Chapter4維生素和輔酶

Section1維生素概述一、概念：維生素是活細胞為維持正常的生理功能而必需的天然有機物質,假設缺少它們，就會影響生物正常的生命活動，使其不能正常生長，甚至發生疾病。大多數維生素是通過輔酶或輔基的形式參與生物體內的酶促反響體系。二、維生素的種類根據其溶解性質分為二大類：脂溶性維生素包括A、D、E、K等；水溶性維生素主要有維生素B族(包括B1、B2、煙酰胺、泛酸、生物素、葉酸、B12等)和維生素C.水溶性維生素維生素與輔酶關系密切，為本章講授的主要內容。Section2.水溶性維生素和輔酶一、維生素B1和焦磷酸硫胺素在生物體內，1并不具有生物活性，只有當它轉變成硫胺素的焦磷酸酯，即焦磷酸硫胺素(TPP)后才具有生物活性。TPP在涉及醛基轉移的反響中，作為輔酶起重要作用。例如，α-酮酸的脫羧反響；轉酮醇反響等都要TPP作為輔酶參與。維生素B1和焦磷酸硫胺素的結構以及作用機制示于圖4-1。此外在丙酮酸脫氫酶復合物和轉酮醇酶催化反響中涉及。當VitB1缺乏時，糖代謝受阻，丙酮酸積累，使病人血、尿、腦組織中丙酮酸含量升高，出現多發性神經炎、皮膚麻木、心力衰竭、四肢無力、肌肉萎縮、下肢浮腫等病癥，臨床上稱為腳氣病。

二、維生素B2和黃素輔酶維生素B2又稱核黃素，在體內是以黃素單核苷酸(flavinmononucleotide,FMN)和黃素腺嘌呤二核苷酸(flavinadeninedinucleotide,FAD)的形式存在(圖4-2)，是生物體內黃素脫氫酶的輔酶或輔基。黃素脫氫酶催化細胞內許多可逆和不可逆的氧化復原反響，輔酶的異咯嗪局部接受或供出一個或二個電子(圖4-3)。。VitB2以FAD&FMN的形式廣泛參與生物體內的各種氧化復原反響，能促進糖、脂肪和蛋白質的代謝，促進生物氧化。缺乏時組織呼吸減弱，代謝強度降低。主要病癥是口角炎、舌炎、視網膜炎等。三、泛酸(VitB3)&輔酶A泛酸(pantothenicacid)又稱遍多酸，因在自然界分布廣泛而得名。泛酸是某些微生物所必需的，人體腸道中的細菌可合成，故一般不缺乏。泛酸由二羥基二甲莖基丁酸和β-丙氨酸組成。泛酸是輔酶A(coenzymeA，CoA或CoA-SH)和4’-磷酸泛酰巰基乙胺的組成局部。CoA由等摩爾的泛酸、具3'磷酸基的ADP、氨基乙硫醇〔圖4-4〕。CoA-SH主要起傳遞酰基(acylgroup)的作用。在其分子中，-SH可接受或供出酰基。所以CoA-SH與各種酰化反響關系密切，是各種酰化反響的輔酶。酰基輔酶A的形成：R-C-OOH—+HS-CoA←→R-CO-S-CoA酰基的轉移：R-CO-S-CoA+底物←→R-CO-底物+HS-CoA

