大学化学, 2023, 38(7): 183-193 doi: 10.3866/PKU.DXHX202207058

科普

游维生素B族展览馆

孙吉峻1, 陈前2, 俞继榕1, 赵全芹,3

1 山东大学齐鲁医学院, 基础医学院, 济南 250012

2 济南护理职业学院, 济南 250102

3 山东大学化学与化工学院, 济南 250100

To Visit the Vitamin B Family Exhibition Hall

Sun Jijun1, Chen Qian2, Yu Jirong1, Zhao Quanqin,3

1 School of Basic Medical Sciences, Cheeloo College of Medicine, Shandong University, Jinan 250012, China

2 Jinan Vocational College of Nursing, Jinan 250102, China

3 School of Chemistry and Chemical Engineering, Shandong University, Jinan 250100, China

通讯作者: 赵全芹, Email: zhaoqq@sdu.edu.cn

第一联系人:

† 2019级本科生

收稿日期: 2022-07-13   接受日期: 2022-09-23  

基金资助: 山东大学教育教学改革研究项目.  2020Y228
中华医学会医学化学学会教育教学重点立项项目.  2019−2020, 30

Received: 2022-07-13   Accepted: 2022-09-23  

Abstract

In this paper, the anthropomorphic method was used to demonstrate the classification, properties, and characteristics of the vitamin B family in considerable detail, including the relationship between the vitamin B family and diseases, so that readers may fully understand the knowledge of vitamin B family.

Keywords: Vitamin ; Vitamin B family ; Popularization of science

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本文引用格式

孙吉峻, 陈前, 俞继榕, 赵全芹. 游维生素B族展览馆. 大学化学[J], 2023, 38(7): 183-193 doi:10.3866/PKU.DXHX202207058

Sun Jijun. To Visit the Vitamin B Family Exhibition Hall. University Chemistry[J], 2023, 38(7): 183-193 doi:10.3866/PKU.DXHX202207058

我,维生素B家族中的一员,今天来担任展览馆的讲解员。拨开熙熙攘攘的游客,清了清嗓子,对游客们说道:

“大家好,在我身后的就是维生素B家族的展览馆。本馆的建立可上溯至20世纪30年代,从1928年阿道夫∙奥托∙赖因霍尔德∙温道斯(Adolf Otto Reinhold Windaus)因为类固醇和维生素D获得了第一个关于维生素的诺贝尔奖,开启了属于维生素的时代;至1964年,诺贝尔奖颁发给确定了维生素B12结构的多萝西∙克劳福特∙霍奇金(Dorothy Crowfoot Hodgkin),为这个不凡的‘维生素时代’画上了圆满的句号[1]。40年的风风雨雨,科学家在研究过程中,付出过心血、解决过难题、赢得过成就、犯下过错误,最终揭示出我们家族成员的多种性质与特点。正如研究过维生素B3的霍夫博士所言:‘研究发现并不是简单地由A到B,然而不了解发现史的人却深以为然[2]。’

“因此,为了纪念研究者探索之路的艰辛历程,我们家族建立了这座展览馆,让人们能够更加清楚地了解我们维生素B家族的基本性质以及那些年的前尘影事。话不多说,请大家随我一同探索维生素B家族吧!”

1 展览馆主厅

“大家现在所处的位置就是整个展览馆中的主厅,主厅的布设很简单……”

“请问为什么主厅中间挂着‘维生素’三个字,也就是说为什么要悬挂着你们的名字呢?”游客打断了我的介绍。

“‘维生素’可不仅是我们的名字,它更承载着我们家族的责任与使命。那请问大家知道我们为什么被叫做‘维生素’?这三个字又让我们肩负起哪些使命担当吗?”

