第18章维生素和无机物(精品)

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,目录,第,18,章,维生素与无机物,Vitamins and Minerals,定义,：,维生素,(vitamin),是机体维持正常功能所必需，但在体内不能合成或合成量很少，必须由食物供给的一组低分子量有机物质。,脂溶性维生素,(lipid-soluble vitamin),水溶性维生素,(water-soluble vitamin),分类,:,一、维生素,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。,二、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,第一节 脂溶性维生素,Lipid-soluble Vitamin,共同特点：,（,1,）均为非极性疏水的异戊二烯衍生物,（,2,）不溶于水，溶于脂类及脂肪溶剂,（,3,）在食物中与脂类共存，并随脂类一同吸收,（,4,）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,种类：,Vit,A,Vit,D,Vit,E,Vit,K,一、维生素,A,又称抗干眼病维生素,动物内脏,(,视黄醇酯）,植物：维生素,A,原（如,-,胡萝卜素）,（一）视黄醇与其特异的结合蛋白相结合而在血液中运输,A1,（视黄醇）,A2,（,3-,脱氢视黄醇）,天然形式：,来源：,运输形式：,血液,运甲腺蛋白,(TTR),视黄醇酯,肝细胞,视黄醇,视黄醇结合蛋白,(RBP),肝内星形细胞,(,stellate,cell),储存,在细胞内,细胞视黄醇结合蛋白,(CRBP),靶组织特异受体,（二）视黄醇、视黄醛和视黄酸是维生素,A,的活性形式,视黄醇、视黄醛和视黄酸是维生素,A,的活性形式,1,视黄醛与视蛋白结合发挥其视觉功能,视,循,环,夜盲症,2,视黄酸对基因表达和组织分化具有调节作用,全反式视黄酸和,9-,顺视黄酸,是执行这一重要功能的关键物质。与细胞内核受体结合，与,DNA,反应元件结合，调节某些基因的表达。,缺乏：干眼病,(,xerophthalmia,),3,维生素,A,和胡萝卜素是有效的抗氧化剂,4.,维生素,A,过量可引起中毒,能直接消灭,自由基,，有助于控制细胞膜和富含脂质组织的脂质过氧化。,二、维生素,D,可在体内合成,（一）维生素,D,的活化形式是,1,25-,二羟维生素,D,种 类,：,VitD,2,（,麦角钙化醇）,VitD,3,（,胆钙化醇）,VitD,2,原,：麦角固醇,VitD,3,原,：,7-,脱氢胆固醇,麦角固醇,VitD,2,胆固醇,7-,脱氢胆固醇 ,VitD,3,（紫外照射）,VitD,3,在血液中运输：,与维生素,D,结合蛋白,(vitamin D binding protein, DBP),相结合而运输,。,肝,25-,羟化酶,维生素,D,3,（,胆钙化醇）,25-,羟维生素,D,3,（,25-,羟胆钙化醇）,肾，骨，胎盘中的,1 -,羟化酶,1, 25-,二羟维生素,D,3,（,1, 25-,二羟胆钙化醇）,VitD,3,的活性形式：,1, 25- (OH)2-VitD,3,24, 25-,二羟维生素,D,3,（,24, 25-,二羟胆钙化醇）,肾，骨，胎盘、软骨中的,24-,羟化酶,（二）,1,25-(OH),2,D,3,具有调节血钙和组织细胞分化的功能,1,调节血钙水平是,1,25-(OH),2,D,3,的重要作用,1,25-(OH),2,D,3,可通过信号转导系统使钙通道开放，促进小肠对钙、磷的吸收，影响骨组织的钙代谢，从而维持血钙和血磷的正常水平，促进骨和牙的钙化。,维生素,D,缺乏,:,儿童,佝偻病,(rickets),成人,软骨病,(,osteomalacia,),。,2. 1,25-(OH),2,D,3,还具有影响细胞分化的功能,调节多种组织细胞分化,促进胰岛,细胞合成与分泌胰岛素,抑制某些肿瘤细胞增殖和促进分化,3.,维生素,D,过量可引起中毒,三、维生素,E,是体内最重要的脂溶性抗氧化物质,（一）维生素,E,是生育酚类化合物,苯骈二氢吡喃的衍生物,生育酚,(,tocopherol,):,、,、,和,四种,生育三烯酚,(,tocotrienol,):,、,、,和,四种,（二）维生素,E,具有抗氧化等多方面的功能,1,维生素,E,是体内最重要的脂溶性抗氧化剂,机制,:,捕捉过氧化脂质自由基,保护生物膜的结构与功能。