《生物化學(xué)與分子生物學(xué)》 二、生理作用

1.維生素A維生素A的生理作用主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

(1)構(gòu)成視網(wǎng)膜的感光物質(zhì)，即視色素。已知維生素A的缺乏主要影響暗視覺，與暗視覺有關(guān)的是視網(wǎng)膜桿狀細(xì)胞中所含的視紫紅質(zhì)(visual purple,又名rhodopsin)。視紫紅質(zhì)是由維生紗A的醛衍生物(視黃醛)與蛋白質(zhì)結(jié)合生成的、視蛋白與視黃醛的結(jié)合要求后者具有一定的構(gòu)型，體內(nèi)只有11-順位的視黃醛才能與視蛋白結(jié)合，此種結(jié)合反應(yīng)需要消耗能量并且只在暗處進(jìn)行，因?yàn)橐曌霞t質(zhì)遇光則易分解。視紫紅質(zhì)對(duì)弱光非常敏感，甚至一個(gè)光量子即可誘發(fā)它的光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其最終分解成視蛋白和全反位視黃醛。

視紫紅質(zhì)

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前光視紫紅質(zhì)

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光視紫紅質(zhì)

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間視紫紅質(zhì)Ⅰ

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間視紫紅質(zhì)Ⅱ

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視蛋白+全反位視黃醛

因?yàn)樵诖诉^程中視紫紅質(zhì)分解而退色，所以又叫做“漂白”(bleaching)、視紫紅質(zhì)的漂白是放能反應(yīng)，通過視桿細(xì)胞外段特有的結(jié)構(gòu)，能量轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動(dòng)，引起視覺。由于視紫紅質(zhì)的分解，殘留在視網(wǎng)膜內(nèi)的視紫紅質(zhì)的量甚少，若不及時(shí)再合成，則視網(wǎng)膜就不能再感受弱光的刺激，此時(shí)在光線弱的暗處就看不見物體了。然而，由視紫紅質(zhì)分解所產(chǎn)生的全反位視黃醛可以經(jīng)還原、異構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?1-順位視黃醇，并進(jìn)一步又氧化成11-順視黃醛。這樣，在暗處11-順視黃醛又可與視蛋白結(jié)合再生成視紫紅質(zhì)，如下圖所示。

圖3-2 視紫紅質(zhì)的合成、分解與視黃醛的關(guān)系

人們從強(qiáng)光下轉(zhuǎn)而進(jìn)入暗處，起初看不清物體，但稍停一會(huì)兒，由于在暗處視紫紅質(zhì)的合成增多，分解減少，桿細(xì)胞內(nèi)視紫紅質(zhì)含量逐漸積累，對(duì)弱光的感受性加強(qiáng)，便又能看清物體，這一過程稱為暗適應(yīng)(dark adaptation)。從上圖可以看出，當(dāng)維生素A缺乏時(shí)，11-順視黃醛得不到足夠的補(bǔ)充，桿細(xì)胞內(nèi)視紫紅質(zhì)的合成減弱，暗適應(yīng)的能力下降，可致夜盲(nightblindness)，祖國醫(yī)學(xué)稱此癥狀為“雀目”。

(2)維持上皮結(jié)構(gòu)的完整與健全

維生素A是維持一切上皮組織健全所必需的物質(zhì)，缺乏時(shí)上皮干燥、增生及角化，其中以眼、呼吸道、消化道、泌尿道及生殖系統(tǒng)等的上皮影響最為顯著。在眼部，由于淚腺上皮角化，淚液分泌受阻，以致角膜、結(jié)合膜干燥產(chǎn)生干眼病(xerophthalmia)，所以維生素A又稱為抗干眼病維生素。皮脂腺及汗腺角化時(shí)，皮膚干燥，毛囊周圍角化過度，發(fā)生毛囊丘疹與毛發(fā)脫落。由于上皮組織的不健全，機(jī)體抵抗微生物侵襲的能力降低，容易感染疾病。