看着游客们茫然的表情,我继续说道,“由于我们对人类生命活动的重要作用,人们很早就意识到了我们的存在。但直到1911年,我们才被初步命名。当时,卡西米尔∙冯克(Casimir Funk)从大米中分离出一种可以治愈多发性神经炎的浓缩物,并将其命名为‘vitamine’。‘vita’是‘生命’的拉丁文,因为他认为这种浓缩物似乎对生命至关重要;而‘amine’又是‘胺’的拉丁文,因为他认为这可能是一种胺类物质。后来,因为人们无法证明这些物质属于胺类,1920年杰克∙塞西尔∙德鲁蒙(Jack Cecil Drummond)提议把‘vitamine’末尾的‘e’去掉,因为‘in’作为后缀可以表示成分不明的中性物质。就这样,我们家族拥有了属于我们自己的名字——vitamin。在英译汉的过程中,我们也被赋予了许多中文名称,如‘威达敏’和‘生活素’,不过我们认为最好的名字,也是被人们最熟知的名字,还是‘维生素’和‘维他命’。前者由苏格兰传教士菲力浦∙伯鲁涅列斯基∙高似兰(Philip Brunelleschi Cousland)所译,有着‘维持生命的营养素’的意思;后者虽然是音译,但依旧有着‘唯有他们才可以维持生命’的含义。可见,我们的名字也寄托着人们对我们维护人体健康的美好愿望,我们是人类身体的建造者、防御者和维护者。这也就是为什么我们将‘维生素’挂在了主厅中最明显的地方。

“还有一点原因就是我们家族的纳入标准很高,这三个字于我们来说无疑是一块‘金字招牌’。作为六大营养物质中的一员,我们是唯一一类不参与构成人体、不提供能量的有机化合物。严格意义上说,有物质想成为我们家族的一员,他必须要闯过四大关才能得到家族成员们的一致认可:一是微量性,我们是以辅酶或辅基的形式帮助酶发挥其应有作用(表 1),因此人体对我们的需求量极少,通常以μg或mg为单位计量。二是外源性,人体自身无法合成我们或合成量不能满足人体需求,必须通过外界摄取。三是调节性,我们必须能够调节人体新陈代谢或能量转变,维持人体的健康状态。四是特异性,人体如果缺乏我们,则会出现一定的健康问题。曾经,腺嘌呤就被认为是维生素B家族的一员,当时他被人们称为维生素B4,但非常可惜,后续的研究发现他可以被人体合成,因此,他又被我们家族除了名。”

表1   维生素B家族构成的辅酶及其作用[3]

成员名称辅酶或辅基作用对象
维生素B1TPP醛基
维生素B2FMN、FAD氢原子
维生素B3NAD+、NADP+氢原子、电子
维生素B5CoA酰基
维生素B6磷酸吡哆醛氨基
维生素B7生物素CO2
维生素B9FH4一碳单位
维生素B12MeB12甲基
AdoB12相邻碳原子上氢原子、烷基、羧基的互换

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“那你们展览馆都会介绍哪些维生素B家族的成员呢?”游客问道。

“放眼整个维生素大家族,我们维生素B家族是成员最多、体量最大的一个分支,因此本馆除主厅外,分别设有维生素B家族8位主要成员的展厅。他们是被人们研究得最深入、对人体最重要的维生素,也是13种必需维生素中的重要成员。不过,虽然他们都是维生素B家族中的一员,大家可千万不要把他们当成一个类别,这几位维生素B的性质和结构可是大有不同的,请大家在接下来的参观中不要将他们混淆。”

2 维生素B1展厅

“大家知道谁是第一位被人们发现的维生素吗?”

“维生素A?他的名字排在最前面,应该是他吧。”游客答道。

“维生素A常常被人们认作第一位被发现的维生素,但事实上,维生素B1才是最早被发现的。维生素的排序与编号并不是按照统一的体系进行的,当时,人们为了区分新发现的两种物质,分别把它们称作脂溶性A和水溶性B,维生素B1便由此而来。”

“看来维生素的命名与编号是个复杂的过程啊……这展厅中间怎么放了一只大脚?真奇怪。”游客问道。

“大家别小看维生素B1展厅中的这只大脚,这可是他历程中的高光时刻。在18到19世纪,脚气病是一种令人谈之色变的存在,它的发病率很高,死亡率也很高,在日本甚至被称为‘国民病’。他是科学家们在研究一些可以治疗脚气病的物质时被发现的,人们在后续的研究中才发现脚气病其实是因为人体缺乏维生素B1,因此他也帮助人们解决了那个年代的梦魇级疾病。”