,缺乏,:,轻度溶血性贫血。,维生素,E,过氧化脂质自由基,生育酚自由基,或谷胱甘肽,生育醌,+,维生素,C,2,维生素,E,具有调节基因表达的作用,上调或下调生育酚的摄取和降解相关的基因,延缓衰老,脂类摄取与动脉硬化的相关基因,:,预防和治疗冠状动脉粥样硬化性心脏病,细胞外基质蛋白的基因、细胞黏附与炎症的相关基因,抗炎、维持正常免疫功能,细胞信号系统和细胞周期调节的相关基因,抑制细胞增殖，抗肿瘤,3,维生素,E,能提高血红素合成的关键酶,活性,血红素合成关键酶：,氨基,酮戊酸,(,ALA),合酶,ALA,脱水酶,缺乏：,新生儿贫血,4,维生素,E,缺乏并不多见,临床上：,治疗先兆流产及习惯性流产,。,四、维生素,K,又称凝血维生素,（一）维生素,K,是,2-,甲基,1,4-,萘醌的衍生物,人工合成,：,K,3,天然形式：,K,1,-,植物甲萘醌或叶绿醌,K,2,-,肠道细菌的产物,（二）维生素,K,是多种,-,谷氨酰羧化酶的辅酶,1,维生素,K,具有促进凝血作用,2,维生素,K,对骨代谢具有重要作用,3,维生素,K,缺乏可引起出血,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。,概 述,种类,：,B,族维生素，维生素,C,共同特点,一、维生素,B1,形成辅酶焦磷酸硫胺素,（一）焦磷酸硫胺素是维生素,B1,的活性形式,焦磷酸硫胺素,(,thiamine pyrophosphate, TPP,),硫胺素,(thiamine),TPP,是,-,酮酸氧化脱羧酶的辅酶，也是转酮酶的辅酶,在神经传导中起一定的作用，抑制胆碱酯酶的活性,1.,生化作用,脚气病，末梢神经炎,（二）维生素,B1,在糖代谢中具有重要作用，缺乏可引起脚气病,2.,缺乏症,二、维生素,B2,是,FAD,和,FMN,的组成成分,维生素,B,2,又名核黄素,(riboflavin),体内活性形式为,黄素单核苷酸,(FMN),黄素腺嘌呤二核苷酸,(FAD),（一）,FAD,和,FMN,是维生素,B,2,的是活性形式,Vit,B,2,FMN,AMP,FAD,生化作用：,FMN,及,FAD,是体内,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）的辅基，主要起,氢传递体,的作用,.,缺乏症：,口角炎，唇炎，阴囊炎等,（二）,FMN,和,FAD,是体内氧化还原酶的辅基,三、维生素,PP,又称抗癞皮病维生素,维生素,PP,包括：,尼克酸,(nicotinic acid),尼克酰胺,(,nicotinamide,),体内活性形式：,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸,(NAD,+,),尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,(NADP,+,),（一）维生素,PP,是,NAD,+,和,NADP,+,的组成成分,NAD,+,：,R,为,H,NADP,+,：,R,为,尼克酰胺,1.,生化作用,（二）维生素,PP,缺乏可引起癞皮病,2.,缺乏症,:,癞皮病,3.,大量长期服用会中毒,肝损伤,NAD,+,及,NADP,+,是体内多种,不需氧脱氢酶,（如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶）的辅酶，起传递氢的作用。,四、泛酸主要参与酰基转移反应,泛酸,(,pantothenic,acid),又名遍多酸,体内活性形式为,辅酶,A(CoA,),、酰基载体蛋白,(ACP),（一）泛酸在辅酶,A,和酰基载体蛋白分子中发挥作用,（二）泛酸参与酰基转移反应,CoA,及,ACP,是酰基转移酶的辅酶，参与酰基的转移作用。,泛酸,4-,磷酸泛酰,巯基乙胺,CoA,的结构式,五、生物素参与,CO,2,固定反应,（一）生物素,(biotin),的来源广泛,（二）生物素是多种羧化酶的辅基,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，与羧化酶蛋白中,赖氨酸残基的,-,氨基,以酰胺键共价结合，形成生物胞素残基，参与,CO,2,固定,过程。