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主编
蕾妮Dufault
食品配料与保健研究所
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收稿日期:2016年8月14日
录用日期:2016年9月23日
发布日期:2016年9月25日
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©2016 Zafar R.这是一篇根据知识共享署名许可协议发布的开放获取文章,该协议允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制,前提是要注明原作者和来源。
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Zafar R(2016)医学疾病发病机制的新认识。综合食品营养学报3:DOI: 10.15761/IFNM.1000160。
117乡村俱乐部巷,基坦宁,宾夕法尼亚州,美国
DOI: 10.15761 / IFNM.1000160
对当前研究的回顾表明,人类所有的疾病都是由一个共同的原因引起的,那就是压力。压力是身体对各种压力源的基本反应。慢性应激通过激活先天免疫和适应性免疫来引发应激反应。一连串事件的发生需要能量。因此,细胞代谢增加,就像急性应激发生时一样,身体增加新陈代谢,并通过调动宏观营养物质来利用体内存在的营养物质即。,葡萄糖,脂肪和蛋白质,它还利用微量营养素,即。,矿物质和维生素促进细胞代谢的基本反应。
本文综述了慢性应激对健康的影响以及能量和代谢在各种疾病发展中的作用。
应激,氧化应激,宏观营养,微观营养,能量,细胞代谢
HPA:下丘脑-垂体-肾上腺轴,SAM:交感神经-肾上腺-髓质轴,ATP:磷酸腺苷,P Cr:磷酸肌酸,FFA:游离脂肪酸,TDEE:每日总能量消耗,BMR:基础代谢率,REE:静息能量消耗,TCA:三羧酸循环,G3 P:甘油醛3-磷酸,(1-3 BGP): 1-3双磷酸甘油,ADP:腺嘌呤二磷酸,PEP:磷酸烯醇丙酮酸,FAD:黄酮类腺嘌呤二核苷酸,NAD:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,FADH:黄嘌呤二核苷酸氢化,NADH:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氢化,ETS:电子传递系统,GTP:高unisone-5三磷酸,NADPH:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氢化,PARPS:聚adp核糖聚合酶,DNA:脱氧核糖核酸,RNA:核糖核酸,PLP:吡哆醛5磷酸,PPO:吡哆醇5磷酸氧化物,MTHFR:亚甲基四氢叶酸还原酶,TTP:硫酰基磷酸,BCKDH: α酮酸脱氢酶,BCAA:支链氨基酸,GABA: γ氨基丁酸,L Dopa:二羟基苯基丙氨酸,RBP:视黄醇结合蛋白,ROS:活性氧,VDR:维生素D受体,ldl:低密度脂蛋白,MKS:甲基萘醌,VKDPS:维生素K依赖蛋白,Ca2 +:钙离子;GRP:富玻璃蛋白;Gas 6:基因6蛋白;PTH:甲状旁腺激素3.:三价铬O2:氧,H2O:水,MCO:多铜氧化酶,铁2+:铁离子,铁3 +铁离子,Mg:镁,cAMP:磷酸腺苷,Mn:锰,Mn: SOD:锰超氧化物歧化酶,PEPCK:磷酸烯醇丙酮酸羧激酶,Mo Co:钼辅助因子,mARC:线粒体阿莫多肟还原组分,SEPP:硒蛋白P, TRxR:硫氧还蛋白还原酶,PDI:蛋白二硫异构酶,维生素C:抗坏血酸,维生素E: α生育酚,DIOs:去碘化酶,T4:甲状腺素,Cu Zn SOD:铜锌超氧化物歧化酶,AGEs:晚期糖基化产物,DRI。饮食参考摄入量。
人类正以快速的速度受到医学疾病的折磨,各种疾病以多发病的形式更多地发展。正如我在论文b[1]中所描述的,所有的疾病即。,糖尿病、高血压、心血管疾病、非酒精性脂肪性肝病、慢性肾病、抑郁症、关节炎、慢性阻塞性肺病或炎症性肠病都是由慢性应激引起的炎症引起的。临床表现随时间和严重程度的不同而不同,因为暴露于压力源的情况因人而异。
虽然治疗这些疾病的研究一直在进行,但到目前为止,它仍然是一种管理和症状缓解,并且并不总是有可能实现治愈。
为了预防疾病的发生,降低发病率和死亡率,确定疾病的病因是很重要的。
因此,全面了解人体生理学对于跟踪健康中的生理过程何时以及如何开始转变为导致疾病的病理现象是很重要的。
我将回顾目前关于应激、人体能量、代谢和微量营养素的详细作用的文献即。,维生素和矿物质在下一节。
1936年,汉斯·塞尔耶(Hans Selye)将“压力”一词定义为“身体对任何变化需求的非特异性反应”,然后将其重新定义为“身体的磨损率”。总结一下,Selyean传统中使用的应力一词指的是反应,而它最初在物理学中的用法是指刺激,而应变一词指的是反应。用“压力”一词来表示一种反应,使得Selye没有一个术语来描述产生压力反应的刺激。Selye选择了“压力源”一词来表示任何有助于产生压力反应的刺激。
《人体应激反应的解剖学和生理学》一书的作者对应激反应的定义如下:应激反应的工作定义是,“应激是一种生理反应,它作为一种调解机制,将任何应激与其靶器官效应联系起来”。术语应激源是应激反应的刺激物。压力源事件可以分为两类。
1.社会心理压力源是真实或想象的环境事件,为引发压力反应奠定了基础。它们不能直接引起应激反应,而必须通过认知评价机制起作用。大多数压力源实际上是社会心理压力源。
2.然而,生物源性压力源实际上引起了压力反应的引发。这种刺激绕过了更高的认知评价机制,直接作用于情感和神经触发核。因此,由于它们的生化特性,它们直接启动应激反应,而不需要通常必要的认知-情感处理。这些压力源的例子有人参、银杏、安非他命、咖啡因、尼古丁、某些物理因素,如引起疼痛的刺激、极热和极冷的bbb。
因此,主要的焦点必须放在压力上。由各种压力源引起的慢性压力即。,社会心理或生物因素(病原体、毒素)即。,烟草、酒精、任何被认定为非自身的分子(如食品中的防腐剂、环境毒素、花粉辐射)都会引起应激反应。
应激反应激活下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴和交感-肾上腺-髓质(SAM)轴,在慢性应激状态下激活先天免疫和适应性免疫。为了进行有效的反应,身体需要能量,这是通过增加细胞代谢率来获得的。在这一点上,我将回顾人体能量和细胞代谢在健康中的过程,并讨论它如何在疾病的发展中发挥作用。
能量是生命的本质。人体之所以能正常工作,是因为身体有产生能量的能力。由于能量的可用性,身体能够执行其生理功能,并根据变化的条件对其进行调节,即。,在基础条件下能量较少,在体力活动和锻炼时能量较多。它以类似的方式对需要更多能量的病理条件作出反应。
身体如何获得能量?
