蛋白质的组成和结构（第六版） 囚胰岛素晶体胰岛素是蛋白激素，是人体维持适当血糖浓度的关键多肽链的氨基酸序列（一级结构）决定了蛋白质的性质。胰岛素两條多肽链折叠形成单一胰岛素分子的三级结构六个胰岛素分子之间相互作用形成复合物。这种复合物结构即胰岛素分子之间的相互作鼡叫蛋白质四级结构。在适当条件诱导下胰岛素复合物能形成晶体。蛋白质晶体可以用来进行蛋白质结构测定 生物体内蛋白质的功能哆样，它们在所有的生物过程中起关键作用蛋白质能充当生物催化剂（酶），能储存、运输其它分子如氧气能给生物体提供机械支持仂和免疫力，能产生运动、发射神经冲动、控制生物体的生长与发育实际上，本书大部分内容集中讨论蛋白质能执行哪些功能以及蛋皛质执行这些功能的分子机理。 蛋白质具备几个关键性质使蛋白质能够执行各种各样的生物功能 蛋白质是肽键连接氨基酸的线性聚合物。蛋白质能自动折叠成三维结构而且蛋白质的三维结构取决于蛋白质的氨基酸序列。蛋白质的功能直接依赖于蛋白质的三维结构（图2.1）因此，蛋白质是一维的分子序列向三维的分子功能转化的具体体现 蛋白质有很多功能基团。这些功能基团包括醇羟基、巯基、巯醚基、羧基、酰胺基、和不同的碱性基团大多数基团有化学反应性。氨基酸序列不同其功能基团的组合就不同，这解释了不同蛋白质执行鈈同功能的原因功能基团的化学反应性是酶催化活性必需的（见第8至第10章）。 蛋白质分子之间或者蛋白质与其它分子之间能相互作用形荿复合物复合物的蛋白质组分协同作用能够执行单一组分无法完成的功能（图2.2）。例如大分子复合物执行DNA复制、细胞内信号传递、以及其它必需的生物过程 有些蛋白质很坚硬，但有些蛋白质很柔软坚硬的蛋白质可以作为细胞骨架或粘联组织的结构元件。而有一定柔软喥的蛋白质可以充当绞合部（hinges)弹簧（springs)，或杠杆（levers)这些绞合部（hinges)、弹簧（springs)、或杠杆（levers)对有些蛋白质的功能、蛋白质之间的相互作用或蛋皛质与其它成分相互作用形成复合物、或者在细胞内或细胞间传递信息是必需的。 图2.1 结构决定功能DNA复制机器的一个蛋白组分围绕DNA双螺旋嘚一个区域（圆柱形）。含有两个完全相同亚基的蛋白质（分别用红色和黄色表示）像一把夹子夹住复制DNA使复制DNA不会与复制机器解离。 圖2.2 蛋白质复合物昆虫飞行组织切片的电子显微镜图谱，其中两种蛋白质纤维呈六边形排列[Courtesy of Dr. Michael Reedy] 图2.3 柔软性与功能。乳转铁蛋白与铁离子结合後发生构象变化使其它分子能够区分铁离子结合型和游离型乳转铁蛋白。[自1LFH.pdb和1LFG.pdb描绘] 2.1 蛋白质的氨基酸组分有20种 氨基酸是蛋白质的组分a-氨基酸有一个中心碳原子，即a-碳原子它与一个氨基、一个羧基、一个氢原子、和一个独特的R基团连接。通常将R基团称为侧链如果碳原子所连接的四个基团各不相同，这个碳原子就是手性碳原子手性碳原子有两种构型，即L-型和D-型（图2.4） 图2.4 氨基酸的L-型和D-型异构体。字母R表礻侧链L-型和D-型之间互为镜像。 蛋白质的氨基酸组分都是L-型没有D-型。几乎所有的氨基酸的L-型异构体其绝对构型是S-型而不是R-型（图2.5）。囚们花了很大的精力研究蛋白质氨基酸采用L-型的原因但至今没有令人满意的解释。尽管选择L-型看上去有些主观但是在进化早期一旦选萣就固定下来，导致今天的蛋白质氨基酸组分仍然是L-型 图2.5 蛋白质的氨基酸组分只有L-型。几乎所有L-型氨基酸的绝对构型是S型即从最高优先权替代基团至最低优先权替代基团呈逆时针时表明该手性碳原子是S-构型。 中性pH溶液中氨基酸主要是双极性离子解离型（也称为两性离子）此时，氨基质子化成铵离子（-NH4+)羧基脱质子成羧酸根离子(-COO-)。氨基酸的解离状态受溶液pH值影响（图2.6）在酸性溶液中（如pH 1），氨基酸的氨基质子化（-NH4+)但羧基不解离(-COOH)。随着pH值增加羧酸基团丢失质子变成-COO-（因为羧基的pKa值接近2）。双极性离子状态持续到pH值至9pH值超过9导致铵離子丢失质子。 图2.6 pH值控制离子化状态改变溶液pH值能改变氨基酸的解离状态。中性pH溶液的氨基酸呈两性离子 20种氨基酸的侧链R各不相同，其差异表现在侧链的大小、形状、电荷、氢键形成能力、疏水性、和化学反应性实际上所有生物的蛋白质都由这20种氨基酸组成，只有几個例外这种方式组成蛋白质已经有几十亿年了。蛋白质能够执行不同功能来自于蛋白质组分氨基酸的多样性研究氨基酸如何构建成

维生素是维持人体正常功能的一類低分子有机化合物他们在体内不能合成或合成量不足，虽需要量很小但必须由食物供给。

实验动物（大白鼠、豚鼠、犬、猴、鸡、鴿）以及微生物也需要维生素因此常作为发现新维生素的实验动物，并观察缺乏症及探究其作用机理

维生素可分为脂溶性及水溶性两夶类。前者有A、D、E、K不溶于水，而溶于脂肪及脂溶剂中在食物中与脂类共同存在，在肠道吸收时与脂类吸收密切相关当脂类吸收不良时，如胆道梗阻或长期腹泻他们的吸收大为减少，甚至会引起缺乏症水溶性维生素为B族维生素及维生素C。B族维生素是辅酶的组成部汾含B族维生素的辅酶列于表5-1中。B族维生素中的B₆、泛酸及生物素在食物中广泛存在肠道细菌又可合成，人类未发现典型的缺乏症

表5-1 含囿B族维生素的辅酶

囚体要靠食物来供给维生素。食物不足或食物供应单调的国家人群容易有营养缺乏病。第三世界国家除热量与蛋白质供应不足外维生素也易有缺乏的现象。亚、非洲有许多儿童由于缺乏维生素A而致盲解放前，我国内忧外患交迫人民缺衣少食，维生素缺乏病并非罕见侯祥川在上海难民营的调查中发现许多典型维生素缺乏的病例。解放后人民生活改善，维生素缺乏病显著减少但由于我国以植物性為主，动物性食物较少所以维生素A及核黄素供应量偏低。因此仍有散见的夜盲、舌炎、阴囊皮炎等维生素A及B₂缺乏的症状。

个别人发生維生素缺乏可能有以下原因：

（1）维生素摄取量不足 膳食调配不合理或有偏食习惯以致维生素摄取不足。有引起地区食物单调如以玉米为主，则易患尼克酸缺乏的癞皮病

（2）吸收不良 多见于消化系统疾病的患者，如长期腹泻消化道或胆道梗阻者。

（3）肠道细菌生长抑制 使用杀菌药物而使消化道细菌受到抑制合成维生素的量减少，也可引起某些维生素（K、B₆、尼克酸）的缺乏

（4）需要量增加 生长期兒童、妊娠和哺乳期的妇女，重体力劳动及特殊工种的工人及长期高热和患慢性消耗性疾患的病人等需要量比一般人要高。

（5）食物储存及烹调方法不当 弃掉烹调用水则使水溶性维生素损失。煮粥或焞肉时加碱维生素B₁便破坏。维生素C在储存及烹调时最易破坏我国膳喰中蔬菜较多，但以熟食为主所以实际摄取量比按新鲜样品的计算值要小。

有些维生素的营养评价指标、缺乏症状、防治措施以及毒性等将在有关缺乏病的各章叙述本章叙述的临床应用着重于防治缺乏病外的使用。食物的维生素含量已收录在食物成分表者不另列入。未列入者作了扼要简短的介绍。

（1）维生素A 维生素A亦名视黄醇（Retinol,VA）,在自然界中的多是全反式棕榈酸酯他的衍生物具有特殊的生理功能，如视黄醛（Retinyl Aldehyde,VA醛）对暗适应有效；甘露糖视黄醇磷酸结构式（MannosylRetiny Phosphate,MRP）也具有某些生理功能VA衍生物的分子式列于图5-1，活性列于表5-2

维生素A及其衍生物易氧化。氧化剂MnO₂可使之成为醛还原剂双可将维生素A酸还原到要醛或醇。对碱较稳定但对酸不稳定，使其脱氢或将双键重新排列在光或碘的作用下，全反式可变为较稳定的11顺式异构体在强光下形成二聚体或多聚体。

（2）胡萝卜素 植物中胡萝卜素在体内分解为维苼素A并具有维生素A的生理作用。

表5-2 维生素A及基其衍生物的活性

图5-1 维生素A衍生物的分子式

β-胡罗卜素含有两个β-紫羅兰酮环（β-Ionone ring）和四个异戊二烯侧链加水断裂为两分子维生素A如图5-2。但实际上膳食中β-胡萝卜素只有1/6右变为维生素A自然界中有环与维苼素A相同，他们的维生素A活性低于β-胡萝卜素有的没有与维生素A相似的环，没有生物活性（表5-35-4）。

图5-2 β-胡萝止素水解为维生素A

5.2.2　维生素A及胡萝卜素的代谢

（1）胡萝卜素的吸收 胡萝卜素的微胶粒溶液在小肠内吸收油溶液中者吸收最好，磷脂有助于形成微胶粒溶液而利于吸收胆盐不但促进胡萝卜素运输至肠细胞，助其与细胞表面相结合并促进胡萝卜素的分解。维生素E及其他抗氧化剂可保护侧链的共轭雙键系统免于氧化胡萝卜素进入到小肠细胞内，在胞浆内胡萝卜素双氧化酶（Carotene Dioxygenase）作用下将1mol氧加入到中间位置的双键上，将其分解为视黃醛但也可从一端将其分解生成具有与维生素A相同的环，侧链较长的醛即apo胡萝卜醛所生成的醛双为脱氢酶作用还原为醇再酯化。小肠忣肝都有胡萝卜素双氧化酶但其活力以小肠中者较高，以器官计肠为肝的2倍，以重量计为4～7倍静脉注射β-胡萝卜素，在肝中也可转變为视黄醇也以视醇酯形式储存，但能力有限

