维生素是维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物。尽管机体对这类物质的需要量很少，但由于这类物质在体内不能合成，或合成的量不能满足机体的需要，所以必须从食物中摄取。维生素在生物体内虽然既不是构成各种组织的主要原料，也不是体内能量的来源，但它们的生理功能主要是对物质代谢过程起着非常重要的调节作用。机体缺少某种维生素时，可控物质代谢过程就会发生障碍，因而使生物不能正常生长，以致发生不同的维生素缺乏病。
维生素对物质代谢过程之所以重要，是因为多数的维生素作为辅酶或辅基的组成成分，参与体内的代谢过程。特别是维生素B族，如硫胺素（维生素B1）、核黄素（维生素B2）、尼克酰胺（维生素PP）、泛酸、叶酸等几乎全部参与辅酶的组成。甚至有些维生素，如硫辛酸、抗坏血酸（维生素C）等其本身就是辅酶。此外，也有少数的维生素具有某些特殊的生理功能。
维生素是生物生长发育和代谢所必需的一类微量有机物。由于最早分离出来的维生素B1是胺类，故对这类物质取名为Vitamine，即生命胺的意思，中文名为维他命，或维生素。
随后又相继发现其他各种维生素，但并非都含氨基，因此将原名词字尾e去掉，改为Vitamin，简写为V。
维生素的种类很多，它们的化学结构差别很大，有脂肪族、芳香族、脂环族、杂环和甾类化合物等，通常根据它们的溶解性质分为脂溶性和水溶性两大类。脂溶性维生素有维生素A、维生素D、维生素E、维生素K。水溶性维生素有维生素B和维生素C等。
（第一节 ）水溶性维生素
一、维生素B1和TPP
维生素B1和TPP的结构
维生素B1为抗神经炎的维生素，因为它是由含硫的噻唑环和一个含氨基的嘧啶环所组成，所以又称硫胺或硫胺素，在生物体内经常以硫胺磷酸酯（TP）或硫胺焦磷酸酯（TPP）
的辅酶形式存在。1936年，由R．R．Williams等测定其化学结构，并于1937年人工合成。
其结构式如图6-1。
TPP是糖代谢过程中α-酮酸氧化脱羧酶的辅酶，参与丙酮酸或α-酮戊二酸的氧化脱羧反应和醛基转移作用，因此维生素B1对于维持正常糖代谢具有重要作用。TPP的功能部位在噻唑环的2位碳原子上。由于3位上N＋的正电荷有助于C2失去质子而具电负性，故C2很易和α-酮酸形成加成产物而有利于脱羧反应。
由于维生素B1和糖代谢关系密切，因此多食糖类食物，维生素B1的需要量也相应增多（0．5mg／kcal）。当维生素B1缺乏时，糖代谢受阻，丙酮酸积累，使病人的血、尿和脑组织中丙酮酸含量升高，出现多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、肌肉萎缩、下肢浮肿等症状，临床称为脚气病。当服用维生素B1后，血、尿中丙酮酸含量就会下降。另外，维生素B1还具有维持正常的消化腺分泌和胃肠道蠕动功能，从而促进消化。当轻度缺乏维生素B1时，会出现食欲不振、消化不良的症状，就是因为消化液分泌减少和胃肠蠕动缓慢所引起的。
维生素B1在植物中广泛分布，谷类和豆类的种皮中含量很丰富，酵母中含量更多。维生素B1在酸性溶液中较稳定，中性和碱性中易被破坏。维生素B1耐热，在pH=3．5以下加热到120℃仍不会被破坏，但维生素B1极易溶于水，故米不宜淘洗太多次以免损失。
二、维生素B2和FAD、FMN
维生素B2又称核黄素，化学结构为核糖醇和6，7-二甲基异咯嗪的缩合物。由于在异咯嗪的1位和5位N原子上具有两个活泼的双键，易起氧化还原反应，故维生素B2有氧化型和还原型两种形式（图6-2）。在生物体内的氧化还原过程中起传递氢的作用。
维生素B2的结构