“那维生素B1对人体有什么好处呢?据说主食中含有丰富的维生素B1,我们是不是应该多吃一些主食?”游客问道。

“稻谷、小麦的胚芽中的确富含维生素B1,但这并不意味着主食中富含他。他可是比较娇气的一个维生素,由于他身上存在的氮正离子(N+)使得他在碱性条件下并不稳定,他需要住在酸性的环境中,环境中的质子可以用来保护他自身结构不被破坏。同时,他还怕热、怕氧化剂,在日常烹饪过程中,高温加碱(pH ≥ 8)会导致他的流失,比如煮粥时加入小苏打。食物的精加工过程也会导致他的损失,如米面精制、淘米、洗淀粉等操作。

“与家族中大多数成员一样,他是通过参与辅酶的形成而在人体中发挥相应作用。他在人体的肝、脑等组织细胞中经硫胺素焦磷酸激酶(TPK)的催化生成焦磷酸硫胺素(TPP) (图 1)。TPP作为他主要的活性形式,其分子中的N+和S之间的C性质活泼,易脱氢生成碳负离子(C−),可以起到亲核催化的作用。

图1

图1   维生素B1的活化


“TPP还与机体利用葡萄糖的功能密切相关,如果维生素B1摄入不足,机体内本来由葡萄糖供应的能量可能会转变为由分解蛋白质和脂肪来承担,这样会产生更多的代谢废物,如尿素、肌酐等[4]。所以,为了身体的健康,大家一定要多吃一些富含维生素B1的食物,如粗粮与瘦肉,合理饮食对大家来说永远不失为一种健康的选择。”

3 维生素B2展厅

进入第二个展厅,昏黄的灯光充斥在四周,给展厅增加了一股幽深的神秘感。“大家可能对维生素B2展厅的配色感到奇怪,其实这也是大有考究的,这得从1879年说起,当时亚历山大∙温特∙布莱斯(Alexander Wynter Blyth)从牛奶的上层乳清中分离出来一种水溶性物质,其在光照下可发出黄绿色的荧光[5],因此,布莱斯将这种物质命名为乳色素(lactochrome),意为从牛奶(lacto)中来的颜色。后来人们因为发现其分子式上有一个核糖醇,而将其命名为核黄素[6]——也就是这位维生素B2,他也是第一种被证明以结合形式存在的维生素[7]。

“他会被小肠黏膜上皮细胞中的核黄素激酶(RFK)催化,转变成黄素单核苷酸(FMN),FMN在焦磷酸化酶的催化下进一步变成黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD),FMN和FAD就是他的活性形式。因为他们身上的异咯嗪环中存在着活泼的N=C―C=N共辄体系,易发生1, 4-加氢反应,使得他们既可作供氢体,又可作受氢体(图 2),是人体中一些重要的氧化还原酶的辅酶,在细胞呼吸、能量代谢中均具有重要作用。

图2

图2   FMN(H2)和FAD(H2)的递氢作用


“人体的代谢反应需要转移大量的质子(H+)和电子(e−),FMN与FAD得益于自己的结构,一次可以与2个H+和2个e−结合(相当于与2个H结合),在机体内不辞辛苦地运载着质子和电子,FMN可以参与氨基酸的代谢过程,FAD可以参与脂肪酸和嘌呤的代谢过程。反应过程中,FADH2和FMNH2可以将他们携带的H传递给O2,生成H2O2。生理状态下,H2O2对人体来说可是安全卫士,强大的氧化性可以使其破坏侵入人体的病原体和异物,由于细胞内的过氧化氢酶可以轻而易举地将H2O2分解为H2O和O2,因此H2O2一般情况下不会对正常组织细胞产生损伤。”