,（三）生物素参与细胞信号转导和基因表达,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。,与羧基结合生成羧基生物素,与赖氨酸残基,-,氨基结合成生物胞素,六、维生素,B,6,包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺,（一）维生素,B,6,的磷酸酯是其活性形式,维生素,B,6,包括,吡哆醇,(pyridoxine),、,吡哆醛,(,pyridoxal,),和,吡哆胺,(,pyridoxamine,),。,活化形式：,磷酸吡哆醛,和,磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛,是氨基酸,转氨酶,及,脱羧酶,的辅酶，用于治疗小儿惊厥、妊娠呕吐和精神焦虑,。,磷酸吡哆醛,也是,-,氨基,-,酮戊酸,合酶,（,ALA,合酶,）的辅酶。缺乏导致低血色素小细胞性贫血和血清铁增高。,磷酸吡哆醛,是,同型半胱氨酸,分解代谢酶的辅酶，缺乏引起高同型半胱氨酸血症。,（二）磷酸吡哆醛的辅酶作用多种多样,1,磷酸吡哆醛是多种酶的辅酶,2,磷酸吡哆醛可终止类固醇激素的作用,作用机制：,将类固醇激素,-,受体复合物从,DNA,中移去，终止这些激素的作用。,维生素,B,6,缺乏：,可增加人体对雌激素、雄激素、皮质激素和维生素,D,作用的敏感性。,3,维生素,B,6,缺乏不多见，而过量可引起中毒,日摄入量超过,200mg,可引起神经损伤，表现为周围感觉神经病。,叶酸,(folic acid),又称蝶酰谷氨酸,体内活性形式为,四氢叶酸,(FH,4,),七、叶酸以四氢叶酸形式参与一碳单位代谢,（一）四氢叶酸是叶酸的活性形式,（二）四氢叶酸是一碳单位的载体,FH,4,是,一碳单位,转移酶的辅酶，参与一碳单位的转移。,N,5,、,N,10,是一碳单位的结合位点。,缺乏症：巨幼红细胞贫血,高同型半胱氨酸血症和,DNA,低甲基化,叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,二氢叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,四氢叶酸,5, 6, 7, 8-,四氢叶酸,维生素,B,12,又称,钴胺素,(,coholamine,),体内活性形式为,甲基钴胺素,5 -,脱氧腺苷钴胺素,八、维生素,B,12,是含钴维生素,（一）维生素,B,12,的吸收需要内因子,胃酸,胃蛋白酶,B,12,B,12,蛋白质,亲钴蛋白,亲钴蛋白,B,12,胰蛋白酶,B,12,内因子,IF-B,12,回肠吸收,R：-CH,3,甲基钴胺素,R,：,5-,脱氧腺苷,5-,脱氧腺苷钴胺素,Vit,B,12,是,N,5,-CH,3,-FH,4,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生成甲硫氨酸。,Vit,B12,缺乏：,相应缺乏症：,巨幼红细胞贫血,高同型半胱氨酸血症,（二）维生素,B,12,影响一碳单位的代谢和脂肪酸的合成,一是引起甲硫氨酸合成减少； 二是影响四氢叶酸的再生。,5-,脱氧腺苷钴胺素,是,L-,甲基丙二酰,CoA,变位酶的辅酶，催化琥珀酰,CoA,的生成。,B,12,缺乏时,，,L-,甲基丙二酰,CoA,大量堆积，影响脂肪酸的正常合成。,相应缺乏症：,神经疾患,九、维生素,C,又称抗坏血病维生素,（一）维生素,C,是对热不稳定的酸性物质,维生素,C,又称,L-,抗坏血酸,(ascorbic acid),，呈酸性，,广泛存在于新鲜蔬菜和水果中,。,动物体内不能合成维生素,C,，必需由食物供给。,抗坏血酸分子中,C2,和,C3,羟基,可以,氧化脱氢,生成脱氢抗坏血酸，后者也可以,加氢还原,。,维生素,C,脱氢维生素,C,（二）维生素,C,既是一些羟化酶的辅酶又是强抗氧化剂,1,维生素,C,是一些羟化酶的辅酶,抗坏血酸是维持体内含铜羟化酶和,-,酮戊二酸,-,铁羟化酶活性必不可少的辅因子。