1、维生素与无机物Vitamins and Minerals,钟慧生命科学学院生物化学系,维生素(vitamin) 是人体内不能合成，或合成量甚少、不能满足机体的需要，必须由食物供给，维持正常生命活动过程所必不可少的一组低分子量有机化合物。,维生素,在古代曾有过维生素缺乏症的详细记载唐代名医孙思邈用猪肝治疗雀目(维生素A缺乏症)用麦麸熬粥来防治脚气病(维生素B1缺乏症),公元前3500年，古埃及人发现能防治夜盲症的物质，也就是后来的VitA；公元前1600年，医生鼓励以多吃动物肝脏来治夜盲症；,维生素的发现和研究简史,1747年，苏格兰医生林德发现柠檬能治坏血病，也就是后来的VitC；1831年，
2、胡萝卜素被发现；1906年，英国的F.G.Hopkins发现大鼠喂饲纯化饲料(包括蛋白质、脂肪、糖类和矿质)和水，不能存活；添加微量牛奶就能正常生长。牛奶中存在的营养辅助因素也就是维生素；,1911年，波兰学者Funk首先从米糠中提取出抗脚气病物质，并证明该物质属于胺类，是维持生命所必需的，因此称之为生命胺(vita-amine)。此后，学者们陆续在天然食物中发现了20多种为动物或微生物所必需的维生素，并证明它们在化学结构上大多数与胺不同，故改名vitamin。,含维生素的食品,维生素制剂,缺乏病发生原因,维生素摄入量不足维生素吸收障碍需要量增加食物以外的维生素 供给不足,特点：既不供给能量，
3、也不构成组织成分体内不能合成或合成甚微，必须由食物供给需要量很少，但不可缺少（g-mg/d)，否则，导致缺乏症功能：参与体内特殊的生理功能或反应构成辅酶（Vit B族） ，参与物质代谢或物质代谢调节,微量元素(trace element)：指人体每日需要量在100mg以下的化学元素，主要包括铁、碘、铜、锌、锰、硒、氟、钼、钴、铬等。,无机元素,无机元素(minerals)是维持人体正常生理功能也必不可少的元素。,分类,常量元素(macroelement)：钠、钾、氯、 钙、磷、镁等。,掌握维生素的概念、分类和各种维生素的名称熟悉脂溶性维生素的种类、活性形式和生理作用熟悉B簇维生素作为酶的辅酶(
4、辅基)的形式和功能熟悉钙磷的作用、代谢及其调节特点了解微量元素的概念、种类与重要性,目的要求,第一节 脂溶性维生素Lipid-soluble Vitamin,均为非极性疏水的异戊二烯衍生物 不溶于水，溶于脂类及脂肪溶剂 在食物中与脂类共存，吸收时需要脂肪和胆汁酸吸收的脂溶性维生素在血液与脂蛋白及某些特殊结合蛋白特异结合而运输主要储存于肝，不需要每天供给,共同特点,Vit A, Vit D, Vit E, Vit K,种类,脂溶性维生素的结构,一、维生素A（抗干眼病维生素）,视黄醇是天然维生素A的主要形式,动物：视黄醇酯 肝脏、乳制品、蛋黄中含量最多 植物：VitA原（如-胡萝卜素） 胡萝卜、绿
5、叶蔬菜、玉米等含量较多 1分子胡萝卜素生成2分子视黄醇,来源,运输形式,VitA的需要量：正常人每日维生素A的生理需要量为2600-3300国际单位。一个国际单位的维生素A为0.3g VitA。VitA过量：VitA可在肝内积存，长期大量服用维生素A会引起中毒。VitA缺乏：夜盲症、干眼病、皮肤干燥、毛囊丘疹。,生理功能,视黄醇与视蛋白的结合维持了正常的视觉功能,主要是维持上皮组织的健康和正常视觉,VitA是构成视觉细胞内感光物质(视紫红质)的成分,视黄酸对基因表达和组织分化具有调节作用 VitA和胡萝卜素是有效的抗氧化剂VitA及其衍生物可抑制肿瘤生长,VitA的衍生物全反式视黄酸或全反式维