“那我们是不是可以多摄入一些维生素B2,来帮助机体发挥更好的作用?”游客问道。

“我们维生素B家族都是水溶性维生素,这就意味着,如果摄入量较多也不需要担心,水溶性的维生素B有自己的专属通道,人体可以较为轻松地通过肾脏将我们代谢出去,因而我们对人类的损害相比于那些脂溶性维生素而言较小。但是,这并不意味着大家可以随意补充我们,剂量过大也可能对人体造成一定的伤害,如过多的维生素B1会导致人体产生头痛、烦躁、浮肿等表现。补充每种维生素的同时还要参考他与其他维生素、药物的相互作用以及人体当时的状况等。所以,补充我们的时候请大家咨询医生,让医生帮助大家做出更加专业的判断。人体对维生素B2的吸收还存在着负反馈调节机制,如果缺乏他,可以通过近端小管将经肾排出的他重吸收回人体。这是大家目前见到的第一种有色维生素(图 3),有意思的是,维生素B2可以将尿液变成亮黄色,大家在补充他之后,通过尿液的颜色是可以用肉眼直接观察出他的存在的。”

图3

图3   含核黄素(左)与不含核黄素(右)的细菌培养液

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4 维生素B3展厅

“谈到维生素B3的来历,也是非常有趣的。早在1867年,德国化学家罗伯特∙胡贝尔(Robert Huber)就在尼古丁(又称烟碱)中制得了他,当时他被称为烟酸(又称尼克酸)。但在往后的几十年间,烟酸从未在医学方面得到重视。直到人们发现烟酸可以预防糙皮病,他也因此被叫做维生素PP (Pellagra preventive factor)。所以,他是家族中唯一一位人工合成时间早于理论提出时间的维生素。”

“看来抽烟还是有一定好处的。”游客笑道。

“大家不要看他名字中的‘烟’,而把他和烟草混为一谈。人们曾经也犯过这样的错误,1942年,美国开始向面粉中加入烟酸(维生素B3在当时被叫做nicotinic acid)来达到营养强化的作用,一些媒体就打出了‘tobacco in your bread’的旗号吸引人们的眼球。后来为了避免人们再混淆,科学家们又将他的名字改成了‘niacin’,‘nia’来源于‘nicotinic acid’,而‘in’则代表了‘vitamin’。

“‘坚如磐石’是他的特点,他是维生素中最稳定的一种,既不怕酸碱,也不怕光照、氧化或加热,在储存、加工食物的过程中,他是维生素家族中损失最少的。

“通过简单扩散,他可以轻而易举地进入肝细胞并被利用,他主要被用于合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+,氧化型辅酶Ⅰ)与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+,氧化型辅酶Ⅱ)。在酶促反应中NAD+与NADP+的结构中参与反应的是吡啶环部分,分子中的其余部分只是在与酶蛋白结合时起识别分子的作用。NAD+与NADP+是多种酶促氧化还原反应的辅酶,也是他在人体内的活性形式(图 4)。虽然,他们一次只可以与1个质子和1个电子结合,氧化性也不如FMN、FAD强,但这可并不意味着他们的作用不如FMN和FAD。NAD+或NADP+存在于食物中,在小肠内被水解生成游离的维生素B3,并被吸收。运输到组织细胞后,再重新合成NAD+或NADP+。

图4

图4   NADH和NADPH的递氢作用


“虽然在食物中,他主要是以烟酸的形式存在的;但是在人体中,烟酰胺(又称尼克酰胺)却是他主要的形式。烟酸和烟酰胺均属于维生素B3,但烟酰胺的毒性要比烟酸小,当成人每天摄入剂量多于3 g时,才会对肝脏产生毒性[8]。而烟酸由于在人体内会诱导过敏性化学物质组胺的生成,当人体摄入超过90 mg烟酸时,即可发生不良反应[9]。因此中国营养学会将烟酸和烟酰胺的可耐受最高摄入量(UL)定为35 mg NE∙d−1 (烟酸当量/天)和310 mg∙d−1[10]。”

“为什么烟酰胺是按照mg来计算,而烟酸却是按照烟酸当量呢?”游客问道。

“理论上讲,维生素家族的成员一定要满足我前面所说的四个基本要求,但总有一些例外,比如可以通过自身合成的维生素D和烟酸。色氨酸在维生素B1、B2和B6的帮助下,可以生成烟酸(图 5),但其效率较低,60 mg色氨酸仅能生成1 mg烟酸,无法满足机体的需求,机体需要从外界食物中额外获取。因而,他们依旧属于我们家族的重要一员。”

