第三节 水溶性维生素
水溶性维生素与脂溶性维生素不同，它能溶解于水，但不溶于有机溶剂，且不能储存于体内，当血中浓度超过肾阈值时，可随尿排出，所以一般不会中毒。大多数水溶性维生素都以辅酶和辅基的形式参与体内各种化学反应。
一、维生素B1
（一）化学本质、性质和来源
维生素B1又称为抗脚气病维生素，由含氨基的嘧啶环和含硫的噻唑环通过甲烯基连接而成，故又称为硫胺素（图5－11）。维生素B1在体内与磷酸结合后转变成焦磷酸硫胺素（TPP，图5－12），TPP是维生素B1在体内的活性形式。
维生素B1为白色晶体，在酸性溶液中耐热性强，但在碱性溶液中加热时易被破坏，故在烹调食物时不宜加碱。
图5－11 硫胺素
图5－12 焦磷酸硫胺素
维生素B1在植物中分布广泛，谷类、豆类的外皮和胚芽中含量较高，瘦肉、酵母中含量也比较丰富。因此，精白米、精白面中的维生素B1含量较少。
（二）生理功能及缺乏症
（1）TPP是α－酮酸氧化脱羧酶系的辅酶，当维生素B1缺乏时，会影响α－酮酸的氧化供能。如糖代谢过程中的丙酮酸和α－酮戊二酸的氧化脱羧步骤受阻，血液中乳酸、丙酮酸堆积，导致体内能量供应发生障碍，尤其是依赖糖分解供能为主的神经组织能量供应不足，表现为多发性神经炎和神经肌肉变性病变，即脚气病。严重者可出现水肿、心力衰竭。
（2）TPP是转酮醇酶的辅酶，参与磷酸戊糖途径。由于磷酸戊糖途径是合成核酸时所需核糖的唯一来源，因此维生素B1的缺乏使体内核苷酸合成及神经髓鞘中鞘磷脂的合成受影响，可导致末梢神经炎。
（3）维生素B1能抑制胆碱酯酶的活性。当维生素B1缺乏时，乙酰胆碱分解加强，使神经传导受到影响，致使胃肠蠕动减弱，消化液分泌较少。主要症状表现为食欲不振、消化不良等消化功能障碍。
二、维生素B2
（一）化学本质、性质和来源
维生素B2（图5－13）是核糖醇和7，8－二甲基异咯嗪的缩合物，因其呈黄色，故又称为核黄素。异咯嗪环的N1位、N10位之间存在活泼的双键，能反复加氢和脱氢，因此维生素B2有氧化型和还原型两种形式。
图5－13 维生素B2
维生素B2耐热，在酸性溶液中很稳定，在碱性溶液中不耐热，对光敏感，易被破坏。
维生素B2在体内以黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的形式存在。FMN和FAD是黄素酶的辅基，在代谢中起传递氢的作用，两者是维生素B2在体内的活性形式。
维生素B2广泛存在于动植物食品中，以肝、肾、乳制品中含量丰富。此外，米糠、胡萝卜、酿造酵母、香菇等的含量也较高。微生物核黄菌有合成维生素B2的能力。
（二）生理功能及缺乏症
维生素B2参与体内生物氧化与能量代谢，能促进糖、脂肪、蛋白质等多种物质的代谢，因此，当维生素B2缺乏时组织细胞呼吸、代谢强度均减弱，可导致口腔、唇、皮肤、生殖器的炎症和功能障碍，称为核黄素缺乏症。另外，维生素B2缺乏还会使眼睛充血，导致易流泪、易有倦怠感、头晕等症状。
三、维生素PP
（一）化学本质、性质和来源
维生素PP又称为抗癞皮病维生素，是吡啶的衍生物，包括烟酸（尼克酸，图5－14）和烟酰胺（尼克酰胺，图5－15）两种，在体内主要以酰胺的形式存在。烟酸在体内很容易转变成具有生物活性的烟酰胺。
图5－14 烟酸
图5－15 烟酰胺