6、甲酸(ATRA)和9-顺视黄酸是关键物质,二、维生素D（抗佝偻病 维生素）,维生素D是类固醇衍生物,代谢转变,需要量: 正常成人每日VitD3的需要量为5-10g，或200-400IU(1gVitD=1千万国际单位)；VitD3过量: 长期服用VitD3超过需要量10-100倍时，可引起中毒(呕吐、腹泻、头痛等)；,VitD3缺乏:佝偻病(rickets)，软骨病(osteomalacia),生理功能,活化的VitD3在体内调节钙磷代谢，有利于新骨的生成与钙化，以及牙齿的形成；活化的VitD3有影响细胞分化的功能。,三、维生素E(抗不育维生素),维生素E是生育酚类化合物,生育酚生理活性最高生育
7、酚抗氧化活性最高,来源,植物组织中存在较多，麦胚油、玉米油、花生油中含量多，豆类、蔬菜（莴苣）中含量丰富,需要量: 正常成人8-12生育酚(-TE)当量/日，1-TE=1mg生育酚；VitE缺乏: 贫血、神经障碍、不育（动物缺乏时可引起生殖器官受损而不育，人类尚未发现因VitE缺乏引起的不育症）。,生理功能,活性VitE是体内最重要的天然脂溶性抗氧化剂：避免脂质过氧化物产生；与生殖功能有关，维持动物的生殖功能（抗动物不育症）；促进血红素合成：提高血红素合成关键酶（ALA合成酶和ALA脱水酶）活性；保护巯基不被氧化；抗衰老、防治肿瘤作用。,轻度溶血性贫血,新生儿贫血,治疗先兆流产及习惯性流产,易
8、自身氧化，故能保护其他物质,四、维生素K（凝血维生素）,维生素K是2-甲基1,4-萘醌的衍生物,来源,K1：绿叶蔬菜及动物肝中含量丰富K2：人和哺乳动物肠道细菌的产物K3：人工合成，水溶性，活性很高K4：人工合成，水溶性，活性很高,需要量：成人每日对VitK的需要量为60-80g； VitK过量：大剂量使用有可能引起高胆红素血症； VitK缺乏：凝血因子合成障碍，凝血时间延长，皮下、肌肉、胃肠道出血，偶见于新生儿及胆管阻塞患者。成人一般不缺乏。,生理功能,促进肝脏合成凝血酶原； 缺乏时，凝血酶原不能转变成凝血酶合成凝血因子所必需的辅酶： 调节凝血因子、的合成,主要功能是促进凝血,抗凝血药双香豆
9、素,脂溶性维生素小结,第二节 水溶性维生素Water-soluble Vitamin,易溶于水，故易随尿液排出体内不易储存，必须经常从食物中摄取作用比较单一，主要构成酶的辅助因子直接影响某些酶的催化作用。,共同特点,水溶性维生素的结构,一、维生素B1（硫胺素，抗脚气病维生素）,维生素B1形成辅酶焦磷酸硫胺素(thiamine pyrophosphate, TPP),最早发现的维生素,主要存在于种皮和胚芽中，酵母、米糠、麦麸、豆类中含量最丰富；某些食物中含抗VitB1因子，如海产品（特别是鲤鱼、鲱鱼、虾）和茶；酵母、细菌和高等植物能合成维生素B1；需要量：人体每日需要量为2mg；VitB1过多，