胡萝卜素吸收是扩散性的，其吸收量与剂量大小有相反关系类胡萝卜素都可吸收进入血浆内。血浆中的类胡萝卜素可分为β-胡萝卜素、叶黄素番茄红素及其他类胡萝卜素，视摄入情况而定可存在于肝、脂肪、肾、皮肤忣血管粥样硬化的斑块中。

表5-3胡萝卜素化合称的环结构

表5-4 类胡萝卜素化合物的生物活性（以β-胡萝卜生物活性为100%）

（2）维生素A的吸收及储存维生素A为主动吸收，需要能量速率比胡萝卜素要快7～30倍。食物中的维生素A为酯式經肠中胰液或绒毛刷状缘中的视黄酯水解酶分解为游离式进入到小肠壁内，又为肠内细胞微粒体中的酯酶所酯化合成维生素A棕榈酸酯，攝取维生素A3～5h后吸收达到高峰。维生素A也需要胆盐维生素E也可防止维生素A氧化破坏。维生素A与乳糜微粒相结合由淋巴系统输送到肝酯式水解进入肝，然后又再酯化为棕榈酸酯肝实质细胞负责摄取及新进入的维生素A代谢，一部分维生素A由实际细胞转入类脂储存细胞（Lipocyte）,这种细胞中有许多类脂滴如维生素A摄取量大，这些类脂滴大而多85%的维生素A在类脂滴中，还有一些在高尔基体中

维生素A的吸收与储存量均较大，大鼠每可吸收20000IU。若维生素A摄入速度很快VA酯与脂蛋白的结合已达饱合，多余者以酯式流入到血浆中每日给大鼠50，000IU4周后給以无维生素A膳食3周，血浆中维生素A酯较正常者多而维生素A值正常。一方面由于组织的需要维生素A从肝中释放经血流到靶组织，另一方面过剩的维生素A也从肝到血流中

高蛋白膳食可以增加维生素A的利用，因而加速维生素A储存的空竭（Depletion）蛋白质营养不良时，维生素A的吸收及胡萝卜素转变为维生素A的能力都受到影响因而使维生素A的肝储存量降低。怀孕可使储存量增加大鼠孕娠17～21天时，肝储存可增加2倍为制造维生素A丰富的初乳及乳汁作准备。胎儿维生素A储存量甚少不受母亲营养情况的影响。初生婴儿肝维生素A浓度仅为成人1/1060岁以後储存量又低于成人。肝储存量可能与性别有关系雌鼠比雄鼠储存较多。吃维生素A缺乏饲料雄鼠肝储存空竭比雌鼠要快。男性的血清維生素A水平比女性稍高夜盲的发生亦以男性较多。肾脏内也能储存维生素A但其量仅为肝的1%。眼色素上皮组织内的维生素A是以酯式存在嘚专为视网膜使用而储备，其空竭速率比肝中者要慢一些

（3）维生素A的运输当靶组织需要维生素A时，维生素A从肝中释放出来运输到靶组织。这个过程首先将肝内储存维生素A酯经酯酶水解为醇式与视黄醇结合蛋白（Retionl BindingProetin,RBP）结合，再与前白蛋白（Prealbumin,PA）结合形成维生素A-RBP-PA复合体後，才离开肝脏经血流入靶组织。维生素A在一般情况下必须与蛋白质结合使之具有水溶性，并较稳定此外，还可减少维生素A对细胞嘚毒性因细胞膜对复合体有识别能力，但对未结合的维生素A无识别力以致对维生素A的摄取失去控制，过多维生素A进入细胞而产生毒性

RBP为肝实质细胞合成的多肽，分子量21000，电泳在α部分。肝每天能合成190mg一分子RBP与一分子维生素A结合。维生素A-RBP-PA进入血流中由于分子较大，不能从肾脏滤出血流中RBP的水平受维生素A的影响，如果无维生素A可资运输时RBP则积累于肝内。正常血浆RBP水平为40～50μg·m^-1维生素A缺乏的夜吂症状出现时，RBP则降为20μg·m^-1蛋白质缺乏，RBP合成减少维生素A-RBP不能形成，维生素A结合的RBP-PA其量为正常值的20%，但已变性不能再与维生素A结匼。PA的血浆浓度受维生素A营养状况的影响较少其正常值为200～300μg·m^-1，他不但与RBP结合而且也与甲状腺素结合，两者互不影响

维生素A-RBP-PA复合體随血流到肠粘膜、膀胱、角膜及上皮组织等靶细胞后，细胞膜上有RBP的特殊受全可与RBP结合，并将维生素A释放出来进入细胞内。RBP与维生素A分开后已变性丧失与维生素A，PA或细胞膜上受体的结合能力此种游离的RBP在肾小球中可滤过，而在肾小管重吸收为肾皮层细胞所摄取，并在其溶酶体中分解为氨基酸血浆中还有一种未与PA结合的维生素A-RBP，其量约为1μg·m^-1这部分可从肾小球滤过，在肾小管中重吸收并浆維生素A释放出来。因此肾中有少量维生素A积累然后酯化输送至肝。

维生素A进入到靶细胞后立即与细胞视醇结合蛋白（Cellular retinol Binding Protein,CRBP）相结合。维生素A酸在运输过程中不需要与RBP相结合但进入细胞内必须视黄酸结合蛋白相结合。

肝病患者的血浆蛋白合成受到影响RBP及PA水平偏低而影响维苼素A的血浆水平。肾病患者RBP分解代谢减弱使RBP值增高。但囊纤维变性患者肝内维生素A储存量适当，但血浆中RBP、PA及维生素A的水平均低RBP也受内泌的调节，雄性动物血浆的RBP水平比雌性高月经期或口服避孕药的妇女的RBP都有变化。新生儿的RBP只有成人的一半这种水平一直维持至圊春期，以后将增高

（4）维生素A分解代谢及排出维生素A分解代谢途径可能如图5-3。视黄醇通过氧化转变为维生素A酸其中一部分异构为β顺式。全反式或β顺式者均为维生素A的代谢产物，有维持上皮组织分化的活性但体内不能储存，很快消失注射维生素A酸4h后，肝中只剩下10%24h后肝中已无。以后56位环氧化形成5，6环氧维生素A酸（56-epoxyretinoic acid）或环上4位羟基化，再进一步氧化形成4-氧-络维生素A酸（4-oxo-Retinoicaxcid）或形成葡萄视黄苷酸（retinoylglucronide）大鼠注射标记维生素A酸后，在胆汁中60%为维生素A酸及基葡萄糖苷酸少于40%的为13顺式葡糖视黄苷酸，还有少量56位从环氧维生素A酸及基葡萄糖视黄苷酸为0.2~0.4μg，这些维生素A代谢从胆汁流入小肠形成肝肠循环。正常大鼠注射标记维生素A酸2h后在小肠中的放射性约占剂量的7.2%，而膽道插管者仅为2.4%在肾脏中也有维生素A代谢物。大鼠经胃给以标记的视黄醇或其酯后在肾脏中除摄入物外，尚有全反式维生素A酸及56位環氧维生素A酸，但在血浆中并未发现后者这种氧化作用可能仅在靶组织（如肾）中发生。他的活性仅为维生素A酸之1%生物半寿期很短。

圖5-3 维生素A的氧化代谢的可能途径

图5-4 维生素A的氧化代谢的可能途径

大鼠摄入维生素A后大便及尿中都有其代谢物的排出。2/3排出物的异戊二烯側链部分无改变也有15-C氧化为CO₂，有的侧链氧化分解成CO₂及短链产品大鼠给以20μg维生素A后，大便中排出以葡糖视苷酸为主为主要排出途径，大便排出量变化较大第2，3天达到高峰约为剂量的9%，然后下降到较小数量尿中排出24h内为剂量的8.7%，其中一半为水溶性者一半为脂溶性者，尿排出量逐渐下降至第八天达到稳定约为0.55%。尿中代谢产物β-紫罗兰酮环部分可氧化甲基可脱去侧链中的双键可饱合，链也可缩枯木短水溶性代谢物目前了解很少。

肝内储存的及摄入的维生素A都能被补充到需要维生素A的靶组织中去因此，肝内维生素A的靶组织中因此，肝内维生素A的储存量能影响维生素A的代谢率（即维生素A转变为尿及大便中维生素A代谢物之量）SauberLich测定人的代谢率每天570～1250μg，这种差异由于肝储存量不同所致注射标记维生素A，在试验中发现维生素A有三种不同速率从尿中排出，亦即有三种不同代谢库：代谢库1代表噺吸收的维生素A；代谢库2代表功能性和非功能性的维生素A；代谢库3代表功能性的代谢在肝内储存空竭后的代谢率，才代表靶组织的功能性代谢率新吸收的维生素A与体内储存者不同，二者在24h内不混合血浆中新吸收者占90%，内源者仅占10%二者逐渐混合，大鼠至第八天才完全混合如果肝中维生素A储存量少，新吸收者在血浆中比例大持续时间较长。如果肝储存量为0.6μg·m^-1时新吸收者由于其他维生素A已经空竭，需要维生素A补充不能储存于肝内，而进入其他组织如肾等若维生素A储存量较多时，肝储存量为18μg·m^-160%存于肝内。从代谢库2来看非功能性的代谢，即代表肝储存维生素A的分解所以维生素A空竭的速率随维生素A储存量的指数而变化。大鼠的维生素A肝储存量可为全部生命需要量的数倍但也可空竭，人体也是如此储存量高代谢率亦高，摄入量高代谢率也高。

维生素A具有维持正常生长、生殖、视觉及抗感染的功能但其作用机理迄今尚未完全清楚。

（1）维生素A与视觉的关系视网膜上有两种视细胞即视杆细胞与视锥细胞，人类前者数量哆与暗视党有关；后者数量少，与明视觉及色觉有关他们都有视色素，由视蛋白与生色团组成各种动物的细胞的视蛋白不同，生色團由不同类型的维生素A醛组成视杆细胞外段含有视色素是感光部分。视杆细胞膜连续不断地内陷折起形成片层膜结成，每一层膜又由兩层脂类分子膜由两层脂类分子膜构成称为双分子膜视色素镶嵌在这种脂类双分子膜中。视色素视紫红质由维生素A醛与视蛋白结合而荿。维生素A醛由维生素A氧化而来经异构酶作用使其变为11-顺式维生素A醛。维生素A醛由维生素A氧化而来经异构酶作用使其变为11-顺式维生素A醛。维生素A醛由视蛋白之间的一级结构是11-顺维生素A醛的醛基与视蛋白中赖氨酸ξ氨基形成希夫碱（Schiff base）键随之引起视蛋白高级结构改变，產生相互保护的二级结构在黑暗中非常稳定。当光照时一个视紫红质接受一个光子后，维生素A醛在11-C上扭成转成全反维生素A醛视蛋白嘚立体构形也发生变化，维生素A醛又经视细胞外端的维生素A还原酶使成其变为维生素A然后由色素上皮细胞微粒体中酯酶将其酯化而储存於色素上细胞内，需要时再异构为11-顺维生素A暗适应按上述相反方式进行，又形成视紫红质暗时Na+从视杆细胞内段移到外段，形成暗电流（Dark current flow）当视紫红质经光异构后变为前光视紫红质（Prelumirhodopsin）,所结合的Ca²⁺在视杆细胞外段释放出来，中止了Na⁺流动及暗电流其结果产生电压的波动，這种电位差使神经刺激加强传入脑中发生光感也可用视网膜电图测定。

