生物化学与分子生物学/维素素C和P

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生物化学与分子生物学

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维生素C又名抗坏血酸(ascorbic acid),它是含有内脂结构的多元醇类,其特点是具有可解离出H+的烯醇羟基,因而其水溶液有较强的酸性。维生素C可脱氢而被氧化,有很强的还原性,氧化型维生素C(脱氢抗坏血酸dehydroascorbic acid)还可接受氢而被还原。

维生素C含有不对称碳原子,具有光学异构体,自然界存在的、有生理活性的是L-型抗坏血酸。

维生素C在酸性水溶液(pH<4)中较为稳定,在中性及碱性溶液中易被破坏,有微量金属离子(如Cu++、Fe+++等)存在时,更易被氧化分解;加热或受光照射也可使维生素C分解。此外,植物组织中尚含有抗坏血酸氧化酶,能催化抗坏血酸氧化分解,失去活性,所以蔬菜和水果贮存过久,其中维生素C可遭到破坏而使其营养价值降低。

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大多数动物能够利用葡萄糖以合成维生素C,但是人类、灵长类动物和豚鼠由于体内缺少合成维生素C的酶类,所以不能合成维生素C,而必须依赖食物供给。食物中的维生素C可迅速自胃肠道吸收,吸收后的维生素C广泛分布于机体各组织,以肾上腺中含量最高。但是维生素C在体内贮存甚少,必须经常由食物供给。维生素C在体内分解可以产生草酸和苏阿糖酸(threonic acid)。

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维生素C具有广泛的生理作用,除了防治坏血病外,临床上还有许多应用,从感冒癌症,维生素C是应用最多的一种维生素。但是其作用机理有些还不十分清楚,从使用的剂量来看,有越来越大的趋势,已超出了维生素的概念,而是作为保健药物使用了。

已知维生素C参与体内代谢功能主要有以下几个方面。

(一)参与体内的羟化反应

维生素C对于许多物质的羟化反应都有重要作用,而羟化反应又是体内许多重要化合物的合成或分解的必经步骤,例如胶元的生成、类固醇的合成与转变,以及许多有机药物或毒物的生物转化等,都需要羟化作用才能完成。

1.胶元的合成

当胶元(collancg)合成时,多肽链中的脯氨酸(Pro)和赖氨酸(Lys)残基需要分别被羟化成为羟脯氨酸和羟赖氨酸残基(详见第十五章)。维生素C是此种羟化反应必需的辅助因素之一,因为在羟化反应中,不仅需要相应的羟化酶,而且还需要O2、Fe++和a-酮戊二酸等,维生素C有助于维持Fe++的还原状态,并能激活羟化酶。

胶原细胞间质的重要成分,因此,当维生素C缺乏时,胶原和细胞间质合成障碍,毛细管壁脆性增大,通透性增强,轻微创伤或压力即可使毛细血管破裂,引起出血现象,临床上称为坏血病(scurvy)。

2.类固醇的羟化

正常情况下,体内胆固醇约有80%转变为胆酸后排出,在胆固醇转变为胆酸前,需先将环状部分羟化(7α羟化作用,参看胆固醇代谢),而后侧链断裂,最终生成胆酸,缺乏维生素C则此种羟化过程受阻,胆固醇转变成胆酸的作用下降,肝中胆固醇堆积,而血中胆固醇浓度增高。因此,临床上用大量维生素C可降低血中胆固醇,其机理可能在于维生素C促进胆固醇向胆酸转变。

此外,肾上腺皮质激素合成加强时,皮质中维生素C含量显著下降,这可能是皮质激素合成过程中某些羟化步骤需消耗维生素C。

3.芳香族氨基酸的羟化

苯丙氨酸(Phe)羟化为酪氨酸(Tyr),酪氨酸转变为儿茶酚胺(catecholamine)或分解为尿黑酸等过程中许多羟化步骤均需有维生素C的参加。又如色氨酸(Trp)转变为5-羟色胺(5-HT)时也需要维生素C(参看氨基酸代谢和神经组织生化等章节),儿茶酚胺和5-羟色胺都是重要的神经递质,它们在调节神经活动方面有重要作用。

4.有机药物或毒物的羟化

药物或毒物在内质网上的羟化过程,是重要的生物转化反应,缺乏维生素C时,此种羟化反应明显下降,药物或毒物的代谢显著减慢,给予维生素C后,催化此类羟化反应的酶系活性升高,促进药物或毒物的代谢转变,因而有增强解毒的作用(参看肝脏生化一章中生物转化作用)。