10、随尿排出，未见体内积累而中毒的；VitB1缺乏：脚气病、末梢神经炎、消化功能障碍。,生理功能,TPP是酮酸氧化脱羧酶系的辅酶，转移醛基；TPP作为转酮醇酶的辅酶参与磷酸戊糖途径中的转糖醛基反应；TPP在神经传导中起一定作用，抑制乙酰胆碱酯酶，参与乙酰胆碱合成。,在糖代谢中具有重要作用,二、维生素B2（核黄素(riboflavin)）,维生素B2是FAD和FMN的组成成分,广泛存在于乳类、肉类、蛋类、谷类、酵母；动物体内不能合成维生素B2；需要量：成人每日需要1.21.5mg；VitB2缺乏：口角炎、唇炎、舌炎、阴囊毛炎、眼睑炎、角膜血管增生、混浊、溃烂、畏光等。,生理功能,FMN和FAD是许多
11、氧化还原酶(如脂酰CoA脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等)的辅酶，与脱辅酶以共价键结合，递氢参与体内各种生物氧化过程； FAD+2H=FADH2 FMN+2H=FMNH2核黄素是比NAD+和NADP+更强的氧化剂，能被1个电子和2个电子还原。,三、维生素PP（抗癞皮病维生素）,烟酸(nicotinic acid)烟酰胺(nicotinamide),维生素PP是NAD+和NADP+的组成成分,类型,动物肝脏、瘦肉、豆类及花生中含量丰富，在体内可由色氨酸(Trp)转变，玉米中Trp贫乏；需要量: 15-20mg；VitPP过量: 血管扩张、痤疮、肠胃不适、肝损伤；VitPP缺乏: 癞皮病。,生
12、理功能,NAD+和NADP+是多种不需氧脱氢酶的辅酶，参与氧化还原反应，在催化底物时通过氧化态与还原态的互变而传递氢； NAD+2H=NADH+H+ NADP+2H=NADHP+H+抑制脂肪动员，降低VLDL合成。,四、泛酸（遍多酸，维生素B5）,辅酶A(CoA)酰基载体蛋白(ACP),泛酸是辅酶A和酰基载体蛋白的组成成分,活性形式,化学本质,二甲基羟丁酸+-丙氨酸,在自然界中分布很广泛，酵母、肝、肾、蛋、小麦、米糠、花生和豌豆中含量丰富，在蜂王浆中含量最高；CoA被广泛用作各种疾病的重要辅助药物；缺乏：脚灼热综合征，各种胃肠功能障碍等疾病,CoA和ACP是酰基转移酶的辅酶，参与酰基转运；由于
13、携带酰基的部位在-SH上，辅酶A常以CoASH表示。硫酯键的水解比酯键的水解更为有利，所以酰基CoA是酰基的活化形式。,生理功能,五、维生素B6（抗皮炎维生素）,磷酸吡哆醛(PLP)磷酸吡哆胺,活化形式,自然界中VitB6存在于种子、肝、肉类及绿叶蔬菜中，谷类外皮中含量最丰富；肠内细菌可以合成；需要量: 1.5-2mg/日；VitB6过量：日摄入量超过200mg可引起神经损伤，表现为周围感觉神经病；VitB6缺乏：皮肤、中枢神经和造血机能损害，低血色素小细胞性贫血、血清铁增高。,生理功能,参与氨基酸的转氨、脱羧和消旋作用，是AA转氨酶、脱羧酶、消旋酶的辅酶转氨酶通过磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺的相互
14、转换，起转移氨基的作用PLP是氨基酮戊酸（ALA）合成酶的辅酶，参与血红素的合成PLP是糖原磷酸化酶的重要组分是催化同型半胱氨酸分解代谢酶的辅酶,小儿惊厥、妊娠呕吐和精神焦虑,低血色素小细胞性贫血,六、生物素(biotin)（VitH，VitB7）,生物素是多种羧化酶的辅基,肝、肾、蛋黄、酵母、蔬菜、谷物中都有；肠道细菌合成；生蛋清可使生物素失去活性，并抑制它在小肠的吸收。加热煮沸可避免; 需要量: 100-300mg/每天；生物素缺乏: 疲乏、食欲不振、恶心呕吐、皮炎及脱屑性红皮病。,生理功能,生物素是体内多种羧化酶(如丙酮酸羧化酶、乙酰CoA羧化酶)的辅基；羧化酶蛋白中赖氨酸残基的-氨基以
