維生素B1缺乏時，糖代謝受阻，丙酮酸積累，使血、尿和腦組織中丙酮酸含量升高，出現(xiàn)多發(fā)性神經(jīng)炎、心力衰竭、四肢無力、肌肉萎縮、甚至浮腫等癥狀，臨床上稱為腳氣病，故維生素B1又稱為抗腳氣病維生素。,二、維生素B2,(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素B2又名核黃素(lactofiavin)，它的化學本質(zhì)是核糖醇和6，7-二甲基異咯嗪的縮合物。維生素B2分布很廣，從食物中被吸收后在小腸黏膜轉(zhuǎn)變成黃素單核苷酸(flavinmononucleotide，F(xiàn)MN)，在體細胞內(nèi)還可進一步在焦磷酸化酶的催化下生成黃素腺嘌呤二核苷酸(flavinadeninedinucleotide，F(xiàn)AD)，F(xiàn)MN及FAD為其活性型，結(jié)構如下：,(二)生化作用及缺乏癥FMN及FAD是體內(nèi)氧化還原酶的輔基，如：琥珀酸脫氫酶、黃嘌呤氧化酶及NADH脫氫酶等，主要起遞氫體的作用。維生素B2廣泛參與體內(nèi)的各種氧化還原反應，能促進糖、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝，對維持皮膚、黏膜和視覺的正常功能均有一定作用。缺乏維生素B2時，組織呼吸減弱，代謝強度降低，可引起口角炎、唇炎、陰囊炎、眼瞼炎等癥。,三、維生素PP,(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素PP又稱抗癩皮病維生素，包括尼克酸(nicotinicacid，又稱煙酸)及尼克酰胺(nicotinamide，又稱煙酰胺)，兩者均屬吡啶衍生物，在體內(nèi)可相互轉(zhuǎn)化。維生素PP廣泛存在于自然界動植物中，肝內(nèi)能將色氨酸轉(zhuǎn)變成維生素PP，但轉(zhuǎn)變率較低，60mg色氨酸僅能轉(zhuǎn)變成1mg尼克酸，人體的維生素PP主要從食物中攝取。維生素PP的結(jié)構如下：,主要包括尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)，它們也是維生素PP在體內(nèi)的活性型。NAD+和NADP+的結(jié)構如下,(二)生化作用及缺乏癥NAD+和NADP+在體內(nèi)是多種不需氧脫氫酶的輔酶。維生素PP能維持神經(jīng)組織的健康，對中樞及交感神經(jīng)系統(tǒng)有保護作用，缺乏時表現(xiàn)出神經(jīng)營養(yǎng)障礙。維生素PP缺乏癥稱為癩皮病(pellagra)，主要表現(xiàn)是皮炎、腹瀉及癡呆。近年，臨床上將尼克酸用來作為降膽固醇藥。尼克酸能抑制脂肪組織的脂肪分解，從而抑制FFA的動員，可使肝中VLDL的合成下降，起到降膽固醇的作用。服用過量尼克酸(24g/d)會引起血管擴張、臉頰潮紅、痤瘡及胃腸不適等癥狀，長期大量服用可能對肝有損害?？菇Y(jié)核藥物異煙肼的結(jié)構與維生素PP十分相似，兩者有拮抗作用，長期服用可能引起維生素PP缺乏。,(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素B6包括吡哆醇(pyridoxine)、吡哆醛(pyridoxal)及吡哆胺(pyridoxamine)，在體內(nèi)以磷酸酯的形式存在。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可相互轉(zhuǎn)變，均為活性型(圖3-4)。維生素B6廣泛存在于肝、腎、肌肉、米糠、種子胚及酵母中,四、維生素B6,(二)生化作用及缺乏癥磷酸吡哆醛是氨基酸代謝中的轉(zhuǎn)氨酶及脫羧酶的輔酶，能促進谷氨酸脫羧，增進大腦抑制性神經(jīng)遞質(zhì)-氨基丁酸的生成。臨床上常用維生素B6治療小兒驚厥及妊娠嘔吐和精神焦慮等。磷酸吡哆醛還是血紅素合成的限速酶-氨基-酮戊酸(ALA)合酶的輔酶，維生素B6缺乏時血紅素的合成受阻，造成低血色素小細胞性貧血和血清鐵增高。磷酸吡哆醛作為糖原磷酸化酶的重要組成部分，參與糖原分解為1-磷酸葡萄糖的過程。肌肉磷酸化酶所含的維生素B6約占全身維生素B6的7080。人類未發(fā)現(xiàn)維生素B6缺乏的典型病例。