维生素PP在体内性质稳定，不易被酸、被碱或加热的方式破坏。烟酸广泛存在于动植物食物中，尤以肝、肾、瘦肉、谷类中含量丰富，也可以在体内由色氨酸转化而来，但转化率较低，因此，人体所需的维生素PP基本从食物中摄取。
（二）生理功能及缺乏症
烟酰胺在体内与核糖、磷酸、腺嘌呤形成尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋辅酶Ⅰ）和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP＋辅酶Ⅱ），两者是维生素PP在体内的活性形式。尼克酰胺分子中的氮为五价，能可逆地接受电子变成三价氮，其对侧的碳原子性质活泼，能可逆地加氢和脱氢。所以，尼克酰胺每次可接受一个氢原子和一个电子。
NAD＋、NADP＋是多种不需氧脱氢酶的辅酶，在生物氧化过程中能起到递氢体的作用，可作为递氢体参与糖、脂肪、蛋白质的代谢。
当维生素PP缺乏时易引起癞皮病，主要表现是皮肤裸露部位的对称性皮炎、腹泻及痴呆。以玉米为主食的地区易患维生素PP缺乏症，因为玉米中色氨酸含量贫乏。
抗结核病药物异烟肼的结构与维生素PP基本相似，两者有拮抗作用，因此长期服用异烟肼可引起维生素PP的缺乏。
四、维生素B6
（一）化学本质、性质和来源
维生素B6是吡啶衍生物，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺（图5－16）。在体内它们都是以磷酸盐的形式存在，体内的活性形式主要是磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺，两者以加氨或脱氨的方式互相转化。
维生素B6在酸性溶液中较稳定，在碱性溶液中易被破坏。
维生素B6在动植物中分布很广，麦胚芽、米糠、大豆、肝、肾、肉类及蛋黄中含量较为丰富。
图5－16 维生素B6
（二）生理功能及缺乏症
磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺是转氨酶的辅酶，在氨基酸转氨基过程中起着传递氨的作用。磷酸吡哆醛还是某些氨基酸脱羧酶的辅酶，可促使氨基酸转变成许多重要的物质，如磷酸吡哆醛可作为谷氨酸脱羧酶的辅酶，以促进大脑抑制性神经递质γ－氨基丁酸生成。若维生素B6缺乏可表现为呕吐、惊厥等现象，因此，在临床上常用维生素B6治疗小儿惊厥和妊娠呕吐。
磷酸吡哆醛是ALA合成酶的辅酶。ALA合成酶是血红素合成的限速酶，因此，缺乏维生素B6可产生小细胞低色素性贫血。
体内单独缺乏维生素B6的情况较为少见。当长期用异烟肼进行抗结核治疗时，由于异烟肼和吡哆醛可结合形成腙，且能随尿排出，故会引起维生素B6缺乏症。
五、泛酸
（一）化学本质、性质和来源
泛酸（图5－17）是由β－丙氨酸与二羟基二甲基丁酸通过肽键连接而成的有机酸，因分布广泛而得名。
图5－17 泛酸
在体内，泛酸与3′－磷酸腺苷5′－焦磷酸及巯基乙胺结合，形成辅酶A（CoA）。泛酸在中性溶液中对热稳定，对还原剂和氧化剂也较稳定，但易被酸、碱破坏。
肉、奶、鱼类、谷物等动植物组织中均含有一定量的泛酸。
（二）生理功能及缺乏症
在体内，辅酶A主要起传递酰基的作用，是各种酰基转移酶的辅酶，其—SH与酰基转移密切相关，因此，辅酶A常用HSCoA表示。