(二)还原作用

维生素C在体内作为重要的还原剂而起作用,主要有以下几个方面。

1.保护巯基和使巯基再生

已知许多含巯基的酶当其在体内发挥催化作用时需要有自由的桽H,而维生素C能使酶分子中-SH保持在还原状态,从而保持酶有一定的活性,维生素C还可使氧化型的谷光甘肽(G-S-S-G)还原为还原型的谷胱甘肽(G-SH),使-SH得以再生,从而保证谷胱甘肽的功能。例如不饱和脂酸易被氧化成脂性过氧化物,后者可使各种细胞膜,尤其是溶酶体膜破裂,释放出各种水解酶类,致使组织自溶,造成严重后果,还原型谷胱甘肽在谷胱甘肽过氧化酶的催化下可使脂性过氧化物还原,从而消除其对组织细胞的破坏作用,而G-SH便氧化成G-S-S-G,在谷胱甘肽还原酶催化下,维生素C也可使G-S-S-G还原成G-SH,从而使后者不断得到补充。

维生素C与谷胱甘肽拉化还原反应的关系


图3-6 维生素C与谷胱甘肽拉化还原反应的关系

(1):G-SH还原酶(2):G-SH过氧化酶

再如某些含巯基的酶在金属中毒(如铅中毒)时被抑制,给以大量维生素C往往可以缓解其毒性。据认为,金属离子能与体内巯基酶类的桽H结合,使其失活,以致代谢障碍中毒。维生素C可以将G-S-S-G还原为G-SH,后者可与金属离子结合而排出体外,所以维生素C能保护含巯基的酶,具有解毒作用

维生素C解毒示意图


图3-7 维生素C解毒示意图

2.促进铁的吸收和利用

维生素C能使难吸收的Fe+++还原成易吸收的Fe++,促进铁的吸收,它还能促使体内的Fe+++还原,有利于血红素的合成。此外,维生素C还有直接还原高铁血红蛋白(MHb)的作用。

3.促进叶酸转变为四氢叶酸(见前)

由此可见,维生素C对缺铁性贫血巨幼细胞性贫血的治疗都可起辅助作用。

4.抗体的生成

抗体分子中含有相当数量的双S键,所以抗体的合成需要足够量的半胱氨酸,体内高浓度的维生素C可以把胱氨酸还原成半胱氨酸,有利于抗体的合成。维生素C增强机体的免疫功能不限于促进抗体的合成,它还能增强白细胞对流感病毒的反应性以及促进H2O2在粒细胞中的杀菌作用等。

维生素P又称为通透性维生素(P代表permeability),最初由柠檬中分离出来,化学本质为黄素酮类(flavonone),称为柠檬素(citrin)。以后又发现多种具有类似结构和活性的物质,所以维生素P不是单一的化合物,主要的维生素P类化合物有桔皮苷、芸香苷(芦丁)及L-表儿茶素等。

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维生素P的主要生理作用在于维持毛细血管壁的正常通透性,缺少它则通透性增强。因为在自然界维生素P常与维生素C共存,故一般认为坏血病系此两种维生素共同缺乏的结果。虽然在人类尚未发现单纯缺乏维生素P的疾病,但临床上可以应用维生素P防治某些因毛细血管通透性增强而引起的疾病。维生素P的作用机制尚未被阐明,有实验表明它有“节约”维生素C和抑制透明质酸酶(参看第17章)的作用。

营养学上较为重要的维生素有A、D、B1、B2、PP和C六种,它们的来源、需要量、生理功能和缺乏症简要总结如附表。

附表 几种与人体营养有关维生素的来源、需要量、主要功能及缺乏症

名称 来源 需要量* 主要生理功能 缺乏症
(视黄醇) 肝、蛋黄、鱼肝油、奶汁、绿叶蔬菜、胡萝卜玉米 3.500 I.U乳母孕妇加倍 1.与眼的暗视觉有关,是合成视紫煞费苦心质的原料
2.维持上皮组织的结构完整
3.促进生长发育
夜盲症
干眼病
(钙化醇) 鱼肝油、肝、蛋黄、日光照射皮肤可制造D3 400 I.U儿童、孕妇乳母500-1000I.U 调节钙磷代谢、促进钙磷吸收 儿童:佝偻病
成人:软骨病
维生素B1
(硫胺素)
醇母、眉头、绿叶蔬菜 2mg 1.为α-酮酸氧化脱羧的辅酶TPP的成分
2.抑制胆碱酯酶的活性
脚气病
胃肠道机能障碍
(抗癞皮病因子) 肉、酵母、谷类及花生等,人体可自色氨醇转变一部分 2mg 构成黄酶的辅酶成分,参与体内生物氧化体 口角炎舌炎唇炎阴囊皮炎
(抗坏血酸) 新鲜水果、蔬菜、特别是鲜枣、辣椒红果、菜花、桔子等含量较高 15mg 构成脱氢酶辅酶的成分,参与生物氧化体系 癞皮病(表现为对称性皮炎、舌炎、腹泻神经症状)
50-75mg 1.参与体内羟化反应,与细胞间质的生成、类固醇的羟化和生物转化有关
2.参与体内某些还原反应,有保护巯基酶、解毒和促抗体生成的作用
坏血病
32 维生素B复合体 | 糖代谢 32
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