生物化學(xué)與分子生物學(xué)/維生素B復(fù)合體

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[[維生素B]][[復(fù)合體]]是一個(gè)大家族(維生素B族)，至少包括十余種[[維生素]]。其共同特點(diǎn)是：①在自然界常共同存在，最豐富的來源是[[酵母]]和[[肝臟]]；②從低等的[[微生物]]到高等動(dòng)物和人類都需要它們作為營養(yǎng)要素；③同其他維生素比較，B族維生素作為酶的輔基而發(fā)揮其[[調(diào)節(jié)物]]質(zhì)[[代謝]]作用，了解得更為清楚；④從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，除個(gè)別例外，大都含氮；⑤從性質(zhì)上看此類維生素大多易溶于水，對(duì)酸穩(wěn)定，易被堿破壞。

除上述共性外，各個(gè)維生素尚有其特點(diǎn)，為了敘述方便，現(xiàn)將B族中各個(gè)維生素按其[[化學(xué)]]特點(diǎn)和[[生理]]作用歸納為以下三組。

'''(一)[[硫胺素]]、[[硫辛酸]]、[[生物素]]及[[泛酸]]'''

硫胺素(即[[維生素B1]])因其結(jié)構(gòu)中有含S的[[噻唑]]環(huán)與含氨基的[[嘧啶]]環(huán)故名，其純品大多以[[鹽酸]]鹽或[[硫酸鹽]]的形式存在。[[鹽酸硫胺素]]為白色結(jié)晶，有特殊香味，在水中溶解度較大，在堿性溶液中加熱極易分解破壞，而在酸性溶液中雖加熱到120℃也不被破壞。氧化劑及[[還原劑]]均可使其失去作用，硫胺素經(jīng)氧化后轉(zhuǎn)變?yōu)閇[脫氫硫胺]]素(又稱[[硫色素]]thiochrome)，它在紫外光下呈蘭色熒光，可以利用此特性來檢測(cè)[[生物]]組織中的維生素B1或進(jìn)行定量測(cè)定。

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維生素B1易被[[小腸]]吸收，在肝臟中維生素B1被[[磷酸]]化成為[[焦磷酸]]硫胺素(TPP，又稱輔[[羧酶]])，它是體內(nèi)[[催化]]a-[[酮酸]]氧化脫羧的[[輔酶]]，也是磷酸[[戊糖]]循環(huán)中轉(zhuǎn)酮基酶的輔酶(參看[[糖代謝]])。當(dāng)[[維生素B1缺乏]]時(shí)，由于TPP合成不足，[[丙酮]]酸的氧化脫羧發(fā)生障礙，導(dǎo)致糖的氧化利用受阻。在正常情況下，[[神經(jīng)組織]]的能量來源主要靠糖的氧化供給，所以維生素B1缺乏首先影響神經(jīng)組織的能量供應(yīng)，并伴有丙酮酸及[[乳酸]]等在神經(jīng)組織中的堆積，出現(xiàn)[[手足麻木]]、[[四肢無力]]等多發(fā)性[[周圍神經(jīng)炎]]的[[癥狀]]。嚴(yán)重者引起心跳加快、[[心臟擴(kuò)大]]和[[心力衰竭]]，臨床上稱為[[腳氣病]](beriberi)，因此又稱維生素B1為抗腳氣病維生素。

維生素B1尚有抑制[[膽堿酯酶]](choline esterase)的作用，膽堿酯酶能催化[[神經(jīng)遞質(zhì)]]－[[乙酰膽堿]](acetylcholine)水解，而乙酰膽堿與[[神經(jīng)]]傳導(dǎo)有關(guān)。因此，缺乏維生素B1時(shí)，由于膽堿酯酶活性增強(qiáng)，乙酰膽堿水解加速，使神經(jīng)傳導(dǎo)受到影響，可造成胃腸[[蠕動(dòng)]]緩慢、消化液分泌減少、[[食欲不振]]和[[消化不良]]等癥狀。反之，給以維生素B1，則可增加食欲、促進(jìn)[[消化]]。