在正常的条件下，膳食中富含泛酸，并且人体肠道细菌又能合成，因此，一般不会出现缺乏症。在治疗其他B族维生素缺乏症时，给予适量的泛酸能提高疗效。
六、生物素
（一）化学本质、性质和来源
生物素（图5－18）是由尿素与噻吩环相结合的一个双环化合物，侧链上有一个戊糖。生物素是无色针状晶体，高温和氧化剂能使其生物学活性丧失，在碱性环境中不稳定，在酸性条件下稳定性较强。
图5－18 生物素
生物素在动植物性食品中分布广泛，如肝、肾、牛奶等食物中生物素含量最多，其次为豆类、菜花等。另外，人体肠道细菌也可合成一部分生物素。
（二）生理功能及缺乏症
生物素是体内多种羧化酶的辅酶，如丙酮酸羧化酶、乙酰辅酶A羧化酶等。与酶结合参与体内二氧化碳的固定和羧化过程，同时它也是某些微生物的生长因子，极微量即可使试验的细菌生长。例如，链孢霉生长时需要极微量的生物素。
一般情况下，生物素很少出现缺乏症，因为生物素既可以来源于食物，又可由人体肠道细菌合成。但若时常食入生鸡蛋清或长期口服抗生素可引起生物素缺乏，主要表现为鳞屑皮炎、忧郁、脱毛、食欲不振、舌炎等。因为生鸡蛋清中含有一种抗生物素蛋白，它能与生物素结合生成一种无活性、稳定的化合物，由于该化合物难以吸收，从而能阻碍生物素的吸收。
七、叶酸
（一）化学本质、性质和来源
叶酸（图5－19）是由对氨基苯甲酸、蝶呤啶及L－谷氨酸结合而成的，因植物叶片中含量丰富，故而得名。
图5－19 叶酸
叶酸较难溶于水，在酸性条件下不稳定，在中性溶液及碱性溶液中耐热，对光照敏感。
叶酸主要存在于新鲜绿叶蔬菜、新鲜水果中，豆类、谷类以及动物性食品（如肝）中也含有较多的叶酸；另外，人体肠道细菌也能合成叶酸。因此，人体一般不会出现叶酸缺乏症。
叶酸在人体小肠、肝等部位被还原为二氢叶酸（FH2），进一步还原生成四氢叶酸（FH4），FH4是叶酸在体内的活性形式。
（二）生理功能及缺乏症
叶酸是一碳单位转移酶的辅酶，它作为一碳单位的载体提供一碳单位，参与胆碱、嘌呤、嘧啶、核苷酸、丝氨酸、甲硫氨酸等许多物质的合成。因此，当体内叶酸缺乏时，会造成骨髓幼红细胞的DNA合成受阻，红细胞分裂增殖速度下降，细胞体积增大，细胞核内染色质疏松，骨髓内产生的幼红细胞大部分在成熟前就被破坏，因此造成的贫血被称为巨幼红细胞性贫血。
叶酸缺乏症常见于叶酸摄入量不足、叶酸需要量增加或者长期服用肠道抑菌类药物等情况。另外，小肠疾病能干扰食物叶酸的吸收，故叶酸缺乏症是小肠疾病常见的一种并发症。
叶酸的结构中有与磺胺类药物结构相似的对氨基苯甲酸，故磺胺药在细菌体内合成叶酸的反应中起竞争性抑制作用，从而抑制细菌的生长、繁殖。
八、维生素B12
（一）化学本质、性质和来源
维生素B12又称为钴胺素，是唯一含有金属元素的维生素。它进入人体后，钴离子可与不同的基团结合，与甲基结合成甲基钴胺素，与5′－脱氧腺苷结合成5′－脱氧腺苷钴胺素，与羟基结合形成羟钴胺素。
维生素B12是粉红色晶体，临床上使用的维生素B12注射液是红色液体，在弱酸下很稳定，但遇强碱、强酸后极易被破坏。
维生素B12在动物性食物（如肝脏、肾脏）中含量最多，植物性食物中不含维生素B12，因此，素食者易患维生素B12缺乏症。胃壁细胞分泌的一种糖蛋白，称为内因子，它与维生素B12结合后才能被吸收。因此，某些疾病，如萎缩性胃炎及胃大部切除的患者，在临床治疗时必须采用注射维生素B12才有效。