核黄素是以黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）形式存在（图6-3），是生物体内一些氧化还原酶（黄素蛋白）的辅基，与蛋白部分结合较牢。FMN又称磷酸核黄素，即在核黄素分子的核糖醇基上接上一分子磷酸。FAD由一分子FMN与一分子腺苷酸相连而成。它们同样以氧化型和还原型两种形式存在，具有传递氢的作用。在异咯嗪部分进行脱氢和加氢的作用。
FMN和FAD的结构
以FAD为辅基的酶很多，如脂酰辅酶A脱氢酶、D-氨基酸氧化酶、琥珀酸脱氢酶和L葡萄糖氧化酶等，以FMN为辅基的酶有肾L-氨基酸氧化酶、酵母乳酸脱氢酶等。FAD和FMN都是氢传递体，在氧化还原反应中起传递氢的作用，作为氢的受体或供体。
FMN、FAD都参与体内各种氧化还原反应，因此维生素B2能促进糖、脂肪和蛋白质的代谢，对维持皮肤、黏膜和视觉的正常机能均有一定的作用。当缺乏维生素B2时，组织呼吸减弱，代谢强度降低，会出现口角炎、舌炎、结膜炎、皮脂溢出性皮炎和视觉模糊等。临床可使用维生素B2治疗。
维生素B2在酸性环境中稳定，但遇光易被破坏。在碱性溶液中不耐热，故烹调食物时不宜加碱。氧化型核黄素水溶液具有黄绿色荧光，在450nm有吸收高峰，当维生素B2呈还原型时，则450nm峰消失，可用于分析鉴定。维生素B2广泛存在于动植物中，米糠、酵母、蛋黄中维生素B2含量丰富。所有植物和很多微生物能合成核黄素，但在动物体内不能合成，必须由食物供给。
三、泛酸和辅酶A
泛酸的结构
泛酸是自然界中分布十分广泛的维生素，故又称遍多酸。它是α，γ-二羟-β-β-甲基丁酸与β-丙氨酸通过肽键缩合而成的酸性物质，结构如图6-4。
辅酶A是泛酸的主要活性形式，简写为CoA。辅酶A分子所含的巯基可与酰基形成硫酯，其重要的生理功能是在代谢过程中作为酰基的载体；辅酶A是含泛酸的复合核苷酸。
其结构式如图6-5。
辅酶A的结构
泛酸广泛存在于动植物组织中，人食物中的泛酸含量相当充分，同时肠内细菌能合成泛酸供人体利用，因此人类极少出现泛酸缺乏病。
四、烟酸、烟酰胺和NAD、NADP
烟酸（尼克酸）又称维生素PP，在体内主要以烟酰胺（尼克酰胺）形式存在，烟酸又称抗癞皮病维生素。烟酰胺是生物体内辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的组成成分。
辅酶Ⅰ又称烟酰胺腺嘌
呤二核苷酸，简称NAD，由一分子烟酰胺核苷酸和一分子腺嘌呤核苷酸组成。辅酶Ⅱ为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酯，简称NADP。它们的结构式如图6-6。
NAD和NADP的结构
NAD和NADP在生物体内都是作为脱氢酶类的辅酶，在氧化还原过程中起携带和传递氢的作用，作为受氢体和供氢体，分别以氧化型的NAD-和NADP＋与还原型的NADH和NADPH两种形式存在。在氧化还原过程中底物分子被脱氢酶激活后脱下两个氢原子：其中一个氢原子转移到氧化型NAD＋或NADP＋烟酰胺的吡啶环上，使之成为还原型的NADH或NADPH；另一个以氢离子H＋形式出现在介质中。
[1]NCONH2R＋2H-2HRHHCONH2＋H表示NAD和NADP的氧化还原反应，用下列二式之一都可以：NAD＋2H-2HNADH2或NAD＋＋2H-2HNADH＋H＋NADP＋2H-2HNADPH2或NADP＋＋2H-2HNADPH＋H＋NAD和NADP与两蛋白的结合非常松，容易脱离酶蛋白而单独存在。从脱氢酶对辅酶的要求来看，有的酶需要NAD为其辅酶，有的需要NADP为其辅酶，但也有些酶，NAD或NADP二者皆可。