我们所吃的食物必须转化为身体可以利用的能量形式。因此,人体配备了许多代谢系统来生产和调节其不同的需要,如组织合成,组织间物质的运动和肌肉收缩。
身体利用我们所吃的食物来提供能量,构建和修复组织,调节新陈代谢。在这三种功能中,人体将能量生产排在第一位,并在需要时以牺牲其他两种功能为代价,为此目的而消耗食物。从几个角度讨论营养作为帮助提供和控制人类能量的手段的作用是很重要的。
首先,必要的能量营养素如肌糖原或血糖供应不足可能导致疲劳。疲劳也可能是由于缺乏其他营养物质,如选定的维生素和矿物质,导致能量系统无法发挥最佳功能而引起的。此外,人体能够以各种身体形式储存能量储备,包括身体脂肪和肌肉组织。
正如能量是生命的本质。新陈代谢就是生命,通过新陈代谢,人类能够将储存的能量从食物转化为化学能,并利用它来维持生命。人体的新陈代谢代表了发生在体内的所有物理和化学变化的总和。
食物转化为能量,激素和酶等新化合物的形成,骨骼和肌肉组织的生长,身体组织的破坏以及许多其他生理过程都是代谢过程的一部分。
什么是能量?
能量代表做功的能力。功是能量的一种形式,通常称为机械能。
我们的身体拥有储存的化学能,可以用来产生电能,产生电神经脉冲,从而产生热量,帮助我们的体温保持在37摄氏度0(98.6 f0),甚至在寒冷的日子里也能通过肌肉收缩产生机械功,这样我们就可以走动了。
当人类消耗植物或动物产品时,碳水化合物、脂肪和蛋白质(所有形式的储存化学能)发生一系列的化学变化,被用来发展身体结构,调节身体过程或产生化学能的储存形式。能量的最佳摄入和输出对所有人都很重要,尤其是对活跃的人。为了发挥最大的能力,身体储存的能量必须以最有效的方式使用。
人体细胞的基本目的之一是将这些简单成分的化学能转化为可立即使用的形式或将来可能使用的其他形式。
这些食物拥有储存的能量。当我们食用这些食物时,消化过程将它们分解成简单的化合物,被人体吸收并运送到各种细胞。
体内的能量以三磷酸腺苷(ATP)的形式可立即使用。它是一种由高能量键构成的复杂分子,当被酶作用切开时,可以迅速释放能量,用于包括肌肉收缩在内的许多身体过程。ATP被归类为高能量化合物,在组织中少量储存。重要的是要注意,ATP是所有身体功能的直接能量来源,其他能量储存用于以不同的速率补充ATP。
ATP可以由碳水化合物、脂肪或蛋白质在体内经历一些复杂的生化变化后形成。磷酸肌酸(P Cr)来源于过量的ATP。它是另一种相关的高能磷酸盐化合物,也少量存在于组织中。虽然它不能作为能量的直接来源,但它可以补充ATP。由于ATP和P - Cr在体内的含量非常少,它们可以在几秒钟内被用完,所以有足够的能量储存作为备用系统是很重要的。人体储存的碳水化合物、脂肪和蛋白质可以为个体提供足够的三磷酸腺苷,足以维持数周,即使是在饥饿饮食下。
重要的是要注意,在某些情况下,每种能量营养素的部分可能会转化为体内其他两种营养素。例如,蛋白质可以在长时间的运动中转化为碳水化合物,而过量的饮食碳水化合物可以在休息时转化为体内的脂肪。
碳水化合物以有限的量作为血糖、肝糖原和肌糖原储存。最大的能量以脂肪的形式储存在体内。脂肪以甘油三酯的形式储存在肌肉组织和脂肪组织中。体内的甘油三酯和游离脂肪酸(FFA)供应有限。身体组织中的蛋白质是一个巨大的能量储存库,但在正常情况下不被使用。这些宏观营养物质在运动过程中的作用是一个重要的考虑因素,身体以多种方式储存能量,ATP, P Cr,肌糖原等。为了使这种能量用于基础条件或身体活动,它必须经过一定的生化反应。这些生化反应被称为新陈代谢。
什么是新陈代谢?