图5

图5   色氨酸生成烟酸反应流程图


5 维生素B5展厅

“维生素B5由二甲基羟丁酸和β-丙氨酸组成,由于他广泛存在于动物和植物组织中,因而又被叫做泛酸、遍多酸。几乎所有食物中都有他的身影,所以人体缺乏他是非常罕见的。

“他在植物食物中大多是以辅酶A (CoA)及酰基载体蛋白(ACP)的形式存在的。CoA和ACP会在人体肠道内经过一系列变化,变回游离的维生素B5,只有在这种状态下其才会伴随着肠道内Na+的同向转运而被吸收,因此人体对他的吸收是可以达到饱和的,摄入量并不等于吸收量,如果人体摄入了过多的维生素B5,多余的部分就会因无法被吸收而直接通过肠道排出体外。

“他被人体吸收后,又开始了吸收过程的‘逆反应’,他经磷酸化并与半胱氨酸反应生成4’-磷酸泛酰巯基乙胺,后者再组成CoA和ACP。CoA和ACP的末端存在着活泼的巯基(―SH),与羧基以硫酯键的形式结合,从而在代谢中起到传递酰基的作用。ACP是脂肪酸合成酶复合体的组成成分;CoA是糖类、脂质、氨基酸三种营养物质经分解代谢形成的一种常见的中间产物。由于CoA与ACP在人体中发挥着重要作用,他也几乎都被人体用以组成CoA及ACP的辅基。”

“看来许多维生素的吸收与利用过程都是这样的,那为什么机体不直接吸收CoA、ACP,这样不是在消耗额外的能量吗?”游客问道。

“在吸收维生素B5的过程中,人体看似有些绕圈子,可实际上并不是这样的,物质被人体吸收与利用是需要多种器官与系统统一协调的过程,机体既要保证物质的足量吸收,又要保证这些物质在不同组织、细胞中有不同的浓度与分布,以此来达到细胞功能的多样性。由此可见,机体为了利用我们可是煞费苦心啊。”

6 维生素B6展厅

“这里是维生素B6展厅,与大家参观的前几个展厅中的维生素不同,维生素B6可是变化形式最多的一位家族成员,他包含了吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺,其中吡哆醛和吡哆胺是他的活化形式,他以磷酸酯的形式储存在机体中,并且多种活化形式之间可相互转变。动物、植物组织广泛储存着他的磷酸酯形式,在小肠碱性磷酸酶的作用下磷酸酯可以被水解,以脱磷酸的形式被吸收。

“磷酸吡哆醛是人体内百余种酶的辅酶[11],参与氨基酸脱氨基与转氨基作用、血红素的合成和糖原分解等,在代谢中发挥着重要作用。

“人体O2的运输离不开红细胞中的血红蛋白(Hb),人类成熟的红细胞为了能提高运输O2的能力,不惜抛弃所有的细胞器以及细胞核,为Hb提供更多的储存空间。然而,Hb中重要的辅基——血红素的合成可离不开磷酸吡哆醛。在血红素的合成过程中,最重要的步骤就是由琥珀酰CoA与甘氨酸缩合形成δ-氨基-γ-酮戊酸(ALA),而其反应中所需要的酶——ALA合酶就是由磷酸吡哆醛参与形成的。也就是说,磷酸吡哆醛是ALA合酶的辅酶,而ALA合酶则是血红素合成过程中重要的限速酶(图 6)。如果没有他,红细胞就无法运输O2,人体也会因此而出现血液性缺氧的状况。

图6

图6   红细胞生成过程(部分)


“此外,他还是谷氨酸脱羧酶的辅酶,可增进大脑抑制性神经递质γ-氨基丁酸(GABA)的生成,故临床上常用他来治疗小儿惊厥、妊娠呕吐和精神焦虑等。

“随着食品加工的精细化,人体通过主食摄入的维生素在不断减少,在将水稻制成精米的过程中,他的损耗量可以达到80%–90%。不过大家不用担心,人体肠道内的细菌就可以合成他,因此单纯因为摄入不足导致的维生素B6缺乏也是比较少见的。”

7 维生素B7展厅

“来到本展厅,映入大家眼帘的想必就是展厅中间放置的四个展示瓶,那大家知道这四瓶中的物质是什么吗?”