異煙肼與吡哆醛結(jié)合形成腙而從尿中排出，引起維生素B6缺乏癥，故維生素B6也可用于防治因大劑量服用異煙肼導致的中樞神經(jīng)興奮、周圍神經(jīng)炎和小細胞低色素性貧血等。,五、泛酸,(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)泛酸(pantothenicacid)又稱遍多酸，廣泛分布于動植物組織中，蜂皇漿中含量最高。泛酸在腸內(nèi)被吸收進入人體后，經(jīng)磷酸化并獲得巰基乙胺而生成4磷酸泛酰巰基乙胺。4-磷酸泛酰巰基乙胺是輔酶A、及?；d體蛋白(acylcarrierprotein，ACP)的組成部分，所以CoA及ACP為泛酸在體內(nèi)的活性型。,(二)生化作用及缺乏癥在體內(nèi)CoA及ACP構成?；D(zhuǎn)移酶的輔酶。因泛酸廣泛存在于生物界，所以很少見泛酸缺乏癥，但在二戰(zhàn)時的遠東戰(zhàn)俘中曾有“腳灼熱綜合征”，為泛酸缺乏所致。,六、生物素,(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)生物素(biotin)是由噻吩環(huán)和尿素結(jié)合而形成的一個雙環(huán)化合物，側(cè)鏈有一戊酸，為無色針狀結(jié)晶體，耐酸而不耐堿，氧化劑及高溫可使其失活。生物素是酶促反應中的羧基傳遞體，,生物素是體內(nèi)多種羧化酶的輔酶，如丙酮酸羧化酶等，參與CO2的羧化過程。生物素在動植物界分布廣泛，如肝、腎、蛋黃、酵母、蔬菜、谷類中含量豐富。人腸道細菌也能合成，故很少出現(xiàn)缺乏癥。新鮮雞蛋中有一種抗生物素蛋白(avidin)，它能與生物素結(jié)合使其失去活性不被吸收，蛋清加熱后這種蛋白被破壞，也就不再妨礙生物素的吸收。長期使用抗生素可抑制腸道細菌生長，也可能造成生物素的缺乏，主要癥狀是疲乏、惡心、嘔吐、食欲缺乏、皮炎及脫屑性紅皮病。,七、葉酸（一)化學本質(zhì)及性質(zhì)葉酸(folicacid)是由2-氨基-4-羥基-6-甲基蝶呤啶（pteridine）、對氨基苯甲酸（p-aminobenzoicacid，PABA）和L-谷氨酸三部分組成，因綠葉中含量十分豐富而得名。葉酸為某些微生物生長所必需，人體雖然自己不能合成，但因腸道細菌可以合成，故一般不易患缺乏癥。葉酸在植物的綠葉中大量存在，肝、酵母中含量也很豐富。在體內(nèi)葉酸被二氫葉酸還原酶還原為二氫葉酸，再進一步還原為四氫葉酸（tetrahydrofolicacid，THFA或FH4），反應過程需要NADPH和維生素C參與。四氫葉酸是葉酸的活性形式(二)生化作用及缺乏癥FH4是體內(nèi)一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶，以一碳單位的載體參與體內(nèi)許多重要物質(zhì)例如嘌呤、嘧啶、核苷酸、絲氨酸、甲硫氨酸等的合成過程中。當葉酸缺乏時，DNA合成必然受到抑制，骨髓幼紅細胞DNA合成減少，細胞分裂速度降低，細胞體積變大，造成巨幼紅細胞貧血。抗癌藥物甲氨蝶呤因結(jié)構與葉酸相似，能抑制二氫葉酸還原酶的活性，使四氫葉酸合成減少，進而抑制體內(nèi)胸腺嘧啶核苷酸的合成，因此有抗癌作用。,八、維生素B12(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素B12又稱鈷胺素(cobalamin)，其結(jié)構中含有一個金屬鈷離子，是唯一含金屬元素的維生素。維生素B12在體內(nèi)因結(jié)合的基團不同，可有多種存在形式，如氰鈷胺素、羥鈷胺素、甲鈷胺素和5-脫氧腺苷鈷胺素，后兩者是維生素B12的活性型。羥鈷胺素的性質(zhì)比較穩(wěn)定，是藥用維生素B12的常用形式，且療效優(yōu)于氰鈷胺素。甲鈷胺素和5-脫氧腺苷鈷胺素具有輔酶的功能，又稱輔酶B12。維生素B12多存在于動物的肝中，肝、腎、瘦肉、魚及蛋類食物中的含量較高,人和動物的腸道細菌均能合成。在胃中要經(jīng)酸或在腸內(nèi)經(jīng)胰蛋白酶作用與蛋白質(zhì)分開，然后在一種由胃壁細胞分泌的高度特異的糖蛋白稱為內(nèi)因子(intrinsicfactor，IP)的協(xié)助下，才能在回腸被吸收。