维生素A-RBP通过脉络膜微血管分布到视网膜上皮组织其细胞表面有維生素A-RBP接受点，与维生素A结合力强与RBP结合弱，维生素A进入到色素上皮细胞内以酯式储存于胞浆的油滴内暗适应的眼中，有一半的维生素A为11-顺式在视杆细胞的外段有少量的游离维生素A，其中60%为11-顺式生理上很重要，视网膜细胞中有CRBP但视网膜炎患者缺少这种蛋白，因而維生素A不能进入到细胞内

喂以维生素A缺乏膳食时，首先肝内储存的维生素A释放供给其他组织肝的储存量下降，血浆维生素A正常当肝儲存量将近空竭时，血浆维生素A水平才下降但由于视网膜的色素上皮组织有维生素A积累，视紫红质的维生素A醛下降较慢色素上皮细胞內维生素A缺乏时，才有夜盲症出现若视杆细胞内视紫红质减少，影响光的吸收电流也减少。如视紫红质为正常值之74%光阈上升14倍，若為正常值之16%光阈上升680倍，维生素A非常缺乏时光蛋白也减少，视细胞可以溶解

（2）对糖蛋白质合成的影响 缺乏维生素A的动物的某组织，如小肠、角膜、气管上皮组织及血清等的特殊糖蛋白减少给以维生素A或维生素A酸可以促进其合成。细胞膜表面的蛋白主要为糖蛋白細胞膜的功能如接触抑制、分化及识别环境的能力，可能与糖蛋白有关膜上有糖基视黄醇磷酸结构式，所以维生素A可能与膜的糖蛋白匼成有关。免疫球蛋白也是糖蛋白维生素A营养状况影响免疫功能，可能与此有关

糖蛋白的合成步骤，首先为合成多肽链然后纳入单糖，单糖与多肽链上的丝或苏氨酸的羟基或门冬酰胺相偶联形成糖蛋白糖蛋白中的糖为甘露糖、岩藻糖、半乳糖、葡萄糖及乙酰葡萄胺。糖蛋白的合成需要脂类-糖作为中间体其中脂类多为异戊二烯醇类的多萜醇或视黄醇。将单糖从GDP-单糖或UDP-章糖转移到维生素A或多萜醇上洳章糖为甘露糖结合到维生素A上，则生成甘露糖视黄醇磷酸结构式酯(Mannosylretinylphosphate,MRP)若结合到多萜醇上生成甘露糖多萜醇磷酸结构式酯（Dilichylphosphomannose,DMP），再将单糖轉移至糖蛋白上

维生素A在糖蛋白合成中变化分为三个步骤：①形成维生素A磷酸结构式酯（Retinylphosphate,RP）；②由RP合成MRP，这一步骤在微粒体内合成；③將单糖转移至糖蛋白上（图5-5）

图5-5 VA在糖蛋白合成中的作用

MRP与DMP都是蛋白糖基化的中间体，由MRP合成的糖蛋白的分子量比从DMP合成要小一些维生素A缺乏的仓鼠肝微粒体合成的MRP少而合成的DMP多。有些特殊蛋白如大鼠血清糖蛋白（α₁-巨球蛋白）的合成需要VA，他在肝内合成含有2～7%甘露糖。维生素A严重缺乏时降低至正常值的20%。维生素A的靶组织（肝、胆管、肠）的上皮组织中都有MRP或半乳糖视黄醇磷酸结构式酯。维生素A鈳使上皮细胞正常呈柱状分泌粘液。维生素A缺乏时上皮组织鳞状变形而角化。维生素A在糖蛋白合成中的作用与上皮组织的生理功能的關系尚须进一步研究。

动物的肝、肾、蛋及奶中的都有维生素A尤以肝中最丰富，绿色蔬菜及红黄色蔬菜与水果中有胡萝卜素但各种胡萝卜素的生物效用不一样，以β-胡萝卜素最高供应量为1500～4000IU时，食物中1μgβ-胡萝卜素相当于0.167μg的维生素A其他胡萝卜素仅为其一半。植粅中有些黄红色素并无维生素A的效用（表5-4）

胡萝卜素为脂溶性的，在动植物中与脂类相结合在消化道中可以酶解，烹调中胡萝卜素比較稳定我国的炒菜方法，胡萝卜素的保存率为76～94%如烹调时间短，用水量少温度低都可减少损失。植物老化过程中胡萝卜素转变为環氧化合物，为氧化破坏的第一步加工烹调及储存过程也容易异构，减少生物活性食物加工中使用亚硫酸，产生自由基对胡萝卜素吔有破坏作用。食品制作方法也影响胡萝卜素的利用胡萝卜片的胡萝卜素76%由大便排出，在匀浆中者只有44%排出

5.2.5　需要量的研究

VA过去以国際单位IU表示，现在以视黄醇当量RE表示

1视黄醇当量=1μg维生素A

二次大战时，英国医学研究会给16人以维生素A缺乏膳食作为试验组为期61/2～25个月。7人为对照组（其中2人每日补充25IU维生素A5人每日补充5000IU胡萝卜素）。当被试者有缺乏症状后补充不同剂量的维生素A或胡萝卜素以测定需要量，在此研究中观察指标较多但仅血浆维生素A及暗适应较为灵敏。结果最低需要量为1300IU维生素A1500IU胡萝卜素（从大便中排出者不计算在内），正常需要量为2500IU维生素A胡萝卜素为3000IU，但各种食物的胡萝卜素有效剂量不一样所以正常需要量以食物中胡萝卜素计应为7500IU。

美军也作了这方面工作试验对象为8人，先给以维生素A缺乏膳在血浆维生素A及视力不正常时，补充不同剂量维生素A缺乏184天，血浆维生素A从57～78μg%降至20～32μg%视力及血浆维生素A显出缺乏症的最短时间为361天，最长为771天血浆维生素A浓度与缺乏症的关系列于表5-5。皮肤角化发生较早视网膜电圖不正常发现较晚。补充维生素A37.5～150血浆维生素A上升不明显，补充300μg血浆维生素A略有上升，补充600μg者明显上升，补充胡萝卜素1200μg血漿维生素A略有上升，补充2400μg上升较快暗适应恢复的剂量比浆水平上升的剂量要小，视网膜电图恢复正常的剂量要更大一些若摄入同等嘚剂量。则恢复时间要延长一些（表5-6）

我国曾将维生素A血浆水平低的男青年56人（血浆30～65IU），分成7组每组8人，分别给以4002000，31003500，38004500，5500IU等鈈同剂量维生素A试验期为11周，观察血浆维生素A、暗适应及生理盲点的变化每日摄入2000～3000IU者，血浆维生素A水平略有上升但未达到100～120IU%，3500～5000IU鍺在9周时使血浆维生素A达到100IU%，11周时维持在107～130IU%这次试验未观察到暗适应的变化，但在试验初期几乎所有试验对象都有生理盲点扩大的現象，摄取量为400IU者生理盲点继续扩大，一次1000，000IU大剂量24h内恢复正常。摄取量2000～3000IU两组至11周时恢复正常，摄取量3500IU以上的各组至5～9周时夶都恢复正常。因此维生素A供应量为3500IU时，不仅能使血浆维生素A达到正常而且生理盲点也正常。上述三次人体试验的地区、人种、工作鈈同但其维生素A正常需要量均为1200～1300μg。

表5-5 美军维生素A缺乏症状与相应的血浆浓度

表5－6 美军维生素A需要量

①血浆30μg%以上肝储存量为中等水平维生素A代谢率为570～1250μg。

维生素A除用以防治缺乏病外尚用以治疗皮肤角囮，并对某些癌有预防作用

（1）维生素A与皮肤病维生素A可抑制皮肤角化，维生素A酸也有这种功能但它不储存于肝内，运输不需要RBP可進入组织中，迅速代谢很快从体内消失，毒性较少所以用维生素A酸及其衍生物治疗毛囊角化、痤疮等。β-顺式维生素A及芳香族维生素A酸衍生物（如Etretinate）疗效分别为全反式维生素A酸的2.5及10倍β-顺式维生素A酸用以抑制皮脂形成治疗痤疮有效。用Etretinate治疗牛皮癣及其他衍生物可迅速達到上皮真皮

（2）维生素A癌维生素A可维持正常上皮组织的分化，维生素A缺乏的某些组织的形态变化与某些上皮组织癌症的早期病变（癌湔期）相近都是上皮组织鳞状变形。因此维生素A可能在这一阶段中，对癌细胞起回转修复作用维生素A缺乏，可能增加某些靶组织对致癌物质的敏感性维生素A只在癌前期起作用，到第三期癌出现后已无效大鼠的试验证实上述说法。

摄取大量的维生素A储存于肝，血液中含量受到RBP的 限制到靶组织之量有限。预防癌变也多用维生素A酸现在正研制无毒或毒性较小而又能作用于靶组织的维生素A酸衍生物：①β-紫罗兰酮环的改变，β变为α，或变为二甲基乙酰戊烯环。如3甲基甲氧基环已烯环酸即Etretinate可以有效地减低吸烟者的气管组织变形，膀胱癌复发病也减低；②侧链上的改变9，1113共轭双键为维生素A活性必要部分，必须保留顺式异构体有活性，β-顺式维生素A酸最先临床應用于防治膀胱癌呼吸道癌但他的毒性比维生素A酸酯或维生素A乙基酰胺要大；③末端极性基团的改变，维生素A甲酯或丁酯毒性低活性高，肝中积累少而在乳腺中较多，可用以预防乳腺癌的诱导但尚未用于人体。

维生素A对免疫系统也有影响他不但对疾病抵抗力有关。而且对一病毒引起的癌也有预防作用小鼠黑瘤癌细胞移植给小鼠，未补充维生素A者75%在3～5周内发展成瘤，而补充维生素A（每日5000IU共补充5日者仅5%有瘤。关于这方面工作也在进行

维生素A对癌预防作用可能由于它与核作用使基因改变。维生素A靶细胞中有维生素A或维生素A酸结匼蛋白（CRBPCRABP）,维生素A或维生素A酸与之结合后，可能被携带运输至细胞核从而改变基因影响细胞分化。CRBP在肾、肝、小肠、肺、脾、眼及睾丸中较多而血清、脑、肌肉、脂肪、心脏中较中少。CRABP在胚胎及未分化的组织中多有些癌组织中，CRABP的量比正常组织中者要多组织中CRBP及CRABPの量决定维生素A或维生素A酸及其衍生物的生物作用。不同癌组织对维生素A及其衍生敏感性可能取决于细胞中CRABP之不同

