6第五章 维生素与无机盐

第五章 维生素与无机盐 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需的一组低分子量有机化合物。维生素不是机体组织的组成成分，也不是供能物质，然而在调节人体物质代谢和维持正常生理功能等方面却发挥着极其重要的作用，是必需营养素。按其溶解性不同，可分为脂溶性维生素（lipid-soluble vitamin)和水溶性维生素（water-soluble vitamin）两大类。 无机元素对维持人体正常生理功能必不可少，按人体每日需要量的多寡可分为微量元素（trace element）和常量元素( macroelement) 。微量元素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。常量元素主要有钠、钾、

氯、钙、磷、镁等。钠、钾、氯的代谢将在病理生理学中详尽介绍。

第一节脂溶性维生素 脂溶性维生素包括维生素A,D、E和K（图5-1），除了直接参与影响特异的代谢过程外，多半还与细胞内核受体结合，影响特定基因的表达。脂溶性维生素是疏水性化合物，能溶解于脂肪，常随脂类物质吸收，在血液中与脂蛋白或特异性结合蛋白结合而运输，不易被排泄，在体内主要储存于肝，故不需每日供给。脂溶性维生素结构不一，执行不同的生物化学与生理功能。脂类吸收障碍和食物中长期缺乏此类维生素可引起相应的缺乏症，摄人过多可发生中毒。

一、维生素A （一）视黄醇是天然维生索A的主要形式 维生素A（vitamin A）是由1分子β一白芷酮环和2分子异戊二烯构成的不饱和一元醇，一般所说的天然维生素A指A1（视黄醇retinol），主要存在于哺乳类动物和咸水鱼肝中。A2（3一脱氢视黄醇）则存在于淡水鱼肝中。 动物性食品，如肝、肉类、蛋黄、乳制品、鱼肝油等都是维生素A的丰富来源。食物中的维生 91 92 第一篇 生物分子结构与功能 素A主要以酯的形式存在，在小肠内受酯酶的作用而水解，生成视黄醇而进人小肠黏膜上皮细胞后又重新被酯化，并掺人乳糜微粒，通过淋巴转运。乳糜微粒中的视黄醇酯可被肝细胞和其他组织摄取， 在肝细胞中被水解为游离视黄醇。一部分视黄醇与视黄醇结合蛋白（retinol binding protein, RBP )相结合并分泌人血。在血液中，约95%的RBP与甲状腺素视黄质运载蛋白（tranast- hyretin, TTR )相结合。在细胞内，视黄醇与细胞视黄醇结合蛋白（cellular retinal binding protein, CRBP）结合。肝细胞内过多的视黄醇则转移到肝内星状细胞，以视黄醇酯的形式储存。 植物中无维生素A,但含有被称为维生素A原（provitamin A）的多种胡萝卜素（carotene），其中以β-胡萝卜素（β-carotene）最为重要。β一胡萝卜素可在小肠黏膜细胞中被加双氧酶加氧分解生成2分子视黄醇， 但小肠黏膜对β-胡萝卜素的分解和吸收能力较低， 每分解6分子β-胡萝卜素可获得1分子视黄醇。 （二）视黄醇、视黄醛和视黄酸是维生素A的活性形式 在细胞内，一些依赖NADH的醇脱氢酶催化视黄醇和视黄醛（retinal）之间的可逆反应。视黄醛在视黄醛脱氢酶的催化下又不可逆的氧化生成视黄酸（retinoic acid）。视黄醇、

视黄醛和视黄酸是维生素A的活性形式。 1．视黄醛与视蛋白的结合维持了正常视觉功能 在感受弱光或暗光的人视网膜杆状细胞内，全反式视黄醇在异构酶的作用下生成11-顺视黄醇，并进而氧化为11-顺视黄醛。11一顺视黄醛作为光敏感视蛋白（opsin )的辅基与之结合生成视紫红质（rhodopsin )。弱光可使视紫红质中11-顺视黄醛和视蛋白分别发生构型和构象改变，生成含全反式视黄醛的光视紫红质（photorho- dopsin )。光视紫红质再经一系列构象变化，生成变视紫红质（metarhodopsin 11），后者引起视觉神经冲动并随之解离释放全反视黄醛和视蛋白。全反视黄醛经还原生成全反视黄醇，从而完成视循环（图5-2）。