新陈代谢就是生命。代谢包括两个基本过程,合成代谢和分解代谢。
合成代谢是一个积累过程或建设性代谢。复杂的身体成分是由基本营养素合成的。合成代谢的发生需要能量。
分解代谢是合成代谢发生的必要条件。分解代谢是分解过程。这包括将体内化合物分解成更简单的成分。肌糖原分解为葡萄糖,最终转化为二氧化碳、水和能量就是分解代谢过程的一个例子。从一些分解代谢过程中释放的能量被用来支持合成代谢的能量需求。
新陈代谢代表人的能量。代谢率反映了身体使用其储存的能量的速度有多快,这个速度可以根据许多因素而有很大的变化。
为了所有实际的目的,每日总能量消耗(TDEE)可以用三个因素来计算。
基础能量消耗会因进食和身体活动而增加。基础能量消耗占TDEE的最大组成部分,而体力活动是最可变的。什么因素导致了休息时的能量消耗?
身体不断地使用能量来建立和破坏细胞内的物质。心脏收缩、呼吸、激素分泌和神经系统的持续活动等身体的某些自动功能也在消耗能量。基础代谢率(BMR),代表了许多不同的细胞和组织过程的能量需求,这些过程是在吸收后休息状态下继续生理活动所必需的,在一天的大部分时间里,除了睡眠,它是最低的能量消耗率。虽然在休息时氧化过程中释放的一些能量支持生理功能,如心脏肌肉的泵送活动,但大部分能量以热量的形式释放,这种热效应使我们的体温保持在98.6华氏度(37摄氏度)左右,吃饭和运动是引起热效应的另外两个因素。
在休息状态下消耗的绝大部分能量用于驱动体内的自动生理过程。因为肌肉在休息时消耗很少的能量,所以不需要快速产生ATP。因此,氧气系统能够为静息生理过程提供必要的ATP。氧气系统可以使用碳水化合物、脂肪和蛋白质作为能量来源。
在正常饮食条件下,蛋白质不被用作主要的能量来源。当碳水化合物和脂肪与细胞中的氧气结合时,它们是休息时主要的能量基质。有几个因素可能影响这两种营养素中哪一种被主要使用。一般来说,在碳水化合物,脂肪和蛋白质的混合饮食中,大约40%的稀土元素来自碳水化合物,大约60%来自脂肪。然而,吃富含碳水化合物或脂肪的饮食会增加分别来自碳水化合物和脂肪的REE百分比。此外,当碳水化合物水平较低时,如禁食一夜后,来自脂肪的REE百分比增加。
任何体育活动都会使代谢活动高于REE(静息能量消耗),从而增加能量消耗。运动对身体来说是一种压力源,几乎所有的身体系统都会做出反应。
人体能量系统的运作需要哪些营养素?
虽然形成ATP的能量来源于储存在碳水化合物、脂肪和一些蛋白质中的能量,但如果没有其他主要营养物质——水、维生素和矿物质的参与,这种能量的转化和利用就不会发生。
这三类营养物质在许多酶的结构和功能上与蛋白质密切相关,其中许多酶在肌肉细胞能量过程中很活跃。
水被用来帮助维持和转化这些能量化合物,这一过程被称为水解。
从细胞源释放能量需要几种维生素。例如,烟酸在糖酵解中起重要作用,硫胺素是糖酵解终产物转化为乙酰Co A进入Kreb循环所必需的,核黄素是通过Kreb循环和电子传递系统形成ATP所必需的。许多其他B族维生素也参与细胞内能量转化的各个方面。
矿物质也是细胞能量过程所必需的。铁是比较关键的化合物之一。除了帮助血红蛋白向肌肉细胞输送氧气外,它也是肌红蛋白和电子传递系统的细胞色素的组成部分。它是适当利用细胞内氧气所必需的。
其他矿物质,如锌、镁、钾、钠和钙,都以各种方式参与其中,要么作为能量储存的活性酶的一部分,要么作为肌肉收缩过程的一部分。
人体能量储备的合理利用不仅需要注意主要的能量营养素,还需要注意调节营养素——水、维生素和矿物质。
汇集到TCA循环中的营养物降解途径。
糖酵解是一个葡萄糖分子降解为两个丙酮酸分子的途径。有趣的是,在初始阶段,能量被消耗,因为两个ATP分子被消耗,激活葡萄糖和果糖磷酸。ATP磷酸酐键分解产生的部分能量保存在葡萄糖6磷酸和果糖1,6 -磷酸中形成的磷酸酯键中。在糖酵解的第二部分,甘油醛3-磷酸(G3P)的醛基氧化获得的大部分自由能保存在含有高自由能的1-3双磷酸甘油(1-3 BPG)的乙酰磷酸基上。然后将1-3 BGP转化为3-磷酸甘油时释放的部分势能偶联到ADP磷酸化转化为ATP。发生ATP合成的第二个反应是磷酸烯醇丙酮酸(PEP)转化为丙酮酸。由于其磷酸酯键,PEP是一种高能化合物,因此PEP到丙酮酸的转化反应伴随着ADP的磷酸化。这种ATP合成机制被称为底物水平磷酸化。为了完全氧化,糖酵解过程中产生的丙酮酸分子被转移到线粒体基质中,在多酶复合物丙酮酸脱氢酶的催化下转化为乙酰辅酶a(图1)。