例如，乙醇在醇脱氢酶的作用下脱氢变为乙醛，底物分子的一个H＋和两个电子转给NAD＋的烟酰胺环。使氮原子由五价变为三价，同时第4位碳原子上添加个氢原子，变成还原型的NADH。底物的另一个H＋则释放到溶液中。其反应式如下：CH3CH2OH＋NAD＋CH3CHO＋NADH＋H＋有时反应生成的NADH（或NADPH）又在其他的脱氢酶的作用下，把氢传递给另一底物，本身又恢复成氧化型的NAD（或NADP）。例如，3-磷酸甘油醛脱氢酶可催化3-磷酸甘油醛脱氢变成1，3-二磷酸甘油酸。此时生成的NADH，又可在乳酸脱氢酶的作用下，把氢转给丙酮酸，使之变为乳酸，而本身又恢复成氧化型。
维生素PP在自然界分布很广，肉类、谷物及花生中含量丰富。此外，在体内色氨酸可转变成烟酰胺，因此人类一般不缺乏。但玉米中缺乏色氨酸和烟酸，故长期只吃玉米，则有可能患癞皮病。烟酸和烟酰胺除用于癞皮病等缺乏症外。烟酸也可用作血管扩张药。对结核病有特效的异烟肼和烟酰胺结构相似，能抑制结核菌繁殖，使该菌不能正常利用烟酰胺，起抗代谢作用。
五、生物素
生物素是由噻吩环和尿素结合而成的一个双环化合物。侧链上有一戊酸。生物素的发现和分离纯化经过曲折的探索过程，生物素曾有各种名称，由于是酵母菌的生长因子，随后命名为生物素。大量的生物素可从卵黄中提取得到；卵清中有一种抗生物素蛋白，至于抗生物素蛋白怎样跟生物素结合，还不清楚。生物素的结构如图6—7。
生物素的结构
维生物素与酶蛋白结合催化体内CO2的固定以及羧化反应。它是多种羧化酶的辅酶。生物素与其专一的酶蛋白通过生物素的羧基与酶蛋白中赖氨酸的ε-氨基以酰胺键相连，首先CO2与尿素环上的一个氮原子结合，然后再将生物素上结合的CO2转给适当的受体，因此生物素在代谢过程中起CO2载体的作用。
生物素对某些微生物如酵母、细菌等的生长有强烈的促进作用。动物缺乏生物素时毛发脱落、皮肤发炎。人和动物肠道中有些微生物能合成，一般不会缺乏。吃生鸡蛋清过多或长期口服抗生素，易患缺乏症，表现为鳞屑状皮炎、抑郁等。这是因为未经煮熟的鸡蛋清中有一种抗生物素的蛋白质，能与生物素结合而使生物素不能为肠壁吸收。
生物素在动、植物中分布很广，在肝、肾、蛋黄、酵母、蔬菜和谷类中都含有。在微生物培养时，通常加入玉米浆或酵母膏满足微生物对生物素的需要。
六、叶酸和叶酸辅酶
叶酸也称蝶酰谷氨酸，简写为PGA。叶酸是一个在自然界广泛存在的维生素，因为在绿叶中含量丰富，故称叶酸。叶酸是人类和某些微生物生长所必需的，当哺乳类动物缺乏叶酸时表现出生长不良和各种贫血症。人体虽然自己不能合成叶酸，但肠道菌可以合成以供给人体需要，加上叶酸在植物的绿叶中大量存在，一般不易缺乏。
叶酸的结构
叶酸是由2-氨基-4-羟基-6-
甲基蝶呤、对氨基苯甲酸与L-谷氨酸连接而成。它的结构式如图6-8。
作为辅酶的是叶酸加氢的还原产物——5，6，7，8-四氢叶酸（图6—9）。叶酸还原反应是由肠壁、肝、骨髓等组织中的叶酸还原酶促进发生的。
四氢叶酸的结构
四氢叶酸又称辅酶F，简写作FH4。它在各种生物合成的反应中，起转移和利用一碳基团的作用。被携带的一碳基团是结合在FH4的N5或N10或二者的N原子上．由FH4携带的-碳基团有甲基（-CH3）、亚甲基（-CH2-）、次甲基（-CH=）、甲酰基（-CHO）、亚胺甲基（-CH=NH）。这些基团在各种酶促反应中，以FH4为中间载体，从一种代谢物转移到另一代谢物或者相互变换。在许多重要物质如嘌呤、嘧啶、核苷酸、丝氨酸、甲硫氨酸等的合成过程中，都需要这些带有一碳基团的四氢叶酸作为一碳物的供体参与作用。
叶酸结构中由于含有与磺胺药结构相类似的对氨基苯甲酸，所以磺胺药在细菌合成叶酸的反应中起了竞争性的抑制作用，从而抑制细菌的生长和繁殖。由于叶酸与核酸的合成有关，是骨髓巨红细胞和白细胞等细胞成熟和分裂所必需的物质。临床可用于治疗巨红细胞贫血、血小板减少症等，常与维生素C、维生素B6和维生素B12合用。
七、维生素B6和磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺
