维生素衍生的辅酶

大多数水溶性维生素的价值不在于其本身，而在于细胞能将其转化为辅酶。硫胺素转化为硫胺素焦磷酸，核黄素转化为FAD和FMN，烟酸转化为NAD+，维生素B6转化为吡哆醛5'-磷酸，泛酸转化为辅酶A，生物素和叶酸转化为携带基团的辅酶。本主题将营养学与酶化学联系起来。

Definition

维生素衍生的辅酶是有机酶辅因子，细胞从膳食维生素（主要是B族维生素）中合成它们，每种辅酶都经过专门设计，用于在催化过程中携带特定的化学基团或一对电子。

Scope

本主题概述了B族维生素及其衍生的辅酶、每种辅酶携带的化学基团以及它们所能催化的代表性反应。它解释了微量营养素的可用性如何限制酶的功能。它是辅酶生物化学的参考概述，而非临床或饮食指导。

Core questions

• 哪种维生素产生哪种辅酶，每种辅酶携带什么基团？
• 吡哆醛5'-磷酸如何促进氨基酸化学反应？
• 为什么维生素缺乏会导致酶活性受损？
• 这些辅酶是如何从其维生素前体生物合成的？

Key concepts

• 硫胺素焦磷酸（TPP）和2-氧代酸的脱羧
• 核黄素衍生的FAD和FMN在黄素蛋白中的作用
• 烟酸衍生的NAD+/NADP+
• 吡哆醛5'-磷酸（PLP）和席夫碱化学
• 泛酸衍生的辅酶A和酰基转移
• 生物素和羧化酶中的CO2转移
• 叶酸衍生的四氢叶酸和一碳转移
• 钴胺素衍生的辅酶

Mechanisms

每种维生素衍生的辅酶都具有明确的化学功能。吡哆醛5'-磷酸（源自维生素B6）与底物氨基形成醛亚胺（席夫碱），并稳定碳负离子中间体，从而使大型酶超家族能够进行转氨基、脱羧和相关反应（Eliot & Kirsch, 2004; Mukherjee et al., 2011）。硫胺素焦磷酸通过其反应性噻唑环稳定酰基阴离子等价物，支持2-氧代酸的脱羧。生物素共价连接到羧化酶上，携带活化的羧基用于CO2转移（Tong, 2013）。四氢叶酸（源自叶酸）通过一碳代谢在多种氧化态下穿梭一碳单位（Ducker & Rabinowitz, 2017）。核黄素产生黄素辅酶FAD和FMN，供黄素蛋白使用，烟酸产生NAD+/NADP+氧化还原对（Macheroux et al., 2011; Nelson & Cox, 2021）。

Clinical relevance

由于这些辅酶来源于维生素，因此这里的生物化学是营养科学中讨论的微量营养素状况与酶功能之间联系的分子基础。本条目描述了机制和途径；它不是个体诊断、补充或饮食处方的依据。

History

随着早期酶学中的“共发酵物”被化学鉴定并与在缺乏症研究中发现的维生素相匹配，人们认识到几种维生素是辅酶前体。随后的结构和机制研究阐明了每种辅酶如何携带其特定基团，例如吡哆醛磷酸酶、生物素依赖性羧化酶和叶酸介导的一碳代谢的详细描述（Eliot & Kirsch, 2004; Tong, 2013; Ducker & Rabinowitz, 2017）。

Seminal works

• eliot-2004
• tong-2013
• ducker-2017
• mukherjee-2011

Frequently asked questions

为什么B族维生素对新陈代谢如此重要？

细胞将B族维生素转化为许多酶所需的辅酶；没有辅酶，相应的酶就无法工作，因此维生素充当了必需催化机制的前体。

吡哆醛5'-磷酸提供什么化学功能？

它与氨基酸底物形成席夫碱，并稳定由此产生的碳负离子中间体，这使得酶能够对氨基酸进行转氨基和脱羧等反应。