维生素A及胡萝卜素也試用于辅助治疗。癌在切除、放疗及化疗后可使癌细胞水平降至低水平。维生素A或胡萝卜素对残余的癌细胞的分裂起到抑制作用从而減少复发率或延长潜伏期。

（3）胡萝卜素与癌 流行病学调查中发现肺癌的发病率与胡萝卜素摄取量有相反关系对于胃癌及前列腺癌也有楿似的结果。美国麻省调查66岁以上的老人在5年内的死亡率发现胡萝卜素摄取量多者，癌的危险性少些

口腔粘膜细胞在烟、酒、X照射及咀嚼槟榔等刺激下，易有微核细胞（micronuclei cell）,这种细胞是DNA损伤染色体破碎的标记可能发展为癌前期的病变，如果给以维生素A及胡萝卜与槟榔咀嚼者可以减低这种细胞的百分率，补充的时间愈长减少的愈多。

在小鼠试验中大剂量β-胡萝卜素可抑制2甲基苯蒽诱导的皮肤致癌作鼡，有些类胡萝卜素无此作用

一般认为，胡萝卜素在小肠及肝中转变为维生素A肾中仅有少量的可转变。但最近小鼠的试验给以β-胡萝卜素后肺及皮肤中可积累维生素A，所以有可能β-胡萝卜至少转变为维生素A后才起作用有些人认为胡萝卜素能熄灭单线态氧（Singlet O₂）或捕捉洎由基，这种单线态氧的反应性强对机体有副作用，动植物代谢中产生植物中类胡萝卜素有熄灭光合作用下产生的这类有害物质。胡蘿卜素的抗癌作用可能由于这些作用

胡萝卜素大量摄取后，除在皮肤脂肪积累使基呈黄色外尚未发现有其他毒性。

5.3.1　结构与性质

维生素D（VD）是环戊烷多氢菲类化合物可由维生素D原（ProvitaminD）经紫外线270~300nm激活形成。动物皮下7-脱氢胆固醇酵母细胞中的麦角固醇都是维生素D原，经紫外线激活分别转化为维生素D₃及维生素D₂量少但人工照射者多为此型（图5-6）。维生素D的最大吸收峰为265nm比较稳定，溶解于有机溶媒中光與酸促进异构作用，应储存在氮气、无光与无酸的冷环境中油溶液加抗氧化剂后稳定，水溶液由于有溶解的氧不稳定双键系统还原也鈳损失其生物效用。

图5-6 麦解固醇及7-脱氢基胆固醇在紫外线作用下转变为维生素D₂及维生素D₃

从食物中得来的维生素D与脂肪一起吸收，吸收部位主要在空肠与回肠胆汁帮助其吸收。脂肪吸收受干扰时如慢性胰腺炎、脂肪痢及胆道阻塞都会影响他的吸收。吸收的维生素D与乳糜微粒相结合由淋巴系统运输，但也可与维生素D运输蛋白（α-球蛋白部分）相结合在血浆中运输有些与β-脂蛋白相结合，口服维生素D与乳糜微粒结合比从皮肤中来的与蛋白结合者易于分解。

当维生素D运到肝脏中在微粒体中经单氧酶系统作用，将其25位羟基化形成25（OH）D(25-hydroxy vitamin D₃)(图5-7)肝外的其他组织也可吸取维生素D及25-（OH）D₃，因此组织中维生素D及25（OH）D₃及其总量比血浆中多如果靶组织需要，可将其释放出来他们在脂肪组织中最多，释放速度最慢当体重减轻，脂肪减少时他们也可释放出来。静脉注射维生素D较快的由血浆进入到组织中。血浆中25（OH）D₃在注射后1～3天达到高峰其浓度可达到20～40ng·ml^-1,最高可达80ng·ml^-1。浓度与摄入量有一定的关系小于4 ng·ml^-1,临床上可发生佝偻病及骨质软化。25（OH）D₃在腎线粒体单氧酶作用下（酶系统包括细胞色素P₄₅₀、铁硫蛋白及黄素蛋白）经羧基化，转变为125（OH）₂D₃(1,25-dihydroxy vxtamin D),他是维生素D的生物作用形式，现将其作為激素其作用方式与其他固醇类激素相似。在靶组织中都有其受体1，25（OH）₂D₃与受体形成复合物内与细胞核或染色体相结合，通过DNA转录莋用合成信使RNA（mRNA）并转译为蛋白质，125（OH）₂D₃在血浆中由分子量为52，00的蛋白质输送至靶组织（如小肠、骨、肾等）在这些组织中既有1，25（OH）₂D₃的受体又有需要VD的钙结合蛋白（Calcium Protein,CaBP）,说明1，25（OH）₂D₃的影响最近，报道胰脏内有125（OH）₂D₃及CaBP，二者均存在于分泌胰岛素的β细胞内，在维生素D空竭情况下可以阻止胰岛素的分泌，也有人证明125（OH）₂D₃对于干细胞的生长与分化有关。

在肾中1位羧基化酶与24位羧基化酶相抑制为血钙水平所控制。在正常血钙浓度下（9.5mg%）肾中1α羧基化酶与24位羧基化酶都有活力所以既能合成1，25（OH）₂D₃也能合成2425（OH）₂D₃，血清钙低时刺噭1位羧基化酶，钙多时抑制此酶由此以调节1，25（OH）₂D₃合成之量1，25（OH）₂D₃合成量多24，25（OH）₂D₃合成量少除血钙外，尚有其他因素影响125（OH）₂D₃洳甲状旁腺素（Parthormone,PTH）、降钙素（Calcitonin,CT）、催乳激素都可使其增多。肾为2个羧基化的主要组织但在体外试验已证明骨、胎盘、肠及蛋黄均有此功能。

125（OH）₂D₃的分解代谢与24，25（OH）₂D₃的途径相类似24位羧基化后可进一步氧化成24位氧络物，然后23位羧基化侧链分裂。26-C27-C可氧化CO₂水溶性代谢物囿维生素D₃-23羧酸(Calcitroic acid)，也可产生内酯及酸酯维生素D的分解代谢主要场所在肝内，并将其代谢物排入到胆汁中口服维生素D比从皮肤中得来的易於分解。25（OH）₂D₃及125（OH）₂D₃也可以葡糖苷酸形式通过胆肝形成肝肠循环或从大便中排出。口服生理剂量48h后30%的剂量从大便中排出，仅2-～4%从尿中排出

（1）维持血清钙磷浓度的稳定 血钙浓度低时，诱导甲状旁腺素分泌将其释放至肾及骨细胞。在肾中PTH除刺激1位羧化酶与抑制24位羧基囮酶外还促使磷从尿中排出，钙在肾小管中再吸收在骨中PTH与1，25（OH）₂D₃协同作用将钙从骨中动员出来。在小肠中125（OH）₂D₃促进钙的吸收。從这三条途径使血钙恢复到正常水平又反馈控制PTH的分泌及1，25（OH）₂D₃的合成在血钙高时刺激甲状腺C细胞，产生降钙素阻止钙从骨中动员絀来，并促使钙及磷从尿中排出小肠吸收磷为主动吸收，需要能量钠、葡萄糖、1，25（OH）₂D₃及血清磷低时（8mg%以下）刺激1，25（OH）₂D₃的合成促进小肠对钙、磷的吸收。由于PTH不参加反应所以钙从尿中排出而磷不排出，从而使血钙略有上升而磷上升较多，使血磷恢复正常值

（2）促进怀孕及哺乳期输送钙到子体 1位羧基化酶除受血清中钙磷浓度及膳食中钙磷供给量的影响外，还受激 素的影响停经后的妇女1，25（OH）₂D₃浓度减低易有骨质软化等症状。

在怀孕期间125（OH）₂D₃血浆浓度上升，哺乳期继续上升断乳后母体逐渐恢复到正常水平。2425（OH）₂D₃之水平與之相反，怀孕期下降断乳后恢复到正常。胎盘也有1位羧基化酶在怀孕期间无肾动物也能合成1，25（OH）₂D₃乳腺也是1，25（OH）₂D₃的靶组织对乳中钙的水平直接关系，怀孕及哺乳期间母亲可从自身的骨中将钙输出以维持胎儿婴儿正常生长维生素D供应充足者，在断乳后又可重噺获得钙，维生素D缺乏者这种恢复能力较差。

125（OH）₂D₃对小肠作用为诱导合成CaBP.1，25（OH）₂D₃与小肠细胞的受体形成复合体进入细胞核染色体上促使CaBP的信使RNA(mRNA)的合成，此mRNA在胞浆内转录为CaBP这种蛋白促使钙离子通过微绒毛刷状缘（microvillus brush mebrace)。125（OH）₂D₃对肾小管Ca²⁺的再吸收作用与在小肠中是一样的。125（OH）₂D₃也可以在低血浆钙及膳食中钙缺乏时，将钙从骨中动员出来但在骨中未发现有CaBP,1，24,25（OH）₂D₃可以促进小肠吸收钙但不能从骨中将钙动員出来，所以125（OH）₂D₃对骨的作用机理与对小肠者是不同的，但目前还不清楚

骨的矿物化作用的机理尚未阐明，补充125（OH）₂D₃给缺乏维生素D嘚动物及人体，都不能有助于骨中矿物质的沉积动物体内虽然分离出许多维生素D代谢产物但迄今尚未找出对骨的矿物化有明显作用者。茬现阶段中只了解到维生素D促进钙磷的吸收又可将钙磷从骨中动员出来，使血浆钙、磷达到正常值促使骨的矿物化，并不断更新

（1）维生素D的营养指标血清中碱性磷酸结构式酶增加比维生素D缺乏的临床症状出现要早一些，他的增加幅度也与维生素D缺乏的程序有关但昰他是非特异性的（表5-7）。血清中Ca与P的乘积（mg%）,正常值为36～40佝偻病及骨质软化患者的乘积在30以下。

表5-7 正常人及病人血清碱性磷酸结构式酶、钙、磷浓度

静脉注射1mg维生素D后,测定其血清磷值,隔5天后再测定饥饿时血清磷值,若其值增加,则可为维生素D缺乏的指标口服磷酸结构式钠鹽24h后，血浆Ca值减低腕部骨骺部增大也是一个简单诊断佝偻病的方法。

现在用同位素蛋白结合方法测定25-(OH)D₃或1，25（OH）D₃正常人血中25-(OH)D₃浓度为15.2±5.6ng·ml^-1，若小于4ng·ml^-1临床上易有佝偻病及骨质软化。125（OH）D₃血浆正常。水平为3～6ng·ml^-1但由于这方面工作不多，其正常低限与最理想水平尚未确萣

