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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。這類化合物天然存在于食物中，在物質代謝過程中發(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)化學本質及性質維生素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β-胡蘿卜素可在小腸黏膜由β-胡蘿卜素加氧酶作用，加氧斷裂，生成2分子視黃醛retinal），再經還原形成視黃醇，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在視覺細胞內，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）的輔基與之結合生成各種視色素。在感受強光的錐狀細胞內有視紅質、視青質及視藍質，桿狀細胞內有感受暗光的視紫紅質。在暗處受弱光刺激，視紫紅質中的11-順視黃醛發(fā)生光異構，轉變成全反式視黃醛，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轉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、結合膜干燥產生干眼病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β-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組織的脂質過氧化，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)化學本質及性質維生素D又稱為抗佝僂病維生素，是類固醇衍生物，含有環(huán)戊多氫菲結構。維生素D由維生素D原轉變來，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體內膽固醇變?yōu)?-脫氫膽固醇，儲存在皮下，在紫外線作用下再轉變成維生素D3，是人體內維生素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經腎小管上皮細胞線粒體內lα-羥化酶的作用生成D3的活性形式1,25-(OH)2-D3，再經24-羥化酶催化轉化成無活性的1,24,25-(OH)3-D3。,(二)生化作用及缺乏癥1、維生素D在轉化為活性形式1,25-(OH)2-D3以后，可促進腸道黏膜合成鈣結合蛋白，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中沉積。3、維生素D可能是一種免疫調節(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)化學本質及性質維生素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α、β、γ和δ四種。自然界中以α-生育酚生理活性最高，若以它為基準，β及γ-生育酚和α-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，δ-生育酚作用最強，α-生育酚作用最弱。生育酚和生育三烯酚的結構如下：,三、維生素E,(二)生化作用及缺乏癥1.維生素E是體內最重要的抗氧化劑，能清除生物膜脂質過氧化所產生的自由基，保護生物膜的結構與功能。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治療先兆流產及習慣性流產。3.維生素E能提高血紅素合成的關鍵酶δ氨基-γ-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)化學本質及性質維生素K是具有異戊烯類側鏈的萘醌化合物，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3～4倍。維生素K的結構如下：,(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第Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ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變需要其前體的4～6個谷氨酸殘基(Glu)經羧化變?yōu)棣?羧基谷氨酸(Gla)殘基。Gla具有很強的整合Ca2+能力，因而使其轉變?yōu)榛钚孕?。催化這一反應的為γ-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)化學本質及性質維生素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)為其體內的活性形式，結構如下：,(二)生化作用及缺乏癥TPP是α-酮酸氧化脫羧酶系的輔酶，如丙酮酸脫氫酶系、α-酮戊二酸脫氫酶系等。當維生素B1缺乏時，代謝中間產物α-酮酸的氧化脫羧反應發(fā)生障礙，導致神經組織氧化供能不足，導致末梢神經炎及其他神經病變。TPP也是磷酸戊糖途徑中轉酮醇酶的輔酶，維生素B1缺乏時，使體內核苷酸的合成受到影響。維生素B1在神經傳導中起一定作用。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)化學本質及性質維生素B2又名核黃素(lactofiavin)，它的化學本質是核糖醇和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變成黃素單核苷酸(flavinmononucleotide，F(xiàn)MN)，在體細胞內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，結構如下：,(二)生化作用及缺乏癥FMN及FAD是體內氧化還原酶的輔基，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廣泛參與體內的各種氧化還原反應，能促進糖、脂肪和蛋白質的代謝，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)化學本質及性質維生素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，在體內可相互轉化。維生素PP廣泛存在于自然界動植物中，肝內能將色氨酸轉變成維生素PP，但轉變率較低，60mg色氨酸僅能轉變成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在體內的活性型。NAD+和NADP+的結構如下,(二)生化作用及缺乏癥NAD+和NADP+在體內是多種不需氧脫氫酶的輔酶。維生素PP能維持神經組織的健康，對中樞及交感神經系統(tǒng)有保護作用，缺乏時表現(xiàn)出神經營養(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(2～4g/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核藥物異煙肼的結構與維生素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)化學本質及性質維生素B6包括吡哆醇(pyridoxine)、吡哆醛(pyridoxal)及吡哆胺(pyridoxamine)，在體內以磷酸酯的形式存在。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可相互轉變，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遞質γ-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δ-氨基γ-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70％～80％。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興奮、周圍神經炎和小細胞低色素性貧血等。,五、泛酸,(一)化學本質及性質泛酸(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。泛酸在腸內被吸收進入人體后，經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、及酰基載體蛋白(acylcarrierprotein，ACP)的組成部分，所以CoA及ACP為泛酸在體內的活性型。,(二)生化作用及缺乏癥在體內CoA及ACP構成?；D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)化學本質及性質生物素(biotin)是由噻吩環(huán)和尿素結合而形成的一個雙環(huán)化合物，側鏈有一戊酸，為無色針狀結晶體，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)化學本質及性質葉酸(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是體內一碳單位轉移酶的輔酶，以一碳單位的載體參與體內許多重要物質例如嘌呤、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?？拱┧幬锛装钡室蚪Y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)化學本質及性質維生素B12又稱鈷胺素(cobalamin)，其結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在體內因結合的基團不同，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。在胃中要經酸或在腸內經胰蛋白酶作用與蛋白質分開，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(又稱甲基轉移酶)的輔基，催化體內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)化學本質及性質維生素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，以內酯形式存在。又因其為烯醇式結構維生素C的結構如下：,(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，參與體內多種羥化反應（1）促進膠原蛋白的合成；（2）參與膽固醇的轉化維生素C是膽汁酸合成的限速酶——7α-羥化酶的輔酶；（3）參與芳香族氨基酸的代謝在苯丙氨酸轉變?yōu)槔野彼?，酪氨酸轉變?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）20～50mg，其中大部分(15mg)集中在甲狀腺內，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）在成人體內含量約為100～150mg，肌肉中約占50％，10％存在于肝。肝中銅的含量可反映體內的營養(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）緊密結合，其余的與清蛋白疏松結合或與組氨酸形成復合物。銅主要隨膽汁排泄。四、鋅,鋅（zinc）在人體內的含量僅次于鐵，約為2～3g，成人每日需鋅15～20mg。鋅主要在小腸吸收，入血后與清蛋白或運鐵蛋白結合而運輸。鋅是體內含鋅金屬酶的組成成分，與80多種酶的活性有關。硒（selenium）在人體內含約為14～21mg，成人每日需要量30～50μg。硒在十二指腸吸收，入血后與α及β球蛋白結合，小部分與VLDL結合而運輸，主要隨尿及汗液排泄。硒在體內以硒半胱氨酸的形式存在于近30種蛋白質中，稱為硒蛋白八、氟氟（fluorine）在人體內含量約2～6g，其中90％分布于骨、牙中，少量存在于指甲、毛發(fā)及神經肌肉中。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，,