(3)促進(jìn)生長、發(fā)育

缺乏維生素A時(shí)，兒童可出現(xiàn)生長停頓、骨骼成長不良和發(fā)育受阻。在缺乏維生素A的雌性大鼠則出現(xiàn)排卵減少，影響生殖。

維生素A如何維持上皮組織的健全和促進(jìn)兒童和幼小動(dòng)物的生長、發(fā)育其機(jī)理尚未完全闡明。近年來的研究表明，維生素A(視黃醇)及其衍生物視黃酸可影響上皮細(xì)胞的分化過程。缺乏維生素A則培養(yǎng)中的上皮細(xì)胞趨向于分化為復(fù)層鱗狀上皮，而向培養(yǎng)基中添加維生素A則減弱此種表型的表達(dá)，刺激粘液分泌上皮的形成。再從分子機(jī)制上探討則發(fā)現(xiàn)維生素A具有類固醇激素樣的作用，通過與細(xì)胞內(nèi)受體結(jié)合，形成復(fù)合物轉(zhuǎn)位于細(xì)胞核內(nèi)，啟動(dòng)某種基因的轉(zhuǎn)錄和促進(jìn)某種蛋白質(zhì)的合成(參看代謝調(diào)節(jié)一章)。此種作用已在角質(zhì)細(xì)胞的角蛋白合成和胚胎癌細(xì)胞的Ⅳ型膠原蛋白合成中得到證實(shí)。視黃酸還有促進(jìn)胚胎的正常發(fā)育和分化以及對(duì)抗促癌劑(promoters)的作用。然而，有人認(rèn)為維生素A的抗癌作用不在于它的對(duì)基因表達(dá)的調(diào)整，而是與它對(duì)細(xì)胞表面的作用有關(guān)。已知維生素A可促進(jìn)糖蛋白的合成，特別是作為細(xì)胞表面受體的糖蛋白和纖維粘連蛋白(fibronectin)的合成。癌變細(xì)胞其表面因缺乏纖維粘連蛋白而喪失正常粘附能力，此缺陷可被維生素A所逆轉(zhuǎn)。維生素A還使細(xì)胞表面上的EGF受體(上皮生長因子受體)數(shù)目增加，通過促進(jìn)EGF與細(xì)胞的結(jié)合而促進(jìn)生長。

2.維生素D

維生素D能促進(jìn)小腸對(duì)食物中鈣和磷的吸收，維持血中鈣和磷的正常含量，促進(jìn)骨和齒的鈣化作用，詳見第18章鈣磷代謝。

3.維生素E

維生素E與動(dòng)物生殖機(jī)能有關(guān)，雌性動(dòng)物缺少維生素E則失去正常生育能力，一般雖能受孕，但由于子宮機(jī)能障礙，易引起胎兒死亡及吸收、導(dǎo)致流產(chǎn)。在雄性動(dòng)物缺少維生素E則睪丸生殖上皮發(fā)生退行性變，伴有輸精管萎縮，精子退化，尾部消失，喪失活動(dòng)力。在人類單純由于缺少維生素E而發(fā)生的病尚屬罕見，但在臨床上它可作為藥物使用，治療某些習(xí)慣性流產(chǎn)，有時(shí)能收到一定效果。

實(shí)驗(yàn)研究表明，維生素E有穩(wěn)定不飽和脂肪酸的作用，缺少維生素E則體內(nèi)脂肪組織中的不和脂肪酸易于被過氧化物氧化而聚合，此種過氧化物聚合物一方面使得皮下脂肪熔點(diǎn)升高，刺激組織引起病變，形成硬皮癥，另一方面它對(duì)神經(jīng)、肌肉及血管等組織亦起著有害作用，動(dòng)物缺少維生素E則其橫紋肌萎縮或癱瘓，肌纖維甚至可以壞死。維生素E對(duì)脂肪代謝和肌肉代謝的調(diào)節(jié)作用是與它本身的化學(xué)性質(zhì)相關(guān)的。因?yàn)榫S生素E對(duì)氧非常敏感，是一種強(qiáng)有力的抗氧化劑，可以降低組織的氧化速度。當(dāng)它與不飽和脂肪酸共存時(shí)則可防止后者被過氧化物氧化。同樣，腸道內(nèi)或肝臟內(nèi)的維生素A亦可因維生素E之存在而減少其被氧化破壞。維生素E的此種抗氧化劑作用常應(yīng)用來保存維生素A制劑和各種食用油脂。

此外，維生素E尚能促進(jìn)與生物氧化有關(guān)的輔酶Q(參與第6章)的合成。

4.維生素K

維生素K可以促進(jìn)肝臟合成多種凝血因子，因而促進(jìn)血液凝固，詳見第14章。