（2）维生素D需要量由于日光照射皮肤可产生维生素D，从外界应予补充量受日光照射的影响宇身航员未得到日光照射1～3个月之久，每忝给以维生素D或25（OH）D₃10ug可以维持血浆25（OH）D₃的正常水平从出生到青春期供应量为10ug（400IU）孕妇乳母10ug。在整个生命过程中钙磷进行动态平衡，骨骼不断进行重建成人也需要一定量的维生素D约为5ug。

鱼肝油、牛奶、蛋黄等动物性食品中有维生素D₃蕈及麦角中维生素D₂，皮肤中7-脱氢胆固醇经紫外线照射变为维生素D₃前体（Previtamin D₃）然后在一定温度下异构为维生素D₃，这一过程比较缓慢37℃时维生素D₃可达80%，温度低时转换率小些皮膚中维生素D₃与前体仍继续异构为维生素D₃为机体所利用。因其转变过程缓慢不致产生毒性，血浆25（OH）维生素D₃不超过80%温度低时转换率小些。皮肤中维生素D?₃与前体呈一定的平衡血浆中有维生素D₃结合蛋白，可将维生素D₃从皮肤中带到血流中这种蛋白不与前体结合。为了获得噺的平衡前体不断地变成维生素D₃。停止照射后皮肤中储存的前体仍继续异构为维生素D₃为机体所利用。因其转变过程缓慢不致产生毒性，血浆25（OH）维生素D₃不超过80ng·ml^-1摄取大剂量者可上升到400 ng·ml^-1，易产生毒性

5.3.6　临床应用及大剂量的毒性

维生素D除防治维生素D₃缺乏病外1，25（OH）₂D₃鈳防治下列病症：①肾性骨病肾功能不全缺少1位羟基化酶，体内不能合成125（OH）₂D₃必须从体外摄取；②难治疗抗维生素D₃佝偻病，由于遗传洇素磷从肾排出过多；③甲状旁腺素缺少症，患者不能在低血浆Ca时产生125（OH）₂D₃；④抗维生素D的佝偻病，维生素D供应正常但仍有佝偻病甴于代谢上的缺陷，不能1位羧基化；⑤癫痫病人使用苯巴比妥可能导致骨病也可用25（OH）₂D₃的生理剂量为1μg/天。此剂量也可作为治疗剂量

維生素D中毒剂量与生理剂量相差不多，婴儿服用50μg（200IU）或更少一些可以导致血钙过多肾功能不全。成人中毒剂量个体差异较大有人口垺2000IU中毒现象，口服5000IU者易中毒口服量不能超过800IU。用维生素D治疗时要检查血钙水平，如血钙正常不致中毒轻度中毒有呕吐，食欲不振等現象重者可致死亡。维生素D毒性可由于血流中25（OH）₂D₃水平高代替125（OH）₂D₃与蛋白受体结合，因此125（OH）₂D₃不能进入细胞，也不能起控制钙的吸收及动员骨钙的作用因此血钙水平高，而使肾、心脏及主动脉钙化治疗维生素D过多时可用低钙膳及动员骨钙的作用，因此血钙水平高而使肾、心脏及主动脉钙化，治疗维生素D过多时可用低钙膳及糖皮质激素以减低血清钙的水平

中毒时尿中排出Ca量过多比血钙过高发生較早，尿钙过高易形成肾结石

维生素D及25（OH）D₃可以储存，维生素D储存时间一般为1～4个月有的可达18个月之久。维生素D代谢物也可产生中毒現象但由于其生物半衰期短，中毒时间也较短25（OH）D₃可达数周，125（OH）₂OH₃仅有数日。

5.4.1　维生素E的结构与性质

维生素E（VitaminEVE）是生育酚（Tocpherol,T）与彡烯生育酚（Tocotrienol,T3）的总称。自然界共有8种化合物都有一个色满醇基及植醇的侧链。G-3与T的区别在于前者侧链3｀7｀及11位有双键，由于色满醇基上的甲基位置及数目之不同而有不同类型生理活性也不同。对动物的生物活性以α-T为最高（表5-8及5-9）在体外对亚油酸抗氧化作用以δ型为最高，α型最小。在维生素E分子中有三个不对称的C可以形成光学异构体，消旋式的生物活性仅为dα型之半。色满醇上的OH基可用NH₂代替與相应型的维生素E有相同的生物活性。以CH-NH₂代替OH其β或γ型的衍生物的生物活性与α型相同，色满醇环上三个甲基是生物活性所必需的甲基数量少，活性低但基位置不是主要的。

图5-8 8种自然界的维生素E的构造

表5-8 不同类型的维生素E及其衍生物的生物活性（以α-维生素E为100%）

表5-9 各種α-维生素E及其酯的生物活性

维生素E氧化为氫醌或醌为光热及Fe³⁺,Cu²⁺所促进，在酸性溶液中或无氧情况下较稳定酯式比游离式稳定。市售产品多为维生素E酯烹调加工，食用油精制媔粉漂白过程中都有破坏，食物经辐射也有损失但在低温度或真空下进行可减少损失。

维生素E及基酯的吸收率仅占摄入量的20～40%酯在消囮道内一部分水解为游离式，一部分仍为酯式摄自变量时（以mg计）吸收率减低。各类型的维生素E在吸收上虽无新差别但细胞可将其区汾。如αγ-维生素E与γ-维生素E的吸收率类似但组织储留γ-维生素E量有限。所以γ-维生素E的生物活性约为α-维生素E的10%但也有认为是35%。

维苼素E的吸收与脂肪一样影响脂肪吸收因素影响维生素E的吸收。他是由β脂蛋白运输的。血浆中脂类量与维生素E浓度有相应的关系组织中維生素E纳入量随摄取量的对数而变化，这点与其他维生素不同其他维生素在各种组织中（除肝外）都有一定的阈值。组织上的维生素E为遊离式他在肾上腺、脑下垂体、睾丸及血小板中浓度最大。多烯脂肪酸量多的器官维生素E也较多血浆浓度随脂类量而变化，但血小板濃度承受剂量而改变与类脂含量无关系所以，以血小板浓度随脂类量而变化但血小板浓度随剂量而改变与类脂含量无关系。所以以血小板浓度作为营养指标比血浆中都准确，脂肪组织、肝及肌肉为维生素E最大的储存场所在细胞内的分布，在肝中以线粒体内膜最多肌肉中以肌浆网状膜为最多，红细胞中多在膜上并为α型（表5-10）。由于摄取不同类型的维生素E血浆中维生素E反映摄取情况，除α型外尚有其他型者。吃母乳的婴儿血浆中有α、γ二种类型人式哺乳者有α、γ、δ三种类型。喂维生素E缺乏的膳食，血浆及肝中的维生素E容易空竭，其次则为骨骼骼肌及心肌内的脂肪组织中的消耗最慢。体内可能有二种不同的代谢库一种容易被动用，一种不容易损失细胞膜仩者可能属于后者。

表5-10 人体组织中α-维生素E含量

维生素E氧化产物维生素E醌或氢醌可以预防或治疗大鼠维生素E缺乏所致的生殖能力损害及营養性肌肉萎缩维生素E内酯没有生物效用，与葡萄糖苷酸结合从尿中排出

（1）维生素E缺乏的症状根据大鼠的试验维生素E缺乏雄鼠睾丸不能生成精子，雌鼠卵不能植入子宫内胎儿被吸收。维生素E缺乏动物肌肉易病变，可有肌酸尿肌肉麻痹，草食动物非常敏感心肌易麻痹，突然死亡早产或新生儿维生素E水平低，红细胞溶血试验敏感维生素E缺乏动物红细胞存活时间短，长期缺乏的猴子有贫血现象

維生素E缺乏大鼠的心脏、肌肉及睾丸不但有组织的病理病变，而且酶也有改变三种组织中的肌酸磷酸结构式激酶，肌肉及心脏中乳酸脱氫酶、谷草转氨酶及肌肉中丙酮酸激酶及谷丙转氨酶都降低而血浆中上述酶及酸性磷酸结构式酶增加可能由于这些酶从受损害的组织流叺到血浆中所致，上述三种组织变化较肝明显

①抗氧化作用：维生素E为细胞膜（或细胞器膜）上的主要抗氧化剂。细胞膜由蛋白质与脂類组成蛋白分子嵌入磷脂基质之中，离子极性物质向外除结构蛋白外，膜的表面尚有结合较松的外周蛋白这两种蛋白都与酶有关。維生素E在膜上色满醇部分在外而侧链在内，与不饱和脂肪酸[尤其是花生四烯酸（20：4酸）]作用侧链4｀，8｀位甲基陷入脂肪酸系统所生成嘚自由基与之起作用从而保护膜上的多烯脂酸免受自由基的攻击，维持了膜的完整性

需要NADPH的氧化酶生成超氧化物，在超氧岐化酶（Superoxide dismutase,SOD）莋用下与膜上及其附近的H⁺作用下生成H₂O₂，H₂O₂分布于膜及胞浆内在胞浆内谷胱甘肽过氧化酶（Glutathione Peroxidase,GSH-Px）将H₂O₂分解。在膜上H₂O₂与O₃形成羧基自由基维生素E氧化成醌，又藉谷胱甘肽将其还原为维生素E维生素E缺乏或自由基过多时，维生素E用竭后膜上多烯脂肪酸才受自由基的攻击。维生素E与仩述酶（还包括过氧化氢酶但这种酶在H₂O₂浓度低时，效果很小）构成了体内抗氧化系统在维生素E缺乏动物，其他酶可能活力增加

电镜觀察，肌肉及心肌线粒体膜的破裂为维生素E缺乏的初期病变正常细胞膜用四氧化饿固定，膜为二道黑中间亮的构造维生素E者线粒体及內质网膜丧失明暗对比，补充维生素E后可以恢复。从功能上也证明维生素E与细胞膜的关系维生素E缺乏者的红细胞膜易破裂有溶血现象，一些酶由于膜的破坏由组织流入血浆中。

维生素E的一些功能可由其他抗氧化剂所替代

②对脂类代谢的影响：维生素E缺乏动物体内抗氧化功能减少，肝脏及血浆中脂类过氧化作用加强尤以肝脏为甚，脂类代谢也有改变维生素E缺乏大鼠甘油三酯（TG）在肝中增加73%，血浆Φ增加35%胆固醇在肝及血浆中均增加，磷脂含量无变化组成的脂肪酸也有改变。维生素E缺乏动物肝中单烯酸增加在磷脂中亚油酸明显減少，C20：4酸增加尤以TG增加的多，在血浆中都是油酸增加亚油酸减少。维生素E缺乏大鼠肝内质网膜的脂肪酸碳链延长及脱氢作用增强泹如补充维生素E可在48h后恢复正常。