脂肪酸氧化途径与TCA循环相交。1904年,努普在一个经典的实验中,果断地证明了脂肪酸氧化是脂肪酸分子羧基端两个碳单元逐渐被去除的过程。该过程由四个反应组成,生成酰基辅酶a和缩短了两个碳的酰基辅酶a分子,同时伴随着酰基辅酶a脱氢酶对FAD的还原和-羟基酰基辅酶a脱氢酶对NAD+的还原。这个途径被称为β氧化,因为β碳原子在碳和碳之间的键断裂之前就被氧化了。氧化的四个步骤不断重复,直到酰基辅酶a完全氧化为酰基辅酶a,然后进入TCA循环。
关于在能量代谢中使用氨基酸作为燃料,必须考虑两点。首先是氨基酸组成中氮的存在,必须在氨基酸成为代谢有用之前将其去除。另一种是至少有20种不同的氨基酸,每种氨基酸都需要不同的降解途径。为了我们的目的,这里有必要提到两种涉及氨基酸的反应:转氨作用和脱氨作用。
在第一种反应中,氨基转移酶通过将一种氨基酸的氨基酸基转化为α酮酸,将氨基酸转化为相应的α酮酸。这个反应允许氨基酸相互转化。
第二类反应脱胺去除肝脏中以氨形式存在的氨基酸中的氨基酸基团,戊二酸的氧化脱胺产生α酮戊二酸(一种TCA循环中间体)和氨,转化为尿素排出体外。
其他器官的脱胺反应产生氨,氨通常与戊二酸结合产生谷氨酰胺,谷氨酰胺是血液中氨基的主要转移物。因此,通过转氨/脱氨反应的所有氨基酸都可以直接或通过转化为丙酮酸或乙酰辅酶a转化为TCA循环的中间体。
碳水化合物、蛋白质和脂肪的氧化集中在三羧酸循环(TCA)上。
还原辅酶和O之间能量的相互转换2指导ATP的合成,但是NADH和FADH如何以及在哪里2减少了吗?在有氧呼吸中,所有营养物降解的产物都汇聚到代谢的一个中心途径,即TCA循环。在此途径中,由葡萄糖、脂肪酸和一些氨基酸的分解代谢产生的乙酰辅酶a的乙酰基被完全氧化为CO2伴随着电子传递辅酶(NADH和FADH2)的还原,包括8个反应。这个循环开始于乙酰辅酶a和草酰乙酸缩合生成柠檬酸盐。接下来的七个反应再生草酰乙酸,其中包括四个氧化反应,其中NAD+和FAD辅酶还原为NADH和FADH2,其电子随后将转移到O,从而节省了能量2通过资产。此外,作为底物水平磷酸化的一个例子,直接形成GTP或ATP分子。在这种情况下,琥珀酰辅酶a的硫酯键的水解伴随着伴随的酶磷酸化,与酶结合的磷酸基团转移到GDP或ADP。重要的是,尽管2不直接参与这一途径,TCA循环只在有氧条件下运行,因为氧化的NAD+和FAD仅在ETS中再生。同样值得注意的是,TCA循环中间体,也可以用作不同生物合成过程的前体(图1)。
图1所示。来源:人体生理学,细胞结构与功能。
这是大多数人类细胞中ATP合成的主要机制。代谢反应是能量转导过程,其中氧化还原反应对ATP合成至关重要。在这些反应中,由燃料分子氧化释放的电子被转移到两个主要的电子载体辅酶,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)+)和黄嘌呤二核苷酸(FAD),它们被转化为它们的还原形式NADH和FADH。氧化磷酸化依赖于NADH或FADH的电子传递2来啊2从水。电子通过位于线粒体膜内的一些蛋白质复合物传递,这些复合物含有能够接受或提供一个或多个电子的化学基团(黄素、铁硫基团、血红素和铜离子)。被称为电子传递系统(ETS)的蛋白质复合物允许在还原的辅酶和O之间分配自由能2更有效的能量转换。
电子从NADH转移到O上2通过三种蛋白质复合物。NADH脱氢酶,细胞色素还原酶和细胞色素氧化酶。复合物之间的电子传递是通过其他移动电子载体,泛醌和细胞色素c进行的。FAD与TCA循环的琥珀酸脱氢酶和脂肪酸氧途径的酰基辅酶a脱氢酶相连。在三种酶的催化下,FAD被还原为FADH2这些电子被转移到氧上2通过细胞色素还原酶和细胞色素氧化酶,如描述的NADH脱氢酶电子。
通过ETS化合物的电子转移与质子(H)有关+)从线粒体基质泵送至线粒体[5]的中间空间(图2)。
图2。来源:人体生理学,细胞结构与功能。
1.底物水平
任何反应的一个重要特征是参与其中的各种底物的可用性。众所周知,稳态浓度的半衰期的大多数底物的循环是几秒钟的数量级。
2.辅酶水平
一般来说,分解代谢产生能量的过程通常需要NAD+而需要合成代谢能量的细胞几乎都需要NADP+。
这两种辅酶根据下面的公式相互作用。
NADH + NADPi -> NADH++ NADPH
<-
NAD (P)反式氢化酶
很明显,这样一个系统将代表一个敏感的控制点,以调节这些辅酶的水平。NAD的相对浓度+和NADH在调节代谢途径中起重要作用。当NAD+/NADH比值高,柠檬酸循环速率变快。然而,当NAD+/NADH比值低的原因是(a) NAD不足+(B) NADH的再氧化与ATP的形成耦合。
3.酶水平
所有线粒体都具有恒定的各种酶的相对比例,包括柠檬酸循环的特征脱氢酶。这些观察结果表明,在线粒体发生过程中,可能存在控制关键线粒体酶整合合成的遗传机制。
4.呼吸控制