“这应该是维生素B7这一大类中的4种不同的物质吧。”游客答道。

“让我来揭晓一下答案。第一瓶中的物质叫做生物活素(bios),是1901年尤金∙怀尔迪尔斯(Eugene Wildiers)发现的一种可以促进酵母生长的物质。第二瓶中的物质叫做辅酶R,是1933年富兰克林∙埃尔默∙艾利森(Franklin Elmer Allison)等科学家从豆类根瘤菌中分离出的一种固氮菌。第三瓶中的物质叫做生物素(biotin),是1936年弗里茨∙科戈(Fritz Kögl)和本诺∙腾尼斯(Benno Tönnis)从煮熟的蛋黄中分离出一种可以促进酵母生长的结晶物质。第四瓶中的物质叫做维生素H,是1939年保罗∙格约尔吉(Paul Gyorgy)发现的一种能防治由生蛋清喂养大鼠引起的皮炎的物质,因此他用德文中毛发和皮肤(Haar und Haut)的首字母,将其命名为维生素H [12]。

“这四种物质外观虽然看起来一样,那么他们之间又有哪些不同呢?事实上,他们之间没有任何不同,1901–1940年,科学家们不断发现他的踪迹,却未知全貌,维生素B7被科学家们发现了四次,却拥有了四个不同的名字,直到1940年,保罗∙格约尔吉及其同事通过实验发现生物活素、辅酶R、生物素、维生素H为同一种物质[13],才结束了维生素B7尴尬的状态。

“他存在烯醇化的互变异构,其中烯醇式是他的活性形式,因此他不像很多维生素,必须经过活化才能发挥作用,他本身就是天然的活性形式。他是脂肪和蛋白质正常代谢过程中不可或缺的物质。他是人体内多种羧化酶的辅基,作为丙酮酸羧化酶、乙酰CoA羧化酶等的辅基,参与CO2固定过程,在脂肪和糖原合成等生化反应途径中扮演着重要角色。他可以参与细胞信号转导和基因表达,还可使组蛋白生物素化,从而影响细胞周期、基因转录和DNA损伤的修复[14]。”

“这里为什么写着‘生鸡蛋’禁入呢?”游客问道。

“因为他可以和鸡蛋中的卵白素发生几乎不可逆的强烈结合(图 7),大量食用生蛋白可阻碍人体对他的吸收,导致人体内生物素的缺乏。”

图7

图7   维生素B7与卵白素结合示意图


“但是,健身的时候吃生鸡蛋不是能更好地补充蛋白质吗?那对于健身的人来说,该如何权衡蛋白质和维生素B7呢?”游客继续问道。

“这个问题算是一个伪命题,大家其实根本不需要考虑这个问题。众所周知,蛋白质在煮熟变性的过程中,原本的空间结构会变得更加松散,更易被蛋白酶水解而被人体吸收,而蛋白质本身的分子组成基本上是不会发生变化的。因此对于健身爱好者,如果是想通过吃鸡蛋来补充蛋白质的话,不论是从易吸收的角度出发,还是从对维生素保护的角度考虑,亦或是从无菌的方面考虑,煮熟的鸡蛋都是比生鸡蛋更好的选择。由此,维生素B7缺乏的问题也不需要担心了。”

8 维生素B9展厅

“维生素B9在人体中发挥着什么样的作用?生活中感觉并不是非常常见。”游客问道。

“走过了这么多展厅,大家可能也发现了,对于一些维生素的名字大家可能都没有听说过。这是因为维生素家族成员命名的过程较为曲折与复杂,因此现在的叫法是集合了俗名、维生素命名、化学命名而形成的‘混杂’体系。正如这位展厅的主人,维生素B9的名字可能远没有叶酸响亮。

“他的发现史最早可追溯到1931年,由露西∙维尔斯(Lucy Wills)发现[15, 16],并被珍妮特∙沃森(Janet Watson)和威廉∙博斯沃思∙卡斯尔(William Bosworth Castle)命名的‘Wills因子’[17]。而‘叶酸’这个名字则是因1941年赫歇尔∙肯沃西∙米切尔(Herschel Kenworthy Mitchell)从菠菜叶中将其提取纯化而来。他是由蝶酸和谷氨酸结合而成的,也被称为蝶酰谷氨酸(PGA)。当然,他也有许多其他的名字,比如维生素M、维生素Bc、R因子等。