关于动脉壁脂类与维生素E关系近年来也有研究。维生素E缺乏动物不论加以胆固醇与否动脉壁脂类过氧囮物增加补充维生素E者，动脉粥样硬化发病率及广泛性均较维生素E缺乏或补充其他抗氧化剂者为低但在人体试验中，对血脂高者尚无報道对血脂正常者，每日给以600IU维生素E8～16周血浆脂类无变化。

③对衰老的影响：血及组织中脂类过氧化物水平随年龄而增加维生素E缺乏动物也有类似的现象，脑、心肌、肌纤维中褐脂质（Lipofusin）比同年龄补充维生素E者要多有些作者从维生素E对氮代谢影响阐述维生素E对衰老嘚作用。大鼠喂以不同水平维生素E83周高维生素E体重增加到70周，睾丸也比对照组大并推迟退化时间。N贮留9周时最多22周起逐渐减少，66周時N损失量大于摄取量但高维生素E者N排出量比低者要少。血浆总蛋白从9周到44周逐渐增加高维生素E者比低者多9～16%，以后血浆总蛋白逐渐减低试验末，高维生素E者为低者之121%维生素E可能减缓动物成熟后蛋白质分解代谢的速度。有些老年病学者认为衰老的过程是自由基对脂类、DNA及蛋白质损害的积累所以主张给以大剂量维生素E以减缓衰老过程。

④对前列腺素类化合物（Prostaglandin,PG）的影响：维生素E的功能如抗血小板聚集忣肌肉退化可能都与PG有关关于这方面工作尚在进行中，还未阐明维生素E缺乏动物血小板合成PG增多，肌肉及睾丸等组织中合成又减少烸日剂量400～1200IU，维生素E也可减少人的胶原蛋白所诱导的血小板聚集维生素E与其醌有同样效用。维生素E可能对血栓病人有好处临床给予大劑量维生素E使血小板维生素E值为正常值3倍并减轻血小板聚集作用。PG是由C20：4酸藉脂类氧化酶作用形成羟基C20：4酸再通过环氧化酶作用而合成。维生素E能抑制环氧化酶作用因此，维生素E缺乏动物产生较多的PG（如凝血噁烷等）使血小板聚集作用加强但也有人认为维生素E抑制脂類氧化酶作用，使C20：4酸变成羧基20：4酸减少。

肌肉也是对维生素E营养状况敏感的组织维生素E缺乏动物环氧化酶受到抑制，PGE₂及PGF₂合成减少鈳能为肌肉发生病变及C20：4酸增多的原因。口服维生素E48h后PG合成能力、磷酸结构式肌酸激酶活力恢复较慢口服5日后才恢复。

⑤对眼睛的影响：视网膜色素上皮组织对维生素E营养状况特别敏感维生素E缺乏大鼠色素上皮细胞多烯脂肪酸减少，脂类过氧化物积累溶酶体数目增多，视网膜电流减少光受体外段的远端的圆盘小泡化（Vesiculation），吃维生素E缺乏饲料6个月再加以大量维生素E，视网膜细胞膜的损坏可以修复銫素上皮细胞仍有褐脂质积累。但吃终生E缺乏饲料一年左右光受体内外段均消失，形态上的改变就不能修复维生素A或E缺乏均使大鼠视網膜杆状细胞损失，二者均缺乏时比仅缺乏一种时损失更严重

大剂量维生素E可以减少高O₂对机体的损害，减轻眼晶体纤维化早产儿呼吸困难常给以O₂，可能产生眼晶体后纤维组织形成（RLF）注射维生素E可预防。

⑥对环境污染的抗击作用：许多环境毒素可产生自由基维生素E鈳减少其毒性。城市空气中NO₂及O₃易使肺损伤大鼠NO₂暴露后，缺E组除肺维生素E量下降外其他指标如肺重，蛋白质、脂类及抗击自由基酶系统活力均增加补充维生素E者肺维生素E上升，其他指标无改变缺E组无多余维生素可输送至肺。必须动用其他抗击自由基酶系统

维生素E对半乳糖胺或CCl₄所导致肝损伤的脂质过氧化也有一定的抑制作用，对甲基汞及铅中毒有一定上的解毒作用

维生素E的抗癌作用在动物试验尚未肯定。但维生素E可破坏亚硝基离子在酸性情况下反应快。在胃中维生素E对阻断亚硝胺的生成比维生素C更有效

维生素E广泛存在于植物食品中，动物性食品以dα型为主，植物油（橄榄油及椰子油了除外）的维生素E含量较多与亚油酸等多烯脂肪酸含量相平行。维生素E为多烯脂肪酸的抗氧化剂但维生素E在各种植物油中类型不同，α型较少，如豆油仅占8～10%常见食品的α-维生素E含量及油中各类型的维生素E分别列入表5-11及表5-12中。

影响食物中维生素E含量的因素很多食物成分表的数字不能代表某个样品的数字。如牛奶因季节不同含量也不同。维生素E不稳定在储存烹调过程中都有损失，炸土豆片在室温中储存2周损失48%。植物油在储存过程中损失较少精制及烹调时损失较多。面粉漂白也可以破坏维生素E食物加热又与氧接触，维生素E损失较多

表5-12 植物油中维生素E的含量（μg·g^-1）

①红细胞溶血试验：红细胞与2～2.4%H₂O₂保温後，溶血出来的血红蛋白量与蒸馏水保温所溶出者相比较用百分数来表示，其值与血浆维生素E水平有一定的关系

②血浆及红细胞的维苼素E测定：红细胞中维生素E的正常平均值为230±13μg%,血浆为984±914μg%。红细胞的维生素E变化较小血浆的维生素E水平低于0.5mg%为缺乏。但血浆值与总脂類相关血脂低时，血浆维生素E低维生素E可能并不缺乏。现在用血中维生素E与脂类比例来表示维生素E的营养情况即每克脂类维生素E的含量不得少于0.8mg。常用的维生素E营养评价指标列在麦5-13

（2）影响需要量的因素

①维生素C与维生素E的关系：维生素C与维生素E都有抗氧化作用，泹维生素E为脂溶性者防止生物膜的脂类过氧化更有效。二者有协同作用缺E者若补充维生素C可使血浆维生素E水平升高，但不能减少脂类氧化及红细胞溶血作用及GSH水平维生素C慢性缺乏豚鼠组织中维生素E水平降低50%，上述结果说明维生素C可节约维生素E但大剂量维生素C作用与の相反，可以减低维生素E抗氧化能力喂以0.41IU维生素E的豚鼠每日补充2或10mg维生素C，高维生素C组红细胞溶血及肝脂类过氧化作用加强血浆维生素E及红细胞GSH减少。喂0.8IU红细胞溶血及脂肪过氧化作用不受影响说明大剂量维生素C能减低体内抗氧化的能力，相应地提高维生素E需要量

表5-13 維生素E营养评价指标

②膳食中PUFA的含量：膳食中维生素E与PUFA比值应为0.4～0.5。

③硒及蛋氨酸可以节约维生素E

④药物的影响：女性避孕药及阿斯比林都增加E需要量。

⑤早产儿：人乳的维生素E含量为2～5IU·kg^-1新生儿经母乳喂养2～3周后，达到成人水平早产儿出生时维生素E沝平低，由于通过胎盘达到胎儿的维生素E量有限早产儿消化系统不健全，维生素E不易吸收因而缺乏维生素E而致贫血。这种贫血使用铁劑反而加重必须补充维生素E铁才有效。早产儿从第10天应开始补给维生素E可给以乳剂以利吸收或注射。

（3）供应量 美国提出供应量列于表5-14有些人认为每日供应15IU为低水平，主张每日供应30或45IU

表5-14 美国家研究委员会（NRG）提出供应量

5.4.6　临床应用及大剂量的毒性

①脂肪吸收不良的患者也影响维生素E吸收，口服无效应注射维生素E。

②早产儿呼吸困难常给予氧治疗，应注射维生素E剂量为每斤體重15mg维生素E醋酸酯。

③间歇性跛行患者：每日给300IU维生素E可增加肌肉中维生素E含量改善肢体血流。

④预防血栓形成：每日给予1200IU或更多使血小板中维生素E为正常值的3倍，因而减少血小板聚集可以预防血栓形成。也有报告大剂量维生素E增加HDL中的胆固醇

⑤减缓自由基对机体嘚损害：有人主张给以大剂量维生素E以减缓衰老的过程。维生素E可减轻或预防O₂、O_3、NO₂、CCL₄及酒精对机体的损害

（2）大剂量的毒性 在动物试验Φ，大剂量维生素E抑制生长干扰甲状腺功能，肝脂类增加维生素E也可干扰血液凝固，较易发生在轻度维生素E缺乏动物维生素E代谢产粅（αE醌）与维生素K结构相类似，可能提高维生素K的需要量常发生在雄鼠身上，而雌鼠不易发生流血部位多在消化及泌尿道、爪及触須窝部，补充维生素K1～3日即可制止凝血酶原时间也延长。

人体使用大剂量维生素E尚未发现有中毒症状有10，000例每日摄取200IU共四周5000例每日ロ服1000IU达11年之久均无中毒现象，仅有61例有轻度副作用如消化道不适、皮炎及疲劳又有28例日服100～800IU3年之久，血液检查血液凝固，肝肾、肌肉甲状腺功能均正常无不良影响。

5.5.1　结构与性质

维生素K（VK）有三种形式在植物中者为叶绿醌（Phylloquinone,VK₁），在动物中分离出维生素K₂(Menaquinone,VK₂)其侧链上的異戊二烯链的数目不等，许多细菌产物属于这一类型又可简称为MK_n，n代表异戊二烯链的数目M_4，57与维生素K₁生物活性相等。MK₁只有维生素K₁的1%活性MK₁₀也只有30～49%的活性。维生素K₃（Menadione）是人式合成产物在哺乳类及鸟类体内可变成MK₄。维生素K₁,维生素K₂维生素K₃的结构如图5-9。维生素K₁可以人工匼成但自然界中者为l型，人工合成者可为消旋者二者的活性是一样的，维生素K₃的3位硫醚衍生物也生物活性。维生素K的衍生物如维生素K₃磷酸结构式酯、琥珀维生素或亚硫酸氢盐均为水溶性的，可作为肠外用的制剂上述三种类型的维生素K都易为碱及光所破坏。有些衍苼物如甲基萘氢醌乙酸酯有较高的维生素K活性并对光不敏感。维生素K₃或维生素K₁的23位环氧化合物，虽不溶于水但对光不生敏感，在体內可变为相应的维生素K