(二)生化作用及缺乏癥維生素B12是甲硫氨酸合成酶(又稱甲基轉(zhuǎn)移酶)的輔基，催化體內(nèi)的同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸。B12缺乏時，N5-CH3FH4上的甲基不能轉(zhuǎn)移，既不利于甲硫氨酸的生成，也影響四氫葉酸的再生，使組織中游離的四氫葉酸含量減少，不能重新利用它來轉(zhuǎn)運其他的一碳單位，影響嘌呤、嘧啶的合成，最終導致核酸合成障礙，影響細胞分裂，產(chǎn)生巨幼紅細胞性貧血(megaloblasticanemia)也即惡性貧血。同型半胱氨酸的堆積可造成同型半胱氨酸尿癥。維生素B12廣泛存在于動物食品中，食用正常膳食者，一般不會發(fā)生維生素B12缺乏癥。,十、維生素C(一)化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素C又稱L-抗壞血酸(ascorbicacid)，它是含有6個碳原子的不飽和多羥基化合物，以內(nèi)酯形式存在。又因其為烯醇式結(jié)構維生素C的結(jié)構如下：,(二)生化作用及缺乏癥1維生素C作為多種羥化酶的輔助因子，參與體內(nèi)多種羥化反應（1）促進膠原蛋白的合成；（2）參與膽固醇的轉(zhuǎn)化維生素C是膽汁酸合成的限速酶7-羥化酶的輔酶；（3）參與芳香族氨基酸的代謝在苯丙氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)槔野彼?，酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)閷αu苯丙酮酸及尿黑酸的反應中，都需維生素C。2維生素C參與體內(nèi)氧化還原反應(1)維生素C能保護巰基酶的-SH處于還原狀態(tài)，維持巰基酶的活性。起保護細胞膜的作用。(2)維生素C能使紅細胞中的高鐵血紅蛋白(MHb)還原為血紅蛋白(Hb)，使其恢復對氧的運輸能力。維生素C還能將Fe3+還原成Fe2+，因而可使食物中的鐵易于吸收，體內(nèi)的鐵重新利用，促進造血功能。(3)維生素C能保護維生素A、E及B免遭氧化，還能促使葉酸還原，轉(zhuǎn)變成為有活性的四氫葉酸。3維生素C具有增強機體免疫力的作用維生素C能促進淋巴細胞的增殖和趨化作用，提高吞噬細胞的吞噬能力，促進免疫球蛋白的合成，因此能提高機體免疫力。臨床上用于心血管疾病、病毒性疾病等的支持性治療。,第四節(jié)微量元素微量元素（microelement）是指人體每日的需要量在100mg以下的元素，主要包括有鐵、碘、銅、鋅、錳、硒、氟、鉬、鈷、鉻等。雖然所需甚微，但生理作用卻十分重要。鐵（iron）是體內(nèi)含量最多的一種微量元素，約占體重的0.0057。成年男性平均含鐵量約為每kg體重50mg，女性略低，約為每kg體重30mg。體內(nèi)的鐵約75存在于鐵卟啉化合物中，25存在于非鐵卟啉類含鐵化合物中，主要有含鐵的黃素蛋白、鐵硫蛋白、運鐵二、碘碘（iodine）2050mg，其中大部分(15mg)集中在甲狀腺內(nèi)，用于合成甲狀腺素，其余以非激素的形式分散于甲狀腺外。銅（copper）在成人體內(nèi)含量約為100150mg，肌肉中約占50，10存在于肝。肝中銅的含量可反映體內(nèi)的營養(yǎng)及平衡狀況。銅主要在十二指腸吸收，銅的吸收受血漿銅藍蛋白的調(diào)控，血漿銅藍蛋白減少時，吸收便增加。血液中約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。銅主要隨膽汁排泄。四、鋅,鋅（zinc）在人體內(nèi)的含量僅次于鐵，約為23g，成人每日需鋅1520mg。鋅主要在小腸吸收，入血后與清蛋白或運鐵蛋白結(jié)合而運輸。鋅是體內(nèi)含鋅金屬酶的組成成分，與80多種酶的活性有關。硒（selenium）在人體內(nèi)含約為1421mg，成人每日需要量3050g。硒在十二指腸吸收，入血后與及球蛋白結(jié)合，小部分與VLDL結(jié)合而運輸，主要隨尿及汗液排泄。硒在體內(nèi)以硒半胱氨酸的形式存在于近30種蛋白質(zhì)中，稱為硒蛋白八、氟氟（fluorine）在人體內(nèi)含量約26g，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。氟與骨、牙的形成及鈣磷代謝密切相關，氟可被羥基磷灰石吸附，生成氟磷灰石，,