呼吸速率不仅取决于被氧化底物的性质和浓度,还取决于呼吸与磷酸化的耦合。完整的线粒体通常是紧密耦合的,因此它们的呼吸速率实际上是由比例(ADP/ATP)控制的。当这个比例很高时,呼吸作用就会得到促进。(第三阶段)相比之下,低比率(即。,高ATP浓度)会减少呼吸,因为它们会带来反向电子回流。
5.循环中间体的可及性
柠檬酸循环的活性也受其对循环中间体乙酰辅酶a的可及性的控制。这个问题包括渗透率障碍和几何结构的组合。
线粒体膜本身提供了一种允许某些底物和排除其他底物的手段。
6.酮
糖尿病患者肝脏形成的酮体、乙酸乙酯和丙酮的积累,是由于乙酰辅酶a的产生超过了通过克雷伯循环或其他合成反应可以环化的程度。
7.酶活性的控制
柠檬酸循环中的一些反应在生理条件下本质上是不可逆的,因此需要单独的调节。这种反应总是有危险的,因为它们可能一直持续到消耗了底物或辅酶的可用供应。一般来说,在许多点刺激或抑制周期是由NADH/NAD的相对水平决定的+、ATP/ADP、乙酰CoA/CoA或琥珀酰CoA/CoA。当这些比率较高时,细胞有充足的能量供应,循环流动减慢。当这些比率较低时,细胞就需要能量,循环过程就会加快。
微量元素即。,维生素和矿物质是生命所必需的。在下一节中,我将回顾它们的一般功能,并特别关注它们在细胞代谢中的作用。
烟酸及其衍生物烟酰胺是烟酰胺二核苷酸(NAD)的膳食前体+),可以磷酸化(NADP)和还原(NADH和NADPH)。河畔+在氧化还原(氧化还原)和非氧化还原反应中起作用。
维生素B3(烟酰胺和烟酸)对所有活细胞都是必需的。(生理学杂志)。
NAD的作用+随着烟酸(烟酸)的使用成为治疗高脂血症的主要疗法,以及人们认识到烟酰胺可以保护组织和NAD,人们对健康和疾病中的代谢越来越感兴趣+各种疾病状态下的新陈代谢;包括缺血/再灌注。此外,越来越多的证据表明,NAD+新陈代谢调节包括寿命在内的重要生物效应。
烟酸是一种水溶性维生素,也被称为烟酸或维生素B3。其功能如下:
氧化还原反应生物体从氧化还原(氧化还原)反应中获得大部分能量,这是一个涉及电子转移的过程。超过400种酶需要烟酸辅酶NAD+和NADP主要接受或提供电子进行氧化还原反应。河畔+最常在产生能量的反应中起作用,涉及碳水化合物、脂肪、蛋白质和酒精的降解(分解代谢)。NADP更常在生物合成(合成代谢反应)中起作用,如合成所有大分子,包括脂肪酸和胆固醇。
非氧化还原反应:烟酸辅酶NAD+是至少四类分离烟酰胺部分和NAD的酶的底物+并将ADP核糖传递给受体。
Mono-ADP-ribotransferase酶
在哺乳动物细胞中,这些酶从NAD转移adp核糖残基+转化为目标蛋白质的特定氨基酸,产生adp核糖基化的蛋白质,并释放烟酰胺。单adp核糖基化反应可逆地改变受体蛋白的活性,如结合gaunisone-5 triphosphate (GTP)并在许多细胞信号通路中作为中间体的G-蛋白。
聚adp核糖聚合酶(PARPS)这些酶催化adp核糖聚合体从NAD转移到接受蛋白质。PARPS在DNA修复和应激反应、细胞信号传导、转录调控、细胞凋亡、染色质结构和细胞分化等方面发挥作用,提示NAD可能参与其中+在癌症预防方面。
ADP-ribosylcyclases这些催化从adp -核糖形成环状adp -核糖。环adp核糖在细胞内起作用,刺激钙离子从内部储存部位释放,并可能在细胞信号传导中起作用。
Sirtuins蛋白Sirtuins是NAD类+依赖的去乙酰化酶,从目标蛋白的乙酰化赖氨酸残基中获得乙酰基。在去乙酰化过程中,在乙酰基上加入一个adp核糖,生成o-乙酰基adpribose。乙酰化和adp核糖基化都是已知的影响蛋白质活性的翻译后修饰。
迄今为止,它们的生物学功能包括基因沉默、DNA损伤修复、细胞周期调节和细胞分化。
它是水溶性的。是中间代谢酶的重要辅助因子和基因表达的关键调控因子。哺乳动物细胞不能合成生物素。它必须由外源获得。生物素是五种已知的哺乳动物生物素依赖性羧化酶的生物活性所必需的共价结合辅因子7。
叶酸在核酸前体和几种氨基酸的代谢以及甲基化反应中起着关键作用。叶酸是一种水溶性维生素B,也被称为维生素b9。
一、碳代谢:叶酸辅酶在体内的作用似乎是介导一个碳单位的转移。叶酸辅酶作为一个碳单位的受体和供体在多种反应中对核酸和氨基酸的代谢至关重要。叶酸与核黄素有重要的代谢相互作用,核黄素是黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的前体,FAD是叶酸代谢酶5,10-亚甲基四氢叶酸活性所必需的辅酶。这种活性形式的叶酸是由同型半胱氨酸形成蛋氨酸所必需的。
核酸代谢叶酸辅酶通过两种不同的途径在DNA代谢中起重要作用。
3.氨基酸代谢