（二）生理功能及缺乏症
甲基钴胺素是转甲基酶的辅酶，能参与体内的转甲基反应和叶酸代谢，而转甲基酶催化N5－甲基四氢叶酸和同型半胱氨酸之间的转甲基反应，生成FH4和甲硫氨酸，因此，维生素B12通过增强FH4的利用率来间接影响核酸和蛋白质的生物合成，从而促进红细胞的分裂与成熟。当维生素B12不足时，叶酸利用率降低，造成叶酸相对缺乏，引起巨幼红细胞性贫血。因此，维生素B12和叶酸在临床上常用于巨幼红细胞性贫血的治疗。
九、维生素C
（一）化学本质、性质和来源
维生素C（图5－20）又称为抗坏血酸，是六碳的多羟基酸性化合物。C2和C3之间的烯醇式羟基易解离出H＋，呈酸性，这种烯醇式结构也使维生素C容易失去氢原子，因而使其具有较强的还原性。
图5－20 维生素C
维生素C为无色片状晶体，在酸性环境（pH＜4）中较稳定，加热易氧化分解，在碱性条件下或当遇到金属离子时更易被氧化。
猕猴桃、番茄、柑橘、辣椒、鲜枣等新鲜蔬菜和水果中均含有丰富的维生素C，但这些植物组织中含有维生素C氧化酶，能将维生素C氧化分解而失活，因此，蔬菜、水果储存时间过久时，维生素C会遭到破坏而降低其营养价值。
（二）生理功能及缺乏症
1．参与体内的羟化反应
（1）促进胶原蛋白的合成：胶原蛋白合成时，多肽链中的脯氨酸和赖氨酸羟化转变成羟脯氨酸和羟赖氨酸，它们是维持胶原蛋白空间结构的必备物质。胶原蛋白是细胞间质的重要组成成分。维生素C是羟化酶的辅助因子之一。因此，当维生素C缺乏时，羟化酶活性降低，引起胶原蛋白合成障碍，导致毛细血管破裂。若这种情况发生在皮肤表面，则产生淤血、紫癜；发生在体内则可引起疼痛和关节胀痛，严重时在胃肠道、鼻、肾脏及骨膜下面均可有出血现象，乃至死亡。临床上称为坏血病。
（2）促进胆固醇的羟化：约40%的胆固醇可在肝内经过羟化反应转化为胆汁酸。维生素C能增强羟化作用，促进胆固醇的转化与排泄，防止胆固醇在动脉内壁沉积，甚至可以使沉积的粥样斑块溶解。
（3）提高机体的应急能力：人体受到异常的刺激，如剧痛、寒冷、缺氧、精神强刺激等，会引发抵御异常刺激的紧张状态。该状态伴有一系列身体症状，包括交感神经兴奋、肾上腺髓质和皮质激素分泌增多。肾上腺髓质所分泌的肾上腺素和去甲肾上腺素是由酪氨酸转化而来的，本过程需要维生素C的参与。
2．参与体内的氧化还原反应
维生素C能可逆地进行脱氢和加氢，在许多氧化还原反应中都能发挥作用。
（1）保护巯基酶的活性和谷胱甘肽的还原状态：体内许多酶的催化活性都依赖巯基（—SH），而维生素C能使巯基酶维持还原状态，以保持酶活性，发挥抗氧化的作用。
谷胱甘肽是由谷氨酸、胱氨酸和甘氨酸组成的短肽，在体内有氧化还原作用。它有两种存在形式，即氧化型和还原型，还原型对保护细胞膜的完整性起重要作用。维生素C是一种强抗氧化剂，其本身被氧化，而使氧化型谷胱甘肽还原为还原型谷胱甘肽，从而发挥抗氧化作用。
（2）其他作用：维生素C能促进叶酸转变为具有活性的四氢叶酸；维生素C能治疗贫血，使难以吸收利用的三价铁还原成二价铁，以促进肠道对铁的吸收，提高肝脏对铁的利用率，有助于治疗缺铁性贫血。另外，维生素C还可提高人体的免疫力，增强中性粒细胞的趋化性和变形能力，提高杀菌能力。