硫辛酸[[學(xué)名]]6.8-二硫辛酸，其結(jié)構(gòu)式如下：

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硫辛酸[[分子]]內(nèi)含雙S鍵，故常用?{{圖片|gra2kopo.gif|}}表示之。

生物素的結(jié)構(gòu)包括含硫的[[噻吩]]環(huán)、[[尿素]]及[[戊酸]]三部分，如下式

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泛酸系由β-[[丙氨酸]]與[[羥基]]丁酸結(jié)合而構(gòu)成，因其廣泛存在于動(dòng)植物組織故名泛酸或遍多酸。

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泛酸，N-（α，r-二羥，β，β-[[二甲基]]丁酰）β-丙氨酸

泛酸在機(jī)體組織內(nèi)是與[[巰基乙胺]]、焦磷酸及3′-[[磷酸腺苷]]結(jié)合成為[[輔酶A]]而起作用的。輔酶A的結(jié)構(gòu)如下，因其活性基為桽H故常用CoASH表示之。

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由上可見，硫胺素、硫辛酸、生物素和泛酸這四種維生素在化學(xué)結(jié)構(gòu)上有著共同特點(diǎn)，前三者本身結(jié)構(gòu)含S，后者本身雖不含S，但由它構(gòu)成的輔酶A卻是含S的，這些維生素主要參與糖和脂肪的代謝，硫胺素和硫辛酸與氧化脫羧反應(yīng)有關(guān)，生物素與羧化反應(yīng)有關(guān)，而泛酸則通過構(gòu)成輔酶A而參與[[?；鵠]化反應(yīng)。在這些維生素參與的代謝變化中，含S的活性基也顯示著特殊的功能。關(guān)于它們?cè)诖x中的作用詳見糖代謝和脂代謝有關(guān)章節(jié)。

'''(二)[[維生素B2]]、[[維生素PP]]和維生素B6'''

維生素B2是由核醇(ribitol)與[[異咯嗪]](isoalloxazine)結(jié)合構(gòu)成的，由于異咯嗪是一種黃色色素，所以維生素B2又稱為[[核黃素]]。維生素B2為桔黃色針狀結(jié)晶，溶于水呈綠色熒光，在堿性溶液中受光照射時(shí)極易破壞，因此維生素B2應(yīng)貯于褐色容器，避光保存。

維生素B2分子中的異咯嗪，其第1和第10位氮原子可反復(fù)接受和放出氫，因而具有可逆的[[氧化還原]]特性，這一特點(diǎn)與它的主要生理功能相關(guān)。

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核黃素在體內(nèi)經(jīng)磷酸化作用可生成黃素[[單核苷酸]](FMN)和[[黃素腺嘌呤二核苷酸]](FAD)，它們分別構(gòu)成各種[[黃酶]]的輔酶參與體內(nèi)生物氧化過程，其結(jié)構(gòu)式和作用特點(diǎn)詳見第6章。

維生素B2缺乏時(shí)，主要表現(xiàn)為[[口角炎]]、[[舌炎]]、[[陰囊炎]]及[[角膜]]血管[[增生]]和[[鞏膜]][[充血]]等。幼兒缺乏它則生長遲緩。但這些癥狀目前還難以用它參與黃酶的作用來解釋，其機(jī)理尚不清楚。

維生素PP即抗[[癩皮病]]因子，又名預(yù)防癩皮病因子(pellagrapreventing factor)它包括[[尼克酸]]([[煙酸]])和尼克酰胺([[煙酰胺]])，均為[[吡啶]][[衍生物]]。

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尼克酸和尼克酰胺的性質(zhì)都較穩(wěn)定，不易被酸、堿及熱破壞。動(dòng)物組織中大多以尼克酰胺的形式存在，尼克酸在人體內(nèi)可從[[色氨酸]]代謝產(chǎn)生并可轉(zhuǎn)變成尼克酰胺。由色氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素PP的量有限，不能滿足機(jī)體的需要，所以仍需從食物中供給。一般飲食條件下，很少缺乏維生素PP，[[玉米]]中缺乏色氨酸和尼克酸，長期單食玉米則有可能發(fā)生維生素PP缺乏?。]（糙)皮病(pellagra)。若將各種雜糖合理搭配，可防止此病的發(fā)生。