叶酸辅酶是几种重要氨基酸代谢所必需的,即蛋氨酸、半胱氨酸、甘氨酸和组氨酸。同型半胱氨酸合成蛋氨酸是由蛋氨酸合成酶催化的,这种酶不仅需要叶酸,还需要维生素B12。血液中同型半胱氨酸的浓度受3种B族维生素、叶酸、B12和B6的调节。
泛酸也被称为维生素B5,是所有生命形式所必需的。泛酸以辅酶A的形式存在于生命的各个方面,辅酶A是许多化学反应中至关重要的辅酶。它是一种水溶性维生素,是合成辅酶a的前体。辅酶是维持生命的许多生化反应所必需的。此外,辅酶的磷酸泛肽基部分是多种蛋白质的生物活性所必需的,包括参与脂肪酸合成的酰基载体蛋白[7]。
它是一种水溶性维生素,也被称为维生素B2。在体内,核黄素主要作为辅酶黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和黄素单核苷酸(FMN)的组成部分。从核黄素中提取的辅酶被称为黄辅酶,使用黄辅酶的酶被称为黄蛋白。它的功能如下:氧化还原反应。
黄酮类辅酶参与多种代谢途径的氧化还原反应。它们对碳水化合物、脂质和蛋白质的代谢至关重要。FAD是电子传递(呼吸)链的一部分,是能量产生的核心。黄酮辅酶与细胞色素P-450一起参与药物和毒素的代谢。
谷胱甘肽还原酶是一种FAD依赖性酶,参与谷胱甘肽的氧化还原循环。谷胱甘肽氧化还原循环在保护生物体免受活性氧(如过氧化氢)的侵害中起着重要作用。核黄素缺乏与氧化应激增加有关。
谷胱甘肽过氧化物酶,含硒酶需要两分子还原性谷胱甘肽来分解氢过氧化物。GPx参与谷胱甘肽氧化还原(氧化还原)循环。
它是另一种FAD依赖酶,催化次黄嘌呤和黄嘌呤氧化为尿酸。尿酸是血液中最有效的水溶性抗氧化剂之一。核黄素缺乏会导致黄嘌呤氧化酶活性降低,降低血尿酸水平。
b族复合维生素的营养作用
黄素蛋白参与了其他几种维生素(维生素b6、烟酸和叶酸)的代谢。因此,严重的核黄素缺乏可能影响许多酶系统。
大多数天然可用的Vit B6从吡哆醇5 '磷酸(PLP)转化为辅酶需要FMN依赖的酶,吡哆醇5 '磷酸氧化酶(PPO)。由氨基酸色氨酸合成含有辅酶NAD+和NADP的烟酸需要FAD依赖酶犬尿氨酸单加氧酶。严重的核黄素缺乏会减少色氨酸向NAD+和NADP的转化,增加烟酸缺乏的风险。
5,10亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)是一种fad依赖性酶,在维持从同型半胱氨酸形成蛋氨酸所需的特定叶酸辅酶中起重要作用。
核黄素缺乏会改变铁的代谢。在人类中,改善核黄素营养状况已被发现可提高血红蛋白水平。
它是一种水溶性B族维生素B1。硫胺素焦磷酸(TTP)是硫胺素的活性形式,参与碳水化合物、支链氨基酸和脂肪酸代谢相关的几种酶的功能。其功能如下:辅酶功能。
由游离硫胺素合成TTP需要镁、三磷酸腺苷(ATP)和硫胺素焦磷酸激酶。TPP是与碳水化合物和支链氨基酸代谢相关的四种多组分酶复合物的辅酶。丙酮酸脱氢酶、α酮戊二酸脱氢酶和支链α酮酸脱氢酶(BCKDH)都包含一种不同的酶复合物,这种酶复合物存在于细胞器中,称为线粒体。它们分别催化丙酮酸、α酮戊二酸和支链氨基酸脱羧,形成乙酰辅酶A (Co,琥珀酰辅酶A)和支链氨基酸衍生物。所有的产品都通过与柠檬酸循环的联系,在从食物中产生能量的过程中发挥着关键作用。支链氨基酸(BCAA),包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸,最终被降解成乙酰- co A,为柠檬酸循环提供燃料。这些BCAA的分解代谢也有助于胆固醇的产生,并为神经递质、谷氨酸和γ氨基丁酸(GABA)的合成提供氮。
除了硫胺素辅酶(TPP)外,每个脱氢酶复合体都需要一个含烟酸的辅酶(NAD)+),一种含有酶(FAD)和硫辛酸的核黄素。
转酮醇酶催化胞浆中发生的另一代谢途径的关键反应,称为戊糖磷酸途径。该途径中最重要的中间体之一是核糖-5磷酸,这是一种磷酸化的5碳糖,用于合成高能核糖核苷酸,如ATP和三磷酸甘油三酯(GTP)。核苷酸是核酸DNA和RNA的组成部分。戊糖磷酸途径也提供各种合成代谢途径,包括脂肪酸合成与烟酸含有辅酶NADPH,这是许多生物合成反应必不可少的[7]。
维生素B6是一种水溶性维生素。它的衍生物对100多种酶至关重要,这些酶主要参与蛋白质代谢。
来自实验和临床研究的越来越多的证据表明,大多数慢性疾病的系统性炎症可能损害维生素B6的代谢。
plp依赖性酶催化的许多生化反应涉及血红蛋白和氨基酸合成以及脂肪酸代谢等必需的生物过程。
PLP还作为糖原磷酸化酶的辅酶起作用,糖原磷酸化酶是一种催化储存的糖原释放葡萄糖的酶。人体中大部分PLP存在于与糖原磷酸化酶结合的肌肉中。PLP也是氨基酸生成葡萄糖反应的辅酶,这一过程被称为糖异生。