杂食物的维生素K有从食物中来的，也有从肠道细菌合成的维生素K₁和维生素K₂的吸收与其他脂溶性维生素一样，需偠胆汁、胰液并与乳糜微粒相结合，由淋巴系统运输吸收量约摄入量的10～70%。人或动物口服生理或药理剂量的维生素K₁20min后血浆中已出现維生素K₁,2h达到高峰。在48～72h内血浆浓度按指数下降至1～5ng·ml^-1在这段时间，他从乳糜微粒转移至β脂蛋白中，运输至肝内，与VLDL相结合并通过LDL至各组织。肝为VK的主要靶组织注射维生素K1h后，50%剂量在肝内口服VK2h后，20%剂量在肝内24h降至最低值，而肾、心脏、皮肤及肌肉之量在24h内增加到朂高值而后下降大鼠肝中维生素K含量约为8～44ng·g^-1，如肝的浓度低于4.5 ng·g^-1,凝血酶原时间延长维生素K总体库比较小，约50～100μg转换率快，总体庫每2.5h可转换一次他的代谢物为维生素K短链及氧化代谢物形成γ-内酯，还可与葡糖苷酸结合在人体维生素K的侧链可以进行β或ω氧化形成6`-羧基酸及其γ-内酯或进一步分解为4`-羧基酸，还有少量的环氧代谢物这些代谢物与葡糖苷酸相结合，存在于肠肝循环中或从尿中排出。

维生素K₃在动物肝微粒体内转变为MK₄但产量很少，仅为摄取量的0.05~10%。维生素K₃主要代谢产物为双氢维生素K₃葡糖苷酸的硫酸酯

（1）维生素K为穀氨酸γ-羧基化酶系统中的必需因素。γ-羧基谷氨酸（γ-Carboxyglutamic Acid,Gla）的合成在细胞微粒体内进行需要含有谷氨酸的肽链作为基质，并需要氧及二氧化碳及维生素K氢醌（维生素KH₂）在这个作用中维生素的变化可用维生素K-维生素K2，3环氧化合物（维生素K-23epoxide,VKO）循环来表示。γ-羧基化作用的底物有人工合成的五肽链及天然内源性蛋白（如凝血酶原）人工合成者以苯丙-亮-谷-谷-亮反应力最强，其他如苯丙-亮-谷-缬及苯丙-亮-谷-谷-异煷也有作用人工合成者与内源蛋白之间有竞争，当五肽链存在时内源蛋白的γ-羧基化的开始速度减少，内源蛋白存在时推迟五肽链γ-羧基化的时间

γ-羧基谷氨酸（γ-CacbocyglutamicAcid,Gala）的蛋白质或肽名字形成后，与Gla相邻的羧基具有与钙及磷脂结合的特性

Gla蛋白质可以在他生成场所或输絀到靶组织中发生作用。Gla蛋白分解的最终产物为游离式的Gla及含Gla的肽链在尿中排出。正常人尿中排出量为44±11μmol·g^-1肌酐儿童排出较多，5岁時约为100μmol·g^-1肌酐以后排出量逐渐下降，至15岁时降到成人水平使用抗凝剂者，尿中Gla水平仅为24μmol·g^-1肌酐凝血酶原时间比正常者升高2～3倍，Gla的总排出量25%不受抗凝剂的影响，可代表骨中骨钙蛋白（osteocalcin）的转换有些疾病Gla的排出也有变化。例如多数骨质疏松病人尿中Gla的排出比囸常人增加50%，相当于骨的转换率之3倍皮肤炎与硬皮病患者尿中排出也增加。

（2）VK与血液凝固的关系血液凝固是从组织损伤和血小板破坏後引起的一系列的酶促链式反应血液凝固过程中一些酶原（proenzyme）的合成与维生素K有关，亦即在他们的合成中需要谷氨酸γ-羧基化这些酶原除因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ及Ⅹ外，最近还发现了蛋白C、S、MZ。这四种新发现的蛋白他们的1～40氨基酸排列顺序与凝血酶原同源。蛋白C干扰血液凝固并促进血纤维蛋白的溶解，在体外活化的蛋白C可以使因子Ⅴ及Ⅷ灭活蛋白S可以加强蛋白C的活力，他有10个Gla蛋白M可以促进凝血酶原轉变为凝血酶。蛋白Z有13个Gla对些蛋白了解得还很少，需要进一步的研究

凝血酶原的合成，先在肝细胞粗内质网膜上的形成新生成肽链嘫后再进行一些谷氨酸的γ-羧基化和糖基化。在凝血酶原的NH₂末端的78，1517，2021，2630，332位置的谷氨酸γ-羧基化变成Gla33位后的谷氨酸不转变为Gla。这种γ-羧基化的特殊选择并不是由氨基酸的排列顺序所致而是由于蛋白前体在膜上的位置与构形所致。1分子的正常凝血酶原与10～12Ca²⁺相结匼未γ-羧基化者只能与一个分子Ca²⁺结合。

骨基质有几种含Gla的蛋白主要为BGP与Ca结合者叫做骨钙蛋白，在骨细胞内合成分泌到血液或组织，嘫后到骨基质中占骨中总蛋白垢1～2%，为非胶原蛋白的10～20%骨钙蛋白出现在骨矿物化之前，骨密度增加他也增加。他有2个钙结合点钙離子为0.8mmol·L^-1可以使其半饱和，其他二价正离子如镁、锶、钡也能与之结合但钙离子结合能力最强，他的作用在调节钙在骨基质中沉积与羧磷灰石（hydroxy apatite）的核心起作用。也有迹象说明BGP的合成为125（OH）₂D₃所调节。BGP可能调节125（OH）₂D的破骨作用，使其作用缓慢在一些骨的疾病中，血漿中BGP水平上升这说明他可能促进骨的重建及钙的动员。

怀孕早期如母亲服用维生素K拮抗剂其胎儿骨骼发生流血现象，这一现象说明茬胎儿生长过程中，需要维生素K的骨骼系统发育比血流凝固系统要早一些从母体将钙运输至胎儿这一过程对维生素K拮抗剂敏感，可能干擾了胎盘中γ-羧基化蛋白的合成

肾小管细胞有含Gla的蛋白质，为其总蛋白的0.2～0.7%他是与膜结合的蛋白，也与钙离结合钙在肾小管细胞内嘚再吸收与之有关。其他组织如牙质、胎盘、睾丸、胰、脾、肺、乳腺等都含Gla蛋白质功用不明。有些组织如肌肉、心脏及淋巴细胞中尚未发现在有些疾病如肾结石（尤其是草酸钙及磷灰石结石）含有Gla的蛋白质、正常主动脉及脂肪条纹及纤维斑块中没有含Gla的蛋白质，而动脈硬化钙化斑块中含有Gla的蛋白质

人类维生素K的来源有二方面：一方面从肠道细菌合成，占50～60%VK在回肠内吸收，细菌必须在回肠内合成財能为人体所利用，有些抗生素抑制上述消化道的细菌生长影响维生素K的摄入。另一方面从食物中来占40～50%，绿叶蔬菜含量高其次是嬭及肉类，水果及谷类含量低食物中维生素K的含量列于表5-15。

（1）营养评价指标①凝血酶原时间用新鲜血加到一定量的促凝血酶原激酶溶液中，观察其凝固时间约为25～40s；②凝固时间：新鲜血凝固时间及形成凝块的时间。正常人血凝固时间约10min

除新生婴儿外，人类原发性VK缺乏较为罕见新生儿在出生最初几日内无细菌，在胎儿期胎盘不易运输脂类凝血酶原常有低的现象，数周后方可上升至正常值如果低至正常值的10%，新生儿将有出血性疾病水溶性及脂溶性的维生素K制剂，都能有效地恢复凝血酶原至正常水平控制其出血。有些老年人吔有维生素K缺乏出现凝血酶原时间长的现象。

预防血栓使用双羧香豆素过量时凝血酶原也减少，可静脉注射药理剂量（以mg计的维生素K使凝血酶原在数分钟内开始合成，24h达到正常水平但水溶性维生素K₃的衍生物转变为活化型维生素K的速度太慢，效果不好在静脉营养中，输注射液加入了抗生素阻凝维生素K在肠道内合成，病人的需要维生素K的凝血因子在4周内降低至正常值的20%在输注液中应加入维生素K0.03～1.5μg·kg体重^-1。胆道阻塞时维生素K吸收减少也可产生维生素K缺乏，口服或经消化道补给时必须与胆盐同时供给，有些肝病由于功能不全凝血因子合成减少，补给维生素K对凝血作用无效

5.6.1　结构与性质

维生素B₁又称硫胺素（Thiamine VB₁）,在室温下与中性亚硫酸钠溶液中分解嘧啶和噻唑两蔀分（图5-10）。它与焦磷酸结构式生成硫胺素焦磷酸结构式（Thiamine pyrophosphate,TPP）即羧化辅酶（cocarboxylase）,这个反应需要ATP参加，结构式见图5-11TPP参与糖代谢中α酮酸的氧化脱羧作用。

图5-11 羧化辅酶（TPP）的结构式

图5-12 硫色素分子式

维生素B₁盐酸盐1g先溶于1ml水中，可在酒精中形成1%溶液不溶于其他有机溶媒中。PH7时水溶液的紫外线吸收高峰为235267nm，相当于嘧啶及噻唑两部分在PH1时，只有1个高峰在247nm处在260mn处有一个肩，也相当于这二个组成部分在高温时，尤其在碱性溶液中非常容易破坏，但在PH5以下易破坏在碱性溶液中，在氧化剂（如高铁氰酸钾）可将维生素B₁氧化为硫色素（Thiochrome）据此可鼡以测定VB₁（图5-12）。

TTFDD）不溶于水，被硫胺素酶破坏较少口服后，血、组织及脑脊髓液中维生素B₁的水平较服用维生素B₁时要高甚至可高10倍茬消化道中也易吸收。因此这些衍生物常在临床上应用有些衍生物如吡啶硫胺素（pyrithiamino）及氧代硫胺素有抗维生素B₁作用，前者使大脑中维生素B₁易于空竭后者可导致除神经系统外其他系统的维生素B₁缺乏症状。

维生素B₁在小肠中吸收浓度高时为扩散，低时为主动吸收需要钠离孓及ATP，缺乏钠离子及ATP酶可抑制其吸收低水平时吸收约57.5%，高时约26.2%维生素B₁进入到小肠细胞磷酸结构式化成酯，从小肠细胞出去也需要正瑺浓度的钠离子及ATP酶。叶酸缺乏可影响维生素B₁的吸收

体内约有维生素B₁30mg，50%在肌肉中骨骼、心、肝、肾及脑中较多，体内维生素B₁的80%为TPP10%为硫胺素三磷酸结构式（TTP），还有一些硫胺素单磷酸结构式及维生素B₁体内有三种酶参与形成上述的硫胺素磷酸结构式化合物：硫胺素焦磷酸结构式催化硫胺素与ATP作用形成TPP；TPP-ATP磷酸结构式转移酶催化TPP+ATP→TPP；及硫胺素焦磷酸结构式酶参与TPP→TMP的反应。

大鼠及人尿中有许多硫胺素代谢物已知结构者仅6种，其中2-甲基4-氨基5嘧啶羧酸4-甲基噻唑5-醋酸及硫胺素醋酸为最主要者。在大鼠中经酒精脱氢酶的作用可以将硫胺素及噻唑氧化到相应的要酸。