,2,维生素,C,作为抗氧化剂可直接参与体内氧化还原反应,3,维生素,C,具有增强机体免疫力的作用,缺乏症：,坏血病（,scurvy,）,第三节 钙、磷代谢,Metabolism of Calcium and Phosphorus,一、钙、磷在体内分布广泛、功能重要,（一）钙既是骨的主要成分又具有重要的调节作用,骨钙,占体内总钙,99%,，以羟基磷灰石,(,hydroxyapatite,),的形式存在,血清钙,(,9,11mg/dl),，占总钙,0.1%,游离钙,蛋白结合钙,pH,pH,其他钙占总钙,1%,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。,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。,（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,1.1,1.3mmol/L,（,3.5,4.0mg/dl,）。,体内总磷,19.4mol（600g）,骨（约占,85.7%,）,各,组织细胞（约,14%,）,体液（约,0 .03%,）,血液,Ca,P = 35,40,二、钙和磷的代谢与骨的代谢密切相关,（一）钙和磷的吸收与排泄的影响因素颇多,主要来源,:,牛奶、豆类和叶类蔬菜,主要吸收部位,:,十二指肠和空肠上段,小肠对,钙的重,吸收,影响钙吸收因素,:,酸性食物均有利于钙的吸收。,碱性磷酸盐、草酸盐和植酸盐不利于钙的吸收。,钙的吸收随年龄的增长而下降。,维生素,D,能促进钙和磷的吸收。,正常成人肾小球每日滤过约,9g,游离钙。,（,1,）肾小管对钙的,重吸收量与血钙浓度,相关。 血钙浓度降低可增加肾小管对钙的重吸收率，而血钙高时吸收率下降。,（,2,）肾对钙的重吸收受,甲状旁腺激素,的严格调控。,肾,对钙的重,吸收,（二）骨内钙和磷的代谢是体内钙磷代谢主要组成,内钙、磷代谢与动态平衡图示于图,18-11,。,三、钙和磷代谢受三种激素的调节,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,）,1,25-(OH),2,D,3,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。,（,2,）,1,25-(OH),2,D,3,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和降低血磷的作用,（,1,）,PTH,刺激破骨细胞的活化，,促进骨盐溶解,，使血钙与血磷增高。,（,2,）,PTH,促进肾小管对钙的重吸收，抑制对磷的重吸收。,（,3,）,PTH,还可刺激肾合成,1,25-(OH),2,D,3,，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。,（,1,）,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,。,（,2,）,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。,钙、磷代谢的调节,激 素,肠钙,吸收,溶骨,成骨,肾排 钙,肾排磷,血钙,血磷,PTH, ,CT,1,25-(OH),2,-D,3, ,维生素,D,缺乏,：儿童佝偻病,(rickets),成人骨软化症,(,osteomalacia,),中、老年人骨质疏松,(osteoporosis),甲旁亢与维生素,D,中毒,：高血钙症,(,hypercalcemia,),尿路结石,第四节,微量元素,Trace Element,种类,主要包括有铁、碘、铜、锌、锰、硒、氟、钼、钴、铬等,10,种。,概念：,微量元素是指人体中每人每天的需要量在,100,以下的元素。,一、铁是体内含量最多的微量元素,铁卟啉化合物：,75%,非铁卟啉类含铁化合物：,25%,（如含铁的黄素蛋白、铁硫蛋白、运铁蛋白等）。,（一）体内铁主要存在于含铁卟啉和非铁卟啉的蛋白质中,（二）运铁蛋白和铁蛋白分别是铁的运输和储存形式,铁,(Fe,3+,),在血液中与,运铁蛋白,(,transferrin,),结合而运输。,多余的铁以,铁蛋白,的形式主要储存于肝、脾、骨髓、小肠黏膜、胰等器官。,体内铁的唯一排泄途径：细胞内有铁蛋白铁随着,小肠黏膜上皮细胞脱落而排泄,于肠腔。,（三）铁的缺乏与中毒均可引起严重的疾病,铁的缺乏：,小细胞低血色性贫血,铁摄入过剩：,血色素沉着症,(,hemochromatosis,),二、锌是含锌金属酶和锌指蛋白的组成成分,血锌水平：,0.1,0.15mmol/L,运输形式：,清蛋白或运铁蛋白结合而运输,储存形式：,与金属硫蛋白,(,metallothionein,),结合,排泄方式：,主要经粪排泄，其次为尿、汗、乳汁,锌,(zinc),在人体内的含量仅次于铁，约为,1.5,2.5g,。