尼克酰胺是構(gòu)成[[輔酶Ⅰ]](NAD+)和輔酶Ⅱ(NADP+)的成分，這兩種輔酶結(jié)構(gòu)中的尼克酰胺部分具有可逆地加氫和脫氫的特性，在生物氧化過程中起著遞氫體的作用(它們的結(jié)構(gòu)和作用參看生物氧化一章)。

維生素PP缺乏時(shí)，主要表現(xiàn)為癩皮病，其特征是體表暴露部分出現(xiàn)對(duì)稱性[[皮炎]]，此外還有消化不良，精神不安等癥狀，嚴(yán)重時(shí)可出現(xiàn)頑固性[[腹瀉]]和[[精神失常]]。但是這些癥狀與維生素PP在代謝中所起的作用有何聯(lián)系，目前尚不十分清楚。

[[維生素B6]]包括[[吡哆醇]]，[[吡哆醛]]和吡哆胺三種[[化合物]]，在體內(nèi)它們可以相互轉(zhuǎn)變。

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在機(jī)體組織內(nèi)維生素B6多以其[[磷酸酯]]的形式存在，參與[[氨基酸]]的轉(zhuǎn)氨、某些氨基酸的脫羧以及[[半胱氨酸]]的脫[[巰基]]作用(參看第7章)。

動(dòng)物缺乏維生素B6亦可發(fā)生與癩皮病類似的皮膚炎。在人類尚未發(fā)現(xiàn)單純的[[維生素B6缺乏癥]]。

維生素B2、維生素PP和維生素B6常共同存在，在營養(yǎng)上亦有共同特點(diǎn)，即當(dāng)其缺乏都表現(xiàn)為皮膚炎癥。然而從在代謝中的作用來看，前二者共同參與生物氧化過程，維生素B6則主要參與氨基酸的代謝。

'''(三)[[葉酸]]和維生素B12'''

葉酸由[[蝶酸]](pteroicacid)和[[谷氨酸]]結(jié)合構(gòu)成，在植物綠葉中含量豐富故名。在動(dòng)物組織中以肝臟含葉酸最豐富。

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食物中的葉酸多以含5分子或7分子谷氨酸的結(jié)合型存在，在[[腸道]]中受[[消化酶]]的作用水解為游離型而被吸收。若缺乏此種消化酶則可因[[吸收障礙]]而致[[葉酸缺乏]]。

葉酸在體內(nèi)必須轉(zhuǎn)變成[[四氫葉酸]](FH4或THFA)才有生理活性。小腸粘膜、肝及[[骨髓]]等組織含有葉酸[[還原酶]]，在NADPH和維生素C的參與下，可催化此種轉(zhuǎn)變。

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四氫葉酸參與體內(nèi)“一碳基團(tuán)”的轉(zhuǎn)移，是一碳基團(tuán)[[轉(zhuǎn)移酶]]系統(tǒng)的輔酶。因此，四氫葉酸在體內(nèi)嘌呤和嘧啶的合成上起重要作用。例如N5，N10-甲炔四氫葉酸(N5，N0=CHFH4)和N10-[[甲酰四氫葉酸]](N10-CHO.FH4)可參與嘌呤核苷酸的合成，其中甲[[炔基]](=CH-)和[[甲酰基]](-CHO)分別成為嘌呤堿中第8位和第2位上兩個(gè)碳原子的來源。在[[尿嘧啶]][[脫氧核苷]]酸(d-UMP)轉(zhuǎn)變成[[胸腺嘧啶]]脫氧核苷酸(d-TMP)的過程中，N5，10-甲烯四氫葉酸(N5，N10-CH2-FH4)可供給甲烯基(-CH2-)而形成胸腺嘧啶中的甲基(參看[[核酸]]代謝)。