“正如他最早的出身,新鲜的水果、蔬菜中均富含他。但是由于他的热稳定性较差,食物中50%–90%的他能在烹煮过程中被破坏。可见人们摄取叶酸也不是一件易事,在孕妇等叶酸需求量高的人群中,叶酸缺乏也是经常发生的。因此,人们为了弥补高危人群摄入不足的风险而制造了合成叶酸,其可以在数月或数年内保持稳定,利用率是天然叶酸的1.7倍。

“在人体内他也不是直接就可以发挥作用的,维生素B9需要在维生素B3 (NADPH)的帮助下,经四氢叶酸还原酶两步将他还原成活性形式——四氢叶酸(FH4)。FH4是一碳单位转移酶系的辅酶,起着一碳单位传递体的作用。一碳单位是丝氨酸、色氨酸、组氨酸、甘氨酸在分解代谢过程中产生的、含有一个碳原子的基团,其是合成核苷酸的重要原料,但是不能在人体内以游离形式存在,只能与FH4结合被转运并参与代谢。

“FH4可以参与嘌呤和胸腺嘧啶的合成,对合成遗传物质RNA和DNA有重要作用。因此,临床上常应用叶酸类似物如甲氨蝶呤,来迷惑四氢叶酸还原酶,使得FH4无法正常生成,从而抑制核酸的合成,导致细胞无法正常生长、分裂。由于肿瘤细胞的增殖速度很快,其细胞需要的DNA与RNA的合成量要大于正常细胞,因此甲氨蝶呤对肿瘤的影响作用要远大于对正常机体细胞,从而起到抗肿瘤的作用。同时,由于骨髓中的造血细胞增殖状态也比较活跃,当一碳单位代谢障碍或FH4缺乏时,可引起巨幼细胞性贫血等疾病。”

9 维生素B12展厅

“有趣,之前维生素B2的展厅是幽深的黄,这个展厅却又是庄肃的红。”游客笑着说道。

“这里是最后一个展厅,其中介绍的是‘维生素时代’中最后一位被发现的维生素——维生素B12。他是我们家族比较特殊的一位成员,他含有金属元素钴而呈红色,是除维生素B2外,另一种有色维生素(图 8),也是唯一含有金属元素的维生素。他虽然是水溶性的,但是可以长期储存于人体的肝脏内;并且他还是家族中最有分量感的维生素,其分子量是其他成员的几倍甚至十几倍。他的分子结构是以钴离子为中心的咕啉环和5, 6-二甲基苯并咪唑为碱基组成的核苷酸(图 9)。氰钴胺素是来自食物和营养补充的主要形式,而他的活化(辅酶)形式是甲钴胺(MeB12)和5’-脱氧腺苷钴胺素(AdoB12)。

图8

图8   含有维生素B12的药物

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图9

图9   维生素B12结构式


“他在人体中的吸收过程也是比较有特点的。游离的维生素B12会先与唾液中的R蛋白结合,以保证其不被消化道中的细菌利用,当其被运输到十二指肠时,在胰液的帮助下脱掉R蛋白,再与胃中壁细胞分泌的内在因子结合,以复合物的形式继续运送到回肠末端,最终又以游离的形式被吸收。因此,胃切除的人时有维生素B12的缺乏。

“他是几种变位酶的辅酶,可以帮助谷氨酸转变为甲基天冬氨酸、甲基丙二酰CoA转变为琥珀酰CoA。

“在甲硫氨酸循环中(图 10),同型半胱氨酸接受N5-甲基四氢叶酸的甲基转变为甲硫氨酸的反应,就需要以他作为辅酶的N5-甲基四氢叶酸转甲基酶的催化。若人体内缺乏他,一是甲硫氨酸循环就不能正常进行,堆积过多的同型半胱氨酸会导致同型半胱氨酸尿症出现;二是FH4的再生受到很大影响,导致核酸合成障碍,以及巨幼红细胞性贫血的发生。因此,人体内许多维生素B家族成员的作用是相辅相成的,他们一起工作共同确保机体功能的正常进行,哪一环节掉链子都会对人体产生影响。”