2.视黄酸对基因表达和组织分化具有调节作用 维生素A及其代谢中间产物具有广泛的生理学和药理学活性，在人体生长、发育和细胞分化尤其是精子生成、黄体酮前体形成、胚胎发育等过程中起着十分重要的调控作用。维生素A的衍生物全反式视黄酸或全反式维甲酸（all- trans retinoic acid，ATRA）和9-顺视黄酸是执行这一重要功能的关键物质，它们结合细胞内核受体，与DNA反应元件结合，调节某些基因的表达。视黄酸对于维持上皮组织的正常形态与生长具有重要的作用。ATRA具有促进上皮细胞分化与生长，维持上皮组织正常角化过程的作用，可使银屑病角化过度的表皮正常化而用于银屑病的治疗。 3.维生素A和胡萝卜众是有效的抗氧化剂 维生素A和胡萝卜素是机体一种有效的捕获 第五章 维生素与无机盐 93 活性氧的抗氧化剂，具有清除自由基和防止脂质过氧化的作用。 4．维生素A及其衍生物可抑制肿瘤生长维生素A及其衍生物有延缓或阻止癌前病变，拮抗化学致癌剂的作用。维生素A及其衍生物ATRA具有诱导肿瘤细胞分化和凋亡、增加癌细胞对化疗药物的敏感性的作用。 动物实验表明摄人维生素A及其衍生物ATRA可诱导肿瘤细胞的分化和减轻致癌物质的作用。 （三）维生素A缺乏或过量摄入均引起疾病 若视循环的关键物质11一顺视黄醛的补充不足，视紫红质合成减少，对弱光敏感性降低，从明处到暗处看清物质所需的时间即暗适应时间延长，严重时会发生“夜盲症”。维生素A缺乏可引起严重的上皮角化，眼结膜黏液分泌细胞的丢失与角化以及糖蛋白分泌的减少均叫引起角膜干燥，出现干眼病（xerophthalmia )。因此，维生素A又称抗干眼病维生索。 视黄酸对于免疫系统细胞的分化具有重要的作用。维生素A缺乏增加机体对感染性疾病 的敏感性。 维生素A的摄人量超过视黄醇结合蛋白的结合能力，游离的维生素A可造成组织损伤。成人连续几个月每天摄取50 OOOIU以上、幼儿如果在一天内摄取超过185001U或一次服用200mg视黄醇或视黄醛，或每日服用40mg维生素A多日均可出现维生素A中毒表现。其症状主要有头痛、恶心、共济失调等中枢神经系统表现；肝细胞损伤和高脂血症；长骨增厚、高钙血症、软组织钙化等钙稳态失调表现以及皮肤干燥、脱屑和脱发等皮肤表现。 框5-1维生素A衍生物全反式维甲酸的抗肿瘤作用 全反式维甲酸是维生素A的一种天然衍生物，其用于白血病的治疗是在20世纪80 年代由中国科学家王振义提出，是目前国内治疗急性早幼粒细胞白血病、骨髓异常增生 （白血病前期）尤其是早幼粒细胞白血病的临床首选化疗药物之一。随后，陈竺和陈赛娟等又在ATRA治疗肿瘤机制方面进行深入研究，有如ATRA对肿瘤细胞具有很强的诱导 分化作用等许多重要发现。王振义教授获得2010年度国家最高科学技术奖，并与陈竺教 授共同在2012年获得全美癌症研究基金会颁发的第七届捷尔吉癌症研究创新成就奖。