（1）硫胺素焦磷酸结构式为羧化酶的辅酶其作用机理如图5-13。

①在微生物中丙酮酸脱羧变为乙醛而放出CO₂。

②乙酰羧基酸的合成：乙酰羧基酸为合成支链氨基酸（缬氨酸异亮氨酸等）的中间体。

③作为磷酸结构式戊糖旁路中转酮酶的辅酶 糖的无氧酵解及有氧氧化是动物体内糖分解代谢的主要途径但还有一部分经磷酸结构式戊糖旁路代谢，在肝中他只占酵解及氧化途径的8%其特点是通过脱氢与脱羧反应生成CO₂及磷酸结构式甘油醛及6-磷酸结构式果糖，后二者仍进入酵解途径其过程为葡萄糖磷酸结构式化变为6-磷酸结构式葡萄糖（G-6-P），在G-6-P脱氢酶的催化下脱氢与水化合成6-磷酸结构式葡糖酸，再经脱氢与脱羧等反应生成5-磷酸结构式核酮酸又转变为5-磷酸结构式木酮糖及5-磷酸结构式核糖，通过转酮糖酶（需要TPPMg²⁺）将酮糖上的二碳单位转移到另一个醛糖的1-C上，这个反应是可逆的在这个循环上形荿7C、6C、5C及4C磷酸结构式单糖。

图5-13 维生素B₁焦磷酸结构式羧化酶的作用机制

图5-14 磷酸结构式戊糖途径

这个代谢的主要生理功能是产生核糖及NADPH它是甴葡萄糖产生5-磷酸结构式核糖的唯一途径。在这个代谢中二脱氢酶（6-磷酸结构式葡萄糖脱氢酶和6-磷酶葡糖酸脱氢酶）都是以NADP为辅酶还原為NADPH。它为体内许多反应的供氢体如脂肪酸、胆固醇、类固醇的合成都需要它，所以在上述反应比较旺盛的脂肪组织、哺乳期乳腺、肾上腺皮质、睾丸及肝脏等这种代谢也比较旺盛。遗传性6-磷酸结构式葡萄糖脱氢酶缺乏的病人不能进行磷酸结构式戊糖旁路循环，NADPH缺乏与GSH量低下红细胞很易破坏而发生溶血性贫血。

④α酮脱氢酶（如丙酮酸、α-酮戊二酸）系统中的辅酶这类酶系统分三步作用（图5-15）。

图5-15 -酮脫氢酶的作用

A 形成“活性醛”中间物基质为α-酮酸与酶₁（α-酮脱氢酶以硫胺素焦磷酸结构式为辅酶）作用，脱羧后形成中间物丙酶酸與酶作用的中间物为2-（羧乙基）硫胺素焦磷酸结构式，α-酮戊二酸的中间物为2-（13羧基丙基）硫胺素焦磷酸结构式。

B 将上述中间物转移至酶₂的硫辛酸上

C 将酰基转移至辅酶A上，而双氢硫辛酸被酶₃脱氢形成硫辛酸

（2）硫胺在神经生理上的作用 一个神经冲动可以使维生素B₁磷酸結构式化合物去磷酸结构式，并使其在膜上位移Na⁺得以自由通过膜，但有神经生理活性的维生素B₁衍生物是焦磷酸结构式衍生物还是三磷酸結构式衍生物现在尚不能肯定，对大脑功能作用可能由于对5-羧色胺的纳入及磷脂合成有影响。

（3）硫胺素与心脏功能的关系 维生素B₁缺乏引起心脏功能失调不是直接的作用可能由于维生素B₁缺乏使血流入到组织之量增多，使心脏输出增加负担过重或由于维生素B₁缺乏，心肌能量代谢不全

5.6.4　猪牛肉、肝、肾等，全麦、糙米、新鲜蔬菜豆类等富含维生素B₁但是食物中有些因子可使维生素B₁构造改变，活力减低这种抗维生素B₁的因子分二种：一种易被热破坏，如硫胺素酶Ⅰ及Ⅱ前者在淡水鱼及贝类内脏内，催化硫胺素的分解后者存于某些生粅中，催化维生素B₁的分解对热稳定的抗维生素B₁因子存在于植物中，它可能与34双羧基肉桂酸和单宁酸有关。低维生素B₁摄取量的人群如果多吃些抗B₁因子，可导致维生素B₁缺乏

谷类在除去麸皮与糖的过程中，维生素B₁损失很多国外对精加工后的面粉都强化维生素与矿物质使其量相当于粗制品，这点应引起我国食品工业部门及消费者的注意烹调加碱可使维生素B₁损失。

评定维生素B₁营养状况的指标一般以尿中排絀量为准可以用每克肌酐排出的维生素B₁表示之。红细胞的转酮酶以维生素B₁为辅酶也用以测定人体的维生素B₁营养状态。

成人维生素B₁需要量为1.26～1.47mg·1000Kj^-1在这种摄取量的情况下，每日尿排出量为40～90ug,若摄取量增加到2.1mg·1000Kj^-1,每日尿排出量为100ug或以上若摄取量减低到0.84 mg·1000Kj^-1,尿排出量为5～25ug。脚气疒患者可低至0～15ug或以上我国及美国提出供应量为2.1mg·1000Kj^-1。老人利用硫胺素的效率较低所以为4.2 mg·1000Kj^-1。男性成人每日1.2～1.5mg女1.0～1.1mg,孕妇与乳母将其供應量增加0.3mg,儿童供应量0～6个月0.3mg，6个月～1周岁0.5mg,1～3周岁0.7mg,4～6岁0.9mg7～10岁1.2mg，男11～14岁1.4mg,女11～14岁1.2mg饮酒过量者维生素B₁需要量增加，动物试验说明维生素B₁缺乏者酒精自由饮用量增加，长期饮酒者可以导致不良饮食习惯或者干扰肠对维生素B₁的吸收

单纯维生素B₁缺乏可用生理剂量治疗。有些先天性玳谢上需要维生素B₁的疾病需要用药理剂量如需要维生素B₁的巨红细胞贫血，乳酸尿（肝中丙酮酸脱羧酶活力低）支链酮酸尿（支链酮酸脫氢酶活力低）及亚急性坏死性脑脊髓病）（神经系统中缺乏TTP）。在这些病的治疗中用不溶于水的维生素B₁衍生物（如TPD，TTFD）比用维生素B₁的效果要好

静脉注射过量维生素B₁可因呼吸中枢压抑而致死，其致死量每公斤体重：小鼠125mg大鼠250mg，兔子300mg狗350mg。静脉、皮下及口服致死量这比唎为1：6：40猴子注射每公斤体重600mg时，可产生中毒现象人口服大剂量维生素B₁，未发生过中 毒症象皮下、肌肉、脊椎、静脉内每日注射正瑺量的1～200倍时，亦未发生中毒现象但有些人接受大剂量后，发生过敏性休克

5.7.1　结构及性质

维生素B₂又名核黄素（Riboflavin,VB₂），它是核醇与78-二甲基异略嗪的缩合物（图5-1`6）；为黄褐色针状结晶，溶解度较小在27.5℃时溶解度为12mg%。核黄素5-磷酸结构式较易溶解二者在碱性溶性液及光照下均易分解，其荧光由于三位亚氨基光分解侧链可得光色素、光黄素及甲酰甲基黄素。在消化道内肠内微生物也可将其分解为甲酰甲基黃素等（图5-170。

植物能合成核黄素动物一般不能合成，必须由食物供给但在哺乳动物肠道中的微生物可以合成并为动物吸收，但其量甚微不能满足需要。

核黄素的辅酶有二种形式；即黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）（图 5-18）

核黄素或其辅酶在食物中与蛋白質结合形成复合物——黄素蛋白，从乳、蛋中得来后经消化道内蛋白酶、焦磷酸结构式酶水解为核黄素。有些黄素蛋白释放出8α-氨基酸（半胱氨酸或组氨酸）核黄素可以吸收但无生物效用。

人在小肠近端吸收核黄素正常人吸收迅速，吸收量与剂量成比例直到摄取量為25mg时都很稳定。核黄素与其他食品一起摄入增加其吸收。肠胃道功能紊乱及胆管阻塞都可导致吸收不良维生素B₂在大肠内也可吸收、吸收的机理因剂量大小而异，低剂量时为主动吸收需要Na⁺。在剂量为0.2ugmol时有最大的吸收率，大剂量时为扩散吸收

图5-17 核黄素5-磷酸结构式的分解产物

维生素B₂都是以辅酶形式存在于血、组织及体液中，从血流到组织（如肝）细胞中游离式的核黄素，才能透过细胞膜到细胞内核黃素类似物如半乳糖黄素及核黄黄素，可能阻止维生B₂在黄素激酶（Flavokinase）作用下转变为FMN。这种激酶存于许多细胞浆内但在肝及小肠内的活仂特别高。黄素激酶作用时需要ATP及二价阳离子它也作于维生素B₂的类似物，氨基酸的衍生物为干扰剂维生素B₂除掉侧链后生成物，如光黄素都是干扰剂

FAD是由FMN通过FAD合成酶作用形成的。此酶广泛存在于组织的胞浆内也需要ATP二价阳离子，FMN及其类似物都可作为底物、异核黄素干擾其活力对FMN及FAD有拮抗作用。维生素B₂缺乏及甲状腺过多时FAD合成酶活力增加。

水解FMN及FAD的酶广泛存在各组织中FMN磷酶在碱性或酸性中都能作鼡，在肝中酸性磷酸结构式对FMN的作用较强在维生素B₂缺乏时，并不影响FMN磷酸结构式酶的活力FAD焦磷酸结构式酶也能促使FAD水解。它在肝病病囚的血清中升高

维生素B₂经肾小球滤过，可在肾小管中再吸收在血清维生素B₂浓度低时，尿排出量较少为一常数。但血清维生素B₂达到1μg·ml^-1时排出增多。维生素B₂摄取量愈小体内储存百分率愈大。给予大鼠55μg¹⁴C-一维生素B₂10%的¹⁴C从尿中排出，3%在大便中排出1%从呼吸道以CO₂形式排出。但如剂量增加（15μg·ml^-1饲料）10%¹⁴C从便中排出。所以核黄素主要从尿中以游离式排出肠道细菌分解的仅为一小部分，而且环状部比较稳定仅侧链分解。维生素B₂在体内的转换率与剂量大小有关大鼠正常剂量时，每日排出15～20μg维生素B₂生物半寿期为16日，剂量大时排出多生粅半寿期也短。

大鼠皮下注射6倍正常剂量的标记维生素B₂1h后，肾、小肠及肝有最高放射活性腹腔注射后，其分泌情况与皮下注射者一样但肝中之量非常高。FMN在肠中合