图10

图10   甲硫氨酸循环


“如此说来,机体内的维生素就好像互相交织形成的一张网,一件事情需要好几种维生素互相协调才能完成,反过来,一种维生素也可以参与做好几件事情。”游客说道。

“确实是这样的,这大多数情况下是一件好事,但总有不好的情况发生。因为机体内多种维生素在多种方面是相互重叠发挥作用的,维生素B9会弥补由于维生素B12不足而引起的贫血症状,但是维生素B9又无法缓解维生素B12缺乏时导致的不可逆的但又不易被察觉的神经损伤,因此维生素B9每日摄入量被限定在了1000 μg,而他原本只有当机体的摄入量超过15 mg时才会引发相应的不良反应。不知道在这一方面,维生素B9是否感觉有一些冤枉呢?

“让我再说回维生素B12。他主要存在于肉类中,植物中的大豆以及一些草药也含有他。但是,也有人认为海藻、大豆等食品中所含有的维生素B12只是不具生物活性的维生素B12类似物,是由于检测方法精度不足无法区分而导致的,也被称为假维生素B12[12]。人体对于他需要量极少,即使用尽其在肝脏中的存货后,经过半年以上才可能出现缺乏症状,在正常饮食的情况下极少出现缺乏维生素B12的情况。”

10 结语

走过了8个展厅,我与游客们便绕回了主厅,“大家的参观到这里就要结束了。虽然人体对我们维生素B家族的需求量很少,但大家可千万别忽略了我们。若是人体缺乏或过多摄入某种维生素B,则可能导致严重的疾病(表 2),正如古语所言‘全则必缺,极则必反’。对于大多数人来说,不需刻意通过药物来补充我们。合理、均衡的饮食结构,不仅可以保证我们维生素的正常摄入,还可以保证其他营养物质及微量元素的正常摄入。‘上工治未病’,预防往往比治疗更加重要。

表2   维生素B家族与疾病的关系[10]

成员名称参考摄入量(男/女)摄入过多症状摄入不足症状食物来源
维生素B11.4/1.2 mg∙d−1头痛、烦躁、浮肿、神经衰弱脚气病、多发性神经炎肉类、米糠
维生素B21.4/1.2 mg∙d−1很少出现口角炎、结膜炎、溢脂性皮炎动物肝脏、坚果
维生素B315/12 mg NE∙d−1头晕、皮肤潮红、肝毒性糙皮病动物肝脏、西红柿
维生素B55.0 mg∙d−1皮肤潮红、尿酸升高周围神经炎乳制品、马铃薯
维生素B61.4 mg∙d−1神经毒性周围神经病、中枢神经症状绿叶蔬菜、米糠
维生素B740 μg∙d−1很少出现胎儿畸形动物肝脏、酵母
维生素B9400 μg DEF∙d−1锌缺乏、神经系统损伤巨幼红细胞性贫血动物肝脏、绿叶蔬菜
维生素B122.4 μg∙d−1高尿酸血症、神经系统损伤巨幼红细胞性贫血肉类、奶类

膳食叶酸当量(DFE, μg) =天然叶酸(μg) + 1.7 ×合成叶酸(μg);烟酸当量(NE, mg) =烟酸(mg) + 1/60色氨酸(mg)

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“好啦!这就是我们维生素B家族的主要情况,我们对人类的健康有着举足轻重的作用。由于20世纪初期,关于我们的研究才慢慢开展,直到现在人们也没有完全了解清楚我们的性质、特点,有些性质还存在着一定的矛盾。但是,这并不重要,大家只要规范自己的作息、合理搭配饮食,基本上人们对我们的摄取都没有任何问题,我们也更希望在人们的生活中成为默默奉献的角色。如果大家对我们其他方面的性质感兴趣的话,希望大家能更深入地了解一下我们。说不定,以后大家也能对我们家庭的壮大与发展做出积极的贡献。”

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