成人每日需锌,15,20mg,。,功能,：,含锌金属酶的组成成分、锌指蛋白中锌指模体的成分。,缺乏症：,皮肤炎、伤口愈合缓慢、脱发、神经精神障碍，儿童发育不良、睾凡萎缩等。,三、铜是体内多种含铜酶的辅基,运输形式：,60%,的铜与铜蓝蛋白,(,ceruloplasmin,),紧密结合，其余的与清蛋白疏松结合或与组氨酸形成复合物。,排泄方式：,主要随胆汁排泄,成人体内铜,(copper),的含量约为,80110mg,，肌肉中约占,50%,，,10%,存在于肝。,缺乏症：,小细胞低色素性贫血、白细胞减少、出血性血管改变、骨脱盐、高胆固醇血症和神经疾患。,中毒：,蓝绿粪便、唾液，以及行动障碍。,1,）,体内多种酶的辅基，含铜的酶多以氧分子或氧的衍生物为底物。,2,）,增强血管生成素,(,angiogenin,),对内皮细胞的亲和力、增加血管内皮生长因子,(VEGF),和相关细胞因子的表达与分泌，促进血管生成,。,功能,：,四、锰是多种酶的组成成分和激活剂,运输形式：,大部分与血浆中,-,球蛋白和清蛋白结合而运输，少量与运铁蛋白结合。,储存部位：,骨、肝、胰和肾,排泄方式：,主要经胆汁，少量随胰液排出，尿中排泄很少。,人体内含锰,(manganese),约,12,20mg,。成人每日需,2,5mg,。,缺乏症：,生长发育受到影响,。,中毒：,抑制呼吸链中复合物,和,ATP,酶的活性，造成氧自由基的过量产生；干扰多巴胺的代谢，导致精神病和帕金森神经功能障碍,（锰疯狂）,。,1,）,多种酶的组成成分和激活剂,2,）体内正常免疫功能、血糖与细胞能量调节、生殖、消化、骨骼生长、抗自由基等均需要锰。,功能,：,五、硒以硒半胱氨酸形式参与多种重要硒蛋白的组成,运输形式：,与,和,球蛋白结合，小部分与,VLDL,结合而运输,。,排泄方式：,主要随尿及汗液排泄。,人体含硒,(selenium),约为,14,mg,21mg,。成人日需要量在,30,g,50,g,。,功能,：,以硒半胱氨酸,(,selenocysteine,),的形式存在于硒蛋白。,谷胱甘肽过氧化物酶,是重要的含硒抗氧化蛋白，降低细胞内,H,2,O,2,的含量，保护细胞膜，并加强维生素,E,的,抗氧化作用,。,硒蛋白,P,是血浆中的主要硒蛋白，可表达于各种组织，既是硒的转运蛋白，也是内皮系统的抗氧化剂。,硫氧还蛋白还原酶,参与调节细胞内氧化还原过程，参与,DNA,合成的修复机制,。,缺发症：,可引发糖尿病、心血管疾病、神经变 性疾病、某些癌症等，如：克山病。,碘甲腺原氨酸脱碘酶,可激活或去激活甲状腺激素，以维持机体生长、发育与代谢。,硒参与辅酶,Q,和辅酶,A,的合成。,功能：,主要参与甲状腺激素的合成，也具有抗氧化作用；,缺乏症,:,地方性甲状腺肿，严重可致发育停滞、痴呆，如胎儿期缺碘可致呆小病；,中毒：,高碘性甲状腺肿，表现为甲状腺功能亢进及一些中毒症状。,六、碘是甲状腺激素的组成成分,成人体内含碘,(iodine)30,mg,50mg,，其中约,30%,集中在甲状腺内，用于合成甲状腺激素。,60%,80%,以非激素的形式分散于甲状腺外。,七、钴以维生素,B,12,的形式发挥作用,人体对钴的最小需要量为,1,g,，主要从尿中排泄，人体排钴能力强，很少有钴蓄积的现象发生。,钴主要以,B,12,的形式发挥作用,，钴缺乏可致,B,12,缺乏，而,B,12,缺乏可引起巨幼红细胞性贫血等疾病。,八、氟与骨、牙的形成与钙磷代谢密切相关,成人体内含氟,(fluorine),约,2g6g,，其中,90%,分布于骨、牙中，少量存在于指甲、毛发及神经肌肉中。,血中水平：,20,mol/L,运输形式：,与球蛋白结合，小部分以氟化物形式运输,。,排泄方式：,尿,功能,：,氟与骨、牙的形成及钙磷代谢密切相关。氟可被羟基磷灰石吸附，生成氟磷灰石，从而加强对龋牙的抵抗作用。,缺乏症,:,骨质疏松，易发生骨折；牙釉质受损易碎。,中毒：,骨脱钙和白内障，并可影响肾上腺、生殖腺等多种器官的功能。,九、铬与胰岛素的作用关系密切,铬作为,铬调素,的组成成分，,增强,胰岛素,的生物学效应。,铬缺乏,的主要表现在胰岛素的有效性降低，造成葡萄糖耐量受损，血清胆固醇和血糖上升。,