神经系统功能在大脑中,PLP依赖的芳香l -氨基酸脱羧酶催化两种主要神经递质的合成:
5 -羟色胺来自色氨酸,多巴胺来自l -3,4二羟基苯丙氨酸(L_Dopa)。其他神经递质包括甘氨酸d -丝氨酸谷氨酸,组胺和γ -氨基丁酸(GABA)也在PLP依赖酶催化的反应中合成。
血红蛋白合成PLP作为5氨基乙酰丙酸合成酶的辅酶,参与血红蛋白中含铁化合物血红素的合成。血红蛋白存在于红细胞中,对红细胞将氧气输送到全身至关重要。吡哆醛和PLP都能与血红蛋白分子结合,影响其吸收和释放氧气的能力。
色氨酸代谢:缺乏另一种B族维生素烟酸很容易通过适当的饮食摄入来预防。烟酸和烟酸辅酶、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)也可以通过色氨酸-犬尿氨酸途径中必需氨基酸色氨酸的分解代谢在相当有限的程度上得到满足。该途径中的关键反应依赖于PLP。
激素功能:核酸合成[7];
维生素B12是所有维生素中化学结构最大、最复杂的。它在叶酸代谢和柠檬酸循环中间体琥珀酰辅酶a的合成中起着重要的作用。
DNA完整性的保存取决于叶酸和维生素B12的有效性。维生素B12对保存髓鞘和神经元以及合成神经递质至关重要。抑郁症和骨质疏松症都与维生素B12状态和高同型半胱氨酸水平有关。其功能如下:
蛋氨酸合成的辅助因子甲基钴胺素是叶酸依赖酶,蛋氨酸合成酶的功能所必需的。这种酶是由同型半胱氨酸合成氨基酸蛋氨酸所必需的。蛋氨酸是合成s -腺苷基蛋氨酸所必需的,s -腺苷基蛋氨酸是许多生物甲基化反应中使用的甲基供体,包括DNA、RNA和蛋白质中许多位点的甲基化。导致染色质结构和基因表达改变的DNA和蛋白质的异常甲基化是癌细胞的共同特征。蛋氨酸合酶功能不足可导致同型半胱氨酸的积累,这与心血管疾病的风险增加有关。
l-甲基辅酶A变异酶的辅助因子: 5-脱氧腺苷钴胺是催化l-甲基丙二醇基辅酶a转化为琥珀酰辅酶a的酶所必需的
(琥珀酰辅酶a)然后进入柠檬酸循环。琥珀酰辅酶a在脂质和蛋白质的能量生产中起着重要作用,也是血红蛋白的合成所必需的,血红蛋白是红细胞中携带氧气的色素。
维生素A是一个通用术语,指的是在动物产品中发现的预形成维生素A(视黄醇)的脂溶性化合物。水果和蔬菜中的维生素A原类胡萝卜素
维生素A参与调节人体几乎所有细胞的生长和分化。
维生素A对胚胎发育、胎儿发育过程中的器官形成、正常的免疫功能以及眼睛发育和视力都有重要作用。
维生素A化合物是必不可少的脂溶性分子。它们的功能如下。
维生素A对视觉系统和视力有重要作用。它是视网膜正常功能、微光视觉和色觉所必需的。
维甲酸的调节能力维甲酸同分异构体通过调节500多种类视黄酸应答基因的表达,在细胞增殖和分化中发挥重要作用。
免疫:它在免疫系统的正常运作中起着重要作用。也有大量证据表明,类风湿性关节炎可能有助于预防自身免疫的发展。
红细胞生成。
锌缺乏被认为会在几个方面干扰维生素A的代谢。
铁。维生素A缺乏通常与缺铁共存,并可能通过改变铁代谢而加剧缺铁性贫血。
维生素C也被称为抗坏血酸,是一种水溶性维生素。人类没有能力制造抗坏血酸,必须从饮食中获取维生素C。
在许多酶促反应中,如胶原蛋白、肉碱和儿茶酚胺的生物合成中,它是一种必需的辅助因子,也是一种有效的抗氧化剂。其功能如下:
维生素C是一种有效的还原剂,这意味着它很容易将电子提供给受体分子。与这种氧化还原(氧化还原)电位相关,维生素C有两种主要功能:抗氧化剂和酶辅助因子。
版权所有OAT。版权所有维生素C是血浆和组织中主要的水溶性非酶抗氧化剂。即使是少量的维生素C也可以保护体内必不可少的分子,如蛋白质、脂质(脂肪)、碳水化合物和核酸(DNA和RNA)免受自由基和活性氧(ROS)的损害,活性氧是在正常代谢过程中由活跃的免疫细胞和接触毒素和污染物产生的。(例如某些化疗药物和香烟烟雾)。维生素C还参与其他重要抗氧化剂的氧化还原循环;例如可以调节氧化形式的维生素E
维生素C作为辅助因子的作用也与其氧化还原电位有关。通过维持酶结合金属的还原形式,维生素C在几种关键生物分子的合成中协助混合功能氧化酶。维生素C缺乏的症状,如伤口愈合不良和嗜睡,是由于这些酶反应的损害和胶原蛋白、肉碱和儿茶酚胺合成不足造成的。研究表明,维生素C参与胆固醇和胆汁酸的代谢,这可能对血液胆固醇水平和胆结石的发病率有影响。最后,维生素C通过肠道吸收非血红素铁来增加食物中铁的生物利用度。
维生素D暴露在阳光下可以在皮肤中合成,然后在肝脏和肾脏中代谢为代谢活性形式1,25 -二羟基维生素D。通过与维生素D受体(VDR)结合,1,25 -二羟基维生素D可以调节数百种参与骨骼肌和其他生物功能的基因的表达。