4‘-磷酸泛酰巰基乙胺是脂酰基載體蛋白(ACP)的輔基，與脂酸生物合成有關.泛酸以輔酶的形式參與糖、脂和蛋白質的代謝。例如在糖代謝中，丙酮酸氧化脫羧后，必須轉變成乙酰CoA才能進入三羧酸循環進一步被氧化。四、煙酰胺&輔酶NAD+及NADP+煙酰胺(niacinamideornicotinamide)，又稱為Vit.pp，曾稱為抗癩皮病維生素。在生物體內，煙酸可轉變成煙酰胺。煙酰胺是生物體內輔酶NAD＋&NADP＋的組成局部〔圖4-5〕。NAD＋稱作煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamideadeninedinucleotide)，又稱為輔酶Ⅰ(CoⅠ)，NADP＋稱作煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，又稱為輔酶Ⅱ(CoⅡ)。二者都是脫氫酶的輔酶，在氧化復原反響中起傳遞氫和電子的作用。NAD＋常和產生能量的分解反響有關，是大多數脫氫酶的輔酶；NADPH那么較多地和復原性的合成反響有關。NAD＋&NADP＋在氧化復原反響中的功能部位在煙酰胺上，其傳遞氫和電子的機制如圖4-6所示。NAD(P)＋+2H＋+2e－←→NAD(P)H+H＋五、維生素B6&轉氨輔酶維生素B6包括呲哆醇、呲哆醛、呲哆胺等結構類似物，是呲啶的衍生物。6在生物體內皆以磷酸酯的形式存在。參加代謝反響的主要是磷酸呲哆醛&磷酸呲哆胺〔圖4-7〕。需要磷酸呲哆醛作為輔酶的酶對氨基酸代謝是特別重要的，它們催化幾種不同類型的反響，例如.轉氨作用、脫羧作用和消旋作用等。作為輔酶，磷酸呲哆醛以希夫式堿(schiff-base，＝C＝N-)的形式同酶蛋白的賴氨酸殘基上的ε-氨基共價相連〔圖4-7〕。在轉氨酶催化的反響中,磷酸呲哆醛參與轉氨基反響的機制如圖4-8所示。轉氨酶催化反響實質是將一個氨基酸上的α-氨基轉移到一個相應的酮酸上,生成新的α-氨基酸和一個新的酮酸：六、生物素(7)&生物素羧基載體蛋白生物素(biotin)是由噻唑環和尿素結合成的雙環化合物，側鏈上有一個戊酸基〔圖4-9a〕。生物素作為輔酶行使功能必須通過其側鏈上的羧基同它的專一性載體蛋白——生物素羧基載體蛋白(biotincarboxylcarrierprotein,BCCP)的Lys殘基的ε-氨基以酰胺鍵結合在一起，此載體蛋白常是催化羧化反響的酶蛋白(apoenzyme).生物素與載體蛋白的Lys殘基的ε-氨基的結合物稱為生物胞素〔biocytin〕。生物素是羧化酶的輔基，其功能是參入或轉移CO2,在羧化反響中需要ATP&Mg2+：Biotin-BCCP+HCO3ˉ+ATP→CO2-Biotin-BCCP+ADP+PiCO2-Biotin-BCCP+底物→羧化的底物+Biotin-BCCP現以丙酮酸羧化酶催化的反響來說明其機制〔圖4-9b〕。七、葉酸&葉酸輔酶葉酸因在綠葉植物中含量豐富而得名，由2-氨基-4-羧基-6-甲基喋呤、對氨基苯甲酸&L-谷氨酸等三局部組成〔圖4-10a〕.葉酸的輔酶形式是四氫葉酸，用FH4或THF表示。四氫葉酸是轉移一碳單位的載體，參與一碳單位的酶促轉移。一碳單位可以相互轉換〔圖4-10b〕。四氫葉酸的衍生物作為一碳單位的供體參與不同的生物合成反響，而四氫葉酸本身那么在降解反響中作為一碳單位的受體。

八、維生素B12&B12輔酶維生素B12是含鈷的有機物，又稱作鈷維生素或鈷胺素，筒稱鈷維素。一般的Vit.B12就是指氰鈷胺素(水紅色)。維生素B12輔酶形式是一個5'-脫氧腺苷取代氰(CN－)所形成的5'-脫氧腺苷鈷胺素〔圖4-11〕。有二種類型的酶促反響需要B12輔酶參與：●催化一個氫原子從底物的一個碳原子上轉移至相鄰的另一個碳原子上的所謂1,2轉移，并伴隨另外一個基團作相反的2,1轉移。催化這類反響的酶叫變位酶.●輔酶B12從N5－甲基FH4獲得甲基,即5'-脫氧腺苷被甲基取代〔圖4-11〕，然后再將甲基轉移到一個適當的受體分子上，例如，同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸的反響。九、維生素C(抗壞血酸ascorbicacid)是L-己糖的衍生物，可由葡萄糖經一系列反響合成〔圖4-12〕。可能是二氫葉酸復原的輔酶，也可能是脯氨酸羥化酶的輔酶。因為在這些反響中需要VitC參與。可用來治療壞血病。具有抗毒作用，所以它能保護含巰基的酶中的-SH不被氧化，原因是VitC能促進體內的谷胱甘肽處于復原狀態，可與重金屬離子結合而排出體外，故常用于防治鉛、汞及砷和苯的慢性中毒。

十、硫辛酸硫辛酸是含硫的八碳酸，在6,8位上有二硫鍵相連，故又稱6,8二硫辛酸，硫辛酸有氧化型和復原型之分〔圖4-13〕。硫辛酸的輔酶形式象生物素一樣，通過側鏈羧基與酶蛋白的Lys殘基的ε-NH2結合.如下圖〔圖4-13〕。作為輔酶，硫辛酸在兩個關鍵性的氧化脫羧反響中起作用，即在丙酮酸脫氫酶復合物和α－酮戊二酸脫氫酶復合物中，含硫辛酸的酶催化酰基的產生和轉移。反響機制如圖4-14所示。

TPP、硫辛酸、CoASH、FAD和NAD＋在丙酮酸脫氫酶復合物催化反響中的輔酶機制圖4-15。Section3.脂溶性維生素一、維生素AVitA是含β-白芷酮環(己烯環)的異戊二烯的聚合物，屬于萜類物質，胡羅卜素在體內可轉變成二分子的VitA1，VitA與視覺有關。二、維生素D為膽甾醇類物質的衍生物，VitD在體內必須經羥化后才具有生理功用，實際上，羥化后的VitD具有激素的性質，其主要功能是調節鈣、磷的代謝，促進骨胳等的正常發育。三、維生素E

又稱生育粉，對鼠及昆蟲的生殖機能很重要。VitE極易被氧化，有首先代替其他物質被氧化的作用，所以對生物膜具有保護作用。四、維生素K為萘醌的衍生物，與凝血作用有關，能促進凝血酶原的合成。