15、酰胺键共价结合，形成生物胞素残基，参与CO2固定；生物素还可使组蛋白生物素化，从而影响细胞周期、转录和DNA损伤的修复。,七、叶酸(folic acid)（蝶酰谷氨酸）,化学组成,蝶呤啶、对氨基苯甲酸、L-谷氨酸,新生儿先天性神经管缺陷症,广泛分布于肉类、肝、鲜果、蔬菜、酵母等中，含量丰富；人类肠道细菌合成叶酸；需要量: 200-400g，孕妇需要量增加一倍；叶酸缺乏: 巨幼红细胞性贫血、舌炎、肠胃病、高同型半胱氨酸血症和DNA低甲基化；,生理功能,四氢叶酸FH4是一碳单位转移酶的辅酶；作为一碳基团-CH3、-CH2-、-CHO等的载体，参与多种生物合成过程，在核酸和蛋白质合成中极其重要；,氨
16、甲喋呤是叶酸的类似物，可抑制二氢叶酸还原酶，是抗肿瘤药物,八、维生素B12（抗恶性贫血维生素， 钴胺素(coholamine)）,维生素B12的吸收需要内因子,唯一含金属元素的维生素,广泛存在于动物性食品中，特别是肝、肉类中含量丰富；人和动物的肠道细菌可以合成；需要量：2-3g；维生素B12的吸收需要一种胃壁细胞分泌的糖蛋白（称为内因子），两者结合后才能被小肠吸收；VitB12缺乏：恶性贫血(巨幼红细胞贫血)、神经疾患、同型半胱氨酸尿症,生理功能,变位酶的辅酶，催化底物分子内基团(主要为甲基)的变位反应；VitB12是N5-CH3-FH4转甲基酶(甲硫氨酸合成酶)的辅酶，催化同型半胱氨酸甲基化
17、生成甲硫氨酸；5 -脱氧腺苷钴胺素是甲基丙二酸辅酶A变位酶的辅酶，参与丙二酰辅酶A转变为琥珀酰辅酶A的反应。,影响一碳单位的代谢和脂肪酸的合成,九、维生素C（抗坏血酸维生素）,维生素C是对热不稳定的酸性物质,最不稳定的一种维生素,呈酸性，广泛存在于新鲜蔬菜和水果中，特别是番茄、橘子、鲜枣中含量较高；许多动物(鸡、犬等家畜家禽)可以体内合成VitC；人、猿猴及豚鼠必需从食物中获取；需要量: 20-30mg，妊娠后期及哺乳期为50mg；VitC缺乏: 坏血病、毛细血管易出血和齿、骨发育不全或退化。,生理功能,是氢的载体；是强抗氧化剂，参与体内氧化还原作用：参与多种羟化反应，是羟化酶维持活性所必需的
18、辅因子之一；参与芳香族氨基酸代谢；,维持巯基酶和谷胱甘肽的还原状态，发挥解毒作用；使红细胞中的高铁血红蛋白还原成Hb，恢复其运氧能力；使难吸收的Fe3+还原成易于吸收的Fe2+；维护VitA、E及B免遭氧化，促进叶酸转变成四氢叶酸；,是脯氨酸及赖氨酸羟化酶的辅酶，促进胶原蛋白合成；是7-羟化酶的辅酶，催化胆固醇转化；,十、-硫辛酸（lipoic acid）,氢载体、酰基载体；作为辅酶，在-酮酸氧化作用和脱羧作用时 行驶偶联酰基转移和电子转移的功能；-硫辛酸有抗脂肪肝和降低血胆固醇的作用；很容易进行氧化还原反应，可保护巯基酶免 受金属离子毒害。,生理功能,某些辅酶(辅基)在催化中的作用,水溶性维