由此可見，葉酸與[[核苷酸]]的合成有密切關(guān)系，當(dāng)體內(nèi)缺乏葉酸時(shí)，“一碳基團(tuán)”的轉(zhuǎn)移發(fā)生障礙，核苷酸特別是胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成減少，以致骨髓中[[幼紅細(xì)胞]][[DNA]]的合成受到影響，[[細(xì)胞]]分裂[[增殖]]的速度明顯下降。此時(shí)[[血紅蛋白]]的合成雖也有所減弱，但影響較小。幼紅細(xì)胞可因分裂障礙而使細(xì)胞增大，形成巨幼紅細(xì)胞(megaloblast)。由這種巨幼紅細(xì)胞產(chǎn)生的成熟[[紅細(xì)胞]]，其平均體積也較正常大，可在周圍[[血液]]中見到，所以葉酸缺乏引起的[[貧血]]屬于巨幼細(xì)胞性大紅細(xì)胞性貧血(megaloblastic macrocytic anemia)。因[[白細(xì)胞]]分裂增殖同樣需要葉酸，故葉酸缺乏時(shí)，尚可見周圍血液中[[粒細(xì)胞減少]]，且[[粒細(xì)胞]]的體積也偏大，核分葉增多。

人類腸道細(xì)菌能合成葉酸，故一般不發(fā)生缺乏癥，但當(dāng)吸收不良、代謝失常或組織需要過多，以及長期使用腸道[[抑菌藥物]]或葉酸[[拮抗藥]]等狀況下，則可造成葉酸缺乏。葉酸拮抗藥種類很多，其中[[氨蝶呤]](aminopterin)及[[氨甲蝶呤]](methotrexate簡寫MTX)在結(jié)構(gòu)上與葉酸相似，都是葉酸還原酶的強(qiáng)[[抑制劑]]，常用作抗癌藥。

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[[維生素B12]]結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因其分子中含有金屬鈷和許多[[酰氨基]]，故又稱為[[鈷胺素]]。

維生素B12分子中的鈷(可以是一價(jià)、二價(jià)或三價(jià)的)能與－CN、－OH、－CH3或5′－[[脫氧腺苷]]等基團(tuán)相連，分別稱為氰鈷胺、[[羥鈷胺]]、甲基鈷胺和5′－脫氧腺苷鈷胺，后者又稱為輔酶B12。其實(shí)，甲基鈷胺也是維生素B12的輔酶形式。維生素B12的兩種輔酶形式一一甲基鈷胺和5′－脫氧腺苷鈷胺在代謝中的作用各不相同。

甲基鈷胺(CH3.B12)參與體內(nèi)甲基移換反應(yīng)和葉酸代謝，是N5-甲基四氫葉酶甲基移換酶的輔酶。此酶催化N5CH3.FH4和[[同型半胱氨酸]]之間不可逆的甲基移換反應(yīng)，產(chǎn)生四氫葉酸和[[蛋氨酸]]。

{{圖片|gra2k7zf.jpg|維生素B12的結(jié)構(gòu)}}

圖3-3 維生素B12的結(jié)構(gòu)

N5-CH3-FH3來源于N5，N10-CH2-FH4的還原(參看[[蛋白質(zhì)]]代謝一章中“一碳基團(tuán)”的代謝)，此還原反應(yīng)在體內(nèi)也是不可逆的。由dUMP[[甲基化]]生成dTMP時(shí)，只能利用N6，N10-CH2-FH4供給甲基，而不能利用N5-CH3.FH4。因此，必須通過上述甲基移換反應(yīng)使FH4“再生”，從而保證dTMP的不斷合成。

{{圖片|gra2ktnz.jpg|維生素B12和葉酸代謝以及與DNA合成的關(guān)系}}

圖3-4 維生素B12和葉酸代謝以及與DNA合成的關(guān)系

由上圖可見，甲基鈷胺的作用是促進(jìn)葉酸的周轉(zhuǎn)利用，以利于胸腺嘧啶脫氧核苷酸和DNA的合成，如果缺乏維生素B12，則葉酸陷入N5-CH3.FH4這個(gè)“陷井”而難以被機(jī)體再利用，猶如缺乏葉酸一樣，所以維生素B12缺乏所引起的貧血，同缺乏葉酸一樣，也是巨幼細(xì)胞性大紅細(xì)胞貧血。