二、维生素D （一）维生素D是类固醇衍生物 维生素D (vitamin D）是类固醇（steroid)的衍生物，为环戊烷多氢菲类化合物。天然的维生素D有D3和D2两种。鱼油、蛋黄、肝富含维生素D3（胆钙化醇，cholecalciferol）。人体皮肤储存有从胆固醇生成的7一脱氢胆固醇，即维生素D3原，在紫外线的照射下，可转变成维生素D3。适当的日光浴足以满足人体对维生素D的需要。植物中含有麦角固醇，在紫外线的照射下，分子内B环断裂转变成维生素D2（麦角钙化醇，ergocalciferol）。 （二）维生素D的活化形式是1，25--轻维生素D3 进人血液的维生素D3，主要与血浆中维生素D结合蛋白（vitamin D binding protein, DBP )相结合而运输。在肝微粒体25-羟化酶的催化下，维生素D3被经化生成25-9维生素D3（25-OH- D3）。25-OH- D3是血浆中维生素D3的主要存在形式，也是维生素D3在肝中的主要储存形式。 25-OH- D3在肾小管上皮细胞线粒体1 a-羟化酶的作用下，生成维生素D3的活性形式1，25一二羟维生素D3[1,25一（OH）2- D3]。1,25-（OH）2 D3作为激素，经血液运输至靶细胞发挥其对钙磷代谢等的调节作用。25-OH- D3和1,25-（OH）2- D3在血液中均与DBP结合而运输。 肾小管上皮细胞还存在24-经化酶，催化25-OH-D3进一步经化生成无活性的24,25-（OH）2 - 94 第一篇 生物分子结构与功能 D,。1,25-(OH),-D,通过诱导24-羟化酶和阻遏1α-化酶的生物合成来控制其自身的生成量 （图5-3）。

（三）1，25-（OH）2一D3具有调节血钙和组织细饱分化的功能 1.调节血钙水平是1,25-(OH),-D,的重要作用1,25-(OH),-D,与其他类固醇激素相 似，在靶细胞内与特异的核受体结合，进人细胞核，调节相关基因（如钙结合蛋白基因、骨钙蛋白基因等）的表达。1,25-(OH),-D,还可通过信号转导系统使钙通道开放，发挥其对钙磷代谢的快速调节作用。1,25-（OH),-D,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。 2. 1,25-(OH),-D3还具有影响细胞分化的功能大量研究证明，肾外组织细胞也具有羟化25-(OH),-D,生成1,25-(OH),-D,的能力。皮肤、大肠、前列腺、乳腺、心、脑、骨骼肌、胰岛β细胞、单核细胞和活化的T和B淋巴细胞等均存在维生素D受体。1,25-(OH),-D,具有调节这些组织细胞分化等功能。已知，维生素D缺乏可引起自身免疫性疾病。1,25-(OH),-D,促进胰岛β细胞合成与分泌胰岛素，具有对抗1型和2型糖尿病的作用。1,25-(OH),-D,对某些肿瘤细胞还具有抑制增殖和促进分化的作用。低日照与大肠癌和乳腺癌的高发病率和死亡率有一定的相关性。 （四）维生素D缺乏或摄入过量均引起疾病 当缺乏维生素D时，儿童可患佝偻病（rickets），成人可发生软骨病（osteomalacia )。因此，维生素D又称抗佝偻病维生素。 长期每日摄人25ug维生素D可引起中毒，对维生素D较敏感的人更易引起中毒，但长期每天摄人125ug维生素D则肯定会引起中毒，其症状主要有异常口渴，皮肤瘙痒，厌食、嗜睡、呕吐、腹泻、尿频以及高钙血症、高钙尿症、高血压以及软组织钙化等。由于皮肤储存7一脱氢胆固醇有限，多晒太阳不会引起维生素D中毒。 三、维生素E （一）维生素E是生育酚类化合物 维生素E(vitamin E)是苯骈二氢吡喃的衍生物，包括生育酚（tocopherol）和三烯生育酚（to- cotrienol )两类，每类又分a、β、γ和δ四种。天然维生素E主要存在于植物池、油性种子和麦芽等中，以a一生育酚分布最广、活性最高。在正常情况下，约20%一40%的a-生育酚可被小肠吸收。在机体内，维生素E主要存在于细胞膜、血浆脂蛋白和脂库中。 （二）维生索E具有抗权化等多方面的功能 1.维生素E是体内最重要的脂溶性抗氧化剂维生素E作为脂溶性抗氧化剂和自由基清除剂，主要对抗生物膜上脂质过氧化所产生的自由基，保护生物膜的结构与功能。维生素E捕捉过氧化脂质自由基，形成反应性较低且相对稳定的生育酚自由基，后者可在维生素C或谷胱甘肽的作用下，还原生成非自由基产物—生育醌。维生素E对细胞膜的保护作用使细胞维持正常的流动性。早产的新生儿由于组织维生素E的储备较少和小肠吸收能力较差，可因维生素