19、生素小结,脂溶性维生素和水溶性维生素的比较,第三节微量元素Trace Element,主要包括有铁Fe、碘I、铜Cu、锌Zn、锰Mn、硒Sc、氟F、钼Co、钴Mo、铬Cr10种。,微量元素是指人体中每人每天的需要量在100mg以下的元素。,微量元素,种类,不能在体内生成，需由外界供给不能提供能量不能在代谢中消失,特点,主要通过形成结合蛋白、酶、激素、维生素等起作用；来源：食物和水易缺：Fe 、 Zn 、 I、 Se,生理作用,第四节 钙、磷及其代谢Metabolism of Calcium and Phosphorus,钙(calcium)是人体内含量最多的无机元素之一，成人含量约为1200g
20、/70kg体重，仅次于碳、氢、氧和氮。 磷(phosphorus)正常成人约含600g。,一、钙、磷在体内分布及其功能,（一）钙既是骨的主要成分又具有重要的调节作用,血钙的正常水平对于维持骨骼内骨盐的含量、血液凝固过程和神经肌肉的兴奋性具有重要的作用。胞液钙作为第二信使在信号转导中发挥许多重要的生理作用。肌肉中的钙可启动骨骼肌和心肌细胞的收缩。,（二）磷是体内许多重要生物分子的组成成分,成人血浆中无机磷的含量约为1.11.3mmol/L （3.54.0mg/dl）,血液Ca P = 3540,（三）钙磷代谢紊乱可引起多种疾病,维生素D缺乏可引起钙吸收障碍，导致儿童佝偻病和成人骨软化症；骨基质丧
21、失和进行性骨骼脱盐可导致中老年人骨质疏松；甲状旁腺功能亢进与维生素D中毒可引起高血钙症、尿路结石等；甲状旁腺功能减退症可引起低钙血症。,高磷血症常见于慢性肾病患者，与冠状动脉、心瓣膜钙化等严重心血管并发症密切相关；是引起继发性甲状旁腺功能亢进、维生素D代谢障碍、肾性骨病等的重要因素；维生素D缺乏也可减少肠腔磷酸盐的吸收，是引起低磷血症的原因之一。,二、钙和磷的代谢,（一）钙和磷的吸收与排泄受多种因素影响,钙的主要来源: 牛奶、豆类和叶类蔬菜钙的主要吸收部位: 十二指肠和空肠上段磷的存在形式：无机磷酸盐 磷的吸收部位：小肠上段排泄：80%的钙经粪便排出，70%的磷经肾脏排出,（二）骨内钙和磷的代
22、谢是体内钙磷代谢主要组成,骨内钙、磷代谢与动态平衡图,三、钙和磷代谢的调节,主要调节激素：维生素D、甲状旁腺激素和降钙素 主要调节靶器官：小肠、肾和骨,（一）维生素D促进小肠钙的吸收和骨盐沉积,1,25-(OH)2D3与小肠黏膜细胞特异的胞浆受体结合，进入细胞核，刺激钙结合蛋白的生成，促进小肠对钙的吸收，磷的吸收也随之增加。1,25-(OH)2D3可促进骨盐沉积，刺激成骨细胞分泌胶原，促进骨基质的成熟，有利于成骨。,（二）甲状旁腺激素具有升高血钙、降低血磷的作用,PTH刺激破骨细胞的活化，促进骨盐溶解，使血钙与血磷增高。PTH促进肾小管对钙的重吸收，抑制对磷的重吸收。PTH还可刺激肾合成1,2
23、5-(OH)2D3，间接地促进小肠对钙、磷的吸收。,PTH的总体作用是使血钙升高,（三）降钙素是唯一降低血钙浓度的激素,降钙素(calcitonin, CT)是甲状腺C细胞合成的由32个氨基酸残基组成的多肽，其作用靶器官为骨和肾。 CT抑制破骨细胞、激活成骨细胞，促进骨 盐沉积，降低血钙与血磷。 CT抑制肾小管对钙、磷的重吸收。,CT的总体作用是降低血钙与血磷,1,25-(OH)2-D3、PTH和CT对钙磷代谢的调节,思考题,脂溶性维生素有哪些种类？它们的活性形式、生理功能各是什么？可以作为酶的辅酶（辅基）是哪类水溶性维生素？列表说明其名称、相应的体内活性形式、生理作用。简述微量元素的种类和生理功能。 说明人体内钙磷吸收、分布的特点，调节钙磷代谢的因素有哪些？,