上述以CH3.B12作輔酶的甲基移換反應(yīng)不僅促進(jìn)FH4的再利用，而且還促進(jìn)蛋氨酸的再利用(蛋氨酸→同型半胱氨酸→蛋氨酸，參看氨基酸的代謝)。蛋氨酸經(jīng)[[活化]]后可作為[[甲基供體]]促進(jìn)[[膽堿]]和[[磷脂]]的合成，有利于肝臟的代謝。所以臨床上把葉酸和維生素B12作為治療肝臟病的輔助藥物，除了考慮到它們的促核酸與[[蛋白質(zhì)合成]]作用外，還考慮到它們有保護(hù)肝臟，防止發(fā)生[[脂肪肝]]的作用。

5′－脫氧腺苷鈷胺(5′－dA.B12)是甲基丙二酰輔酶A[[變位酶]]的輔酶，參與體內(nèi)[[丙酸]]的代謝。

體內(nèi)某些氨基酸、奇數(shù)碳脂肪酸和[[膽固醇]][[分解代謝]]中可產(chǎn)生丙酰CoA。正常情況下，丙酰COA經(jīng)羧[[化生]]成甲基丙二酰CoA，后者再受甲基丙二酰CoA變位酶和[[輔酶B12]](即5′－dA.B12)的作用轉(zhuǎn)變?yōu)閇[琥珀酰]]CoA，最后進(jìn)入[[三羧酸循環(huán)]]而被氧化利用(參看糖代謝)。

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當(dāng)維生素B12缺乏時(shí)，由于這些[[代謝途徑]]受阻，將導(dǎo)致甲基丙二酰COA和丙酰COA的堆積，結(jié)果引起甲基丙二酰COA水解，產(chǎn)生[[甲基丙二酸]]由尿排出。所以維生素B12缺乏病人尿中出現(xiàn)甲基丙二酸，這可作為一個(gè)很靈敏的診斷指標(biāo)。據(jù)分析，患者[[腦脊液]]中甲基丙二酸的濃度大于[[血漿]]中濃度，表明[[代謝障礙]]主要發(fā)生在神經(jīng)組織。另外，[[同位素]]示蹤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，堆積的丙酰CoA摻入到病變的神經(jīng)[[髓鞘]]，構(gòu)成異常的奇數(shù)碳脂肪酸(15C和17C)，這可能與神經(jīng)髓鞘的退行性變有關(guān)。因?yàn)?′－dA－B12所參與的代謝途徑與葉酸無關(guān)，所以維生素B12缺乏患者除了[[造血系統(tǒng)]]的癥狀與葉酸缺乏相似外，尚有其獨(dú)特的[[神經(jīng)癥]]狀。維生素B12缺乏引起丙酸CoA代謝障礙可用下列圖解表示。

{{圖片|gra2jup1.jpg|維生素B12缺乏對(duì)丙酰CoA-代謝的影響}}

圖3-5 維生素B12缺乏對(duì)丙酰CoA-代謝的影響

維生素B12廣泛存在于動(dòng)物性食品中，人體對(duì)它的需要量甚少(每日僅需2?微克)，而體內(nèi)貯存量很充裕，所以因攝入不足而致維生素B12缺乏者在臨床上比較少見。但是維生素B12的吸收與正常胃粘膜分泌的一種[[糖蛋白]]密切相關(guān)，這種糖蛋白叫做[[內(nèi)因子]](intrinsic factor簡寫IF)。維生素B12必須與內(nèi)因子結(jié)合后才能被小腸吸收。這一方面是由于維生素B12的吸收部位在[[回腸]]下段，只有維生素B12與內(nèi)因子結(jié)合成IF－B12[[復(fù)合物]]才能被腸粘膜上的[[受體]]接納；另一方面二者的結(jié)合有相互保護(hù)的作用；內(nèi)因子保護(hù)維生素B12不被腸道細(xì)菌所破壞；維生素B12保護(hù)內(nèi)因子不被消化液中的酶所水解。某些[[疾病]]如[[萎縮性胃炎]]、胃全切除的病人或者先天缺乏內(nèi)因子，均可因維生素B12的吸收障礙而致維生素B12的缺乏。對(duì)這類病人只有采取注射的方式給予維生素B12才有效。
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