本章小结
维生素是维持机体正常生命活动过程所必需的一类小分子有机化合物。机体对维生素的需要量较少，必须依靠食物摄取才能满足机体需要，易出现缺乏症。维生素分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。脂溶性维生素中的维生素A与视蛋白结合成感光物质，并对维持上皮组织的健全至关重要。维生素D参与钙、磷代谢。维生素E有抗氧化作用。维生素K则与血液凝固有关。水溶性维生素中的B族维生素多以辅助因子的形式参与酶促反应。维生素C则参与羟化反应和氧化还原反应。
能力检测
一、案例引导题
1．患者，男，主诉眼睛干燥，双眼睑有分泌物，从强光处进入暗处时，眼睛暂时看不见东西，暗适应试验发现，45min后患者仍看不见弱光。
分析思考：
（1）根据你所学的生化知识，诊断该患者有何种维生素缺乏症？
（2）说出该病的生化机制。
2．患者，男，4岁，消瘦，“X”形腿，肋骨呈串珠状，鸡胸，头颅略方，体重偏低，X线检查显示：骨质疏松，掌腕骨愈合缓慢。
分析思考：
（1）可初步诊断为何种疾病？
（2）治疗的原则是什么？
（3）该患儿在日常生活和饮食中应该注意什么？如果疗效欠佳，该患儿成年后可出现何种症状？
3．患者，女，14岁，平时喜食罐头食品，最近牙龈反复出血，皮下可见淤斑。
分析思考：
（1）该女孩可能缺乏哪种营养素？
（2）应该补充哪些食品？
二、单项选择题
1．维生素的化学本质是（ ）。
A．无机化合物 B．小分子有机化合物
C．小分子肽类 D．碳水化合物
2．转氨酶的辅酶和哪种维生素有关？（ ）
A．维生素A B．维生素PP
C．维生素B2 D．维生素B6
3．人类缺乏维生素C可引起（ ）。
A．坏血病 B．佝偻病
C．脚气病 D．癞皮病
4．对钙、磷代谢及小儿骨骼生长有重要影响的是（ ）。
A．维生素C B．维生素D
C．维生素A D．维生素B2
5．下列搭配关系中错误的是（ ）。
A．硫胺素—脱羧 B．泛酸—转酰基
C．叶酸—氧化还原 D．吡哆醛—转氨基
6．下列对脂溶性维生素的描述不正确的是（ ）。
A．在体内可以储存 B．过多或过少都可能引起疾病 C．都是构成辅酶的成分 D．都有重要的生理功能
7．长期食用精米和精面的人容易得癞皮病，这是因为缺乏（ ）。
A．烟酸和烟酰胺 B．泛酸
C．磷酸吡哆醛 D．硫辛酸
8．泛酸作为辅酶的成分主要参与下列哪个过程？（ ）
A．脱羧作用 B．脱氢作用
C．转酰基作用 D．转氨作用
9．含有金属元素的维生素是（ ）。
A．维生素B1 B．维生素B6
C．维生素PP D．维生素B12
10．坏血病是由于缺乏下列哪种维生素引起的？（ ）
A．维生素C B．维生素D
C．维生素K D．维生素E
11．抗干眼病维生素是（ ）。
A．维生素A B．维生素D
C．叶酸 D．维生素E
三、拓展题
1．试述患维生素缺乏症的主要原因。
2．缺乏哪些维生素会引起巨幼红细胞性贫血？为什么？
3．人们喜欢喝苹果汁饮料，此饮料中含有Fe2＋，现榨的苹果汁在空气中会由淡绿色（Fe2＋）变为棕黄色（Fe3＋）。若榨汁时加入维生素C，可有效防止这种现象发生，为什么？
（宾 巴）
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