维生素D通过调节钙和磷的体内平衡对维持骨矿化至关重要,维生素D还表现出许多非骨骼作用,特别是对免疫、内分泌和心血管系统。
其功能如下:
钙平衡维持血钙水平在一个狭窄的范围内对神经系统的正常功能,以及骨骼生长和骨密度的维持是至关重要的。维生素D是人体有效利用钙所必需的。
磷平衡钙和磷的体内平衡调节密切相关,促钙激素PTH和1,25 -二羟基维生素D也能控制血清磷。具体来说,1,25-二羟基维生素D通过刺激小肠中磷酸钠共转运体的表达来增加肠道磷的吸收。
细胞分化我们说正在快速分裂的细胞正在增殖。分化导致细胞特化以实现特定的功能。一般来说,细胞分化导致增殖减少,而细胞增殖对于生长和伤口愈合至关重要,具有某些突变的细胞不受控制的增殖可能导致癌症。维生素D的活性形式,1,25 -二羟基维生素D通过与VDR结合抑制细胞增殖并刺激细胞分化。
免疫力1,25-二羟基维生素D通过VDR起作用,是一种有效的免疫系统调节剂。VDR由免疫系统的大多数细胞表达,包括调节性T细胞和抗原呈递细胞,如树突状细胞和巨噬细胞。特定情况下,单核细胞、巨噬细胞和T细胞可表达25-羟基维生素D3- α羟化酶,产生1,25-二羟基维生素D,局部调节免疫应答。大量科学证据表明,1,25 -二氢维生素D对免疫系统功能具有多种作用,可增强先天免疫,抑制自身免疫的发展。相反,维生素D缺乏可能损害免疫系统的完整性,导致不适当的免疫反应。
胰岛素分泌VDR由胰腺的胰岛素分泌细胞表达,动物研究结果表明1,25 -二羟基维生素D在胰岛素需求增加的情况下对胰岛素分泌起作用。横断面和前瞻性研究表明,维生素D水平不足可能对2型糖尿病患者的胰岛素分泌和葡萄糖耐量产生不利影响。
天然存在的维生素E包括八种脂溶性异构体。身体最好使用-生育酚,只有-生育酚补充剂才能逆转维生素E缺乏的症状。
其功能如下:
抗氧化活性α -生育酚在人体中的主要功能是脂溶性抗氧化剂。脂肪是所有细胞膜的组成部分,容易受到自由基过氧化的损害。-生育酚是唯一适合于拦截每个氧自由基,从而防止脂质氧化的连锁反应。当-生育酚分子中和自由基时,它就会被氧化,失去抗氧化能力。其他抗氧化剂,如维生素C,能够再生α -生育酚的抗氧化能力。
除了维持全身细胞膜的完整性外,α -生育酚还能保护低密度脂蛋白(ldl)中的脂肪不被氧化。脂蛋白是由脂质和蛋白质组成的颗粒,它们在血液中运输脂肪。低密度脂蛋白专门将胆固醇从肝脏转运到身体的组织。氧化LDL与心血管疾病的发生有关。
对细胞介导免疫的影响α -生育酚的其他功能可能与其抗氧化能力有关。例如,α -生育酚可以保护脂质双层膜的生理特性,并可能影响膜蛋白和酶的活性。在细胞培养研究中,α -生育酚被发现可以改善naïve T淋巴细胞和抗原呈递细胞(APC)之间的粘附连接(称为免疫突触)的形成,最终促进T细胞的活化和增殖[7]。
天然存在的维生素K形式包括叶绿醌(维生素k1)和一系列被称为甲基萘醌(MKS或维生素K2)的分子。
维生素K是许多维生素K依赖蛋白(vkdp)中谷氨酸残基羧化的必要辅助因子,这些蛋白参与血液凝固、骨代谢、预防血管矿化和调节各种细胞功能。
维生素K是一种脂溶性维生素。其功能如下:
维生素K氧化还原循环。
虽然维生素K是一种脂溶性维生素,但如果没有规律的饮食摄入,人体储存的量非常少,很快就会耗尽。人体通过一个叫做维生素K环氧化物循环的过程来循环它。
凝固(凝血)结合钙离子的能力2 +)是凝血级联中几种依赖维生素的凝血因子或蛋白质的活性所必需的。凝血级联指的是一系列相互依存的事件,通过凝块形成来止血。这些蛋白质中特定谷氨酸残基依赖维生素K的γ -羧基化使它们能够结合钙。
骨骼的形成和软组织钙化的预防维生素K依赖性γ羧化对几种骨相关蛋白至关重要,包括骨钙素抗凝血因子、蛋白S、基质羧化谷氨酸(Gla)蛋白(MGP)、富含Gla的蛋白(GRP)和骨膜蛋白。骨钙素由成骨细胞合成;骨钙素的合成受活性形式的维生素d的调节。骨钙素的钙素结合能力需要维生素k依赖的三个谷氨酸残基的羧基化。
细胞功能的调节生长抑制特异性基因6蛋白(Gas 6)是一种维生素K依赖性蛋白。它似乎是一种具有细胞信号活性的细胞生长调节因子。Gas 6参与多种细胞功能,包括吞噬、细胞粘附、细胞增殖和细胞凋亡保护。气体6似乎调节血小板信号和血管止血。
钙是骨骼和牙齿的主要成分。并且在细胞信号通路中作为第二信使也起着重要的作用。当膳食钙摄入不足时,循环钙浓度受到甲状旁腺激素(PTH)和维生素D的严格控制,以牺牲骨骼为代价。其功能如下:
细胞信号传导钙在调节血管的收缩和松弛、神经冲动的传递、肌肉的收缩和胰岛素等激素的分泌中起作用。可兴奋细胞,如骨骼肌细胞和神经细胞,其细胞膜中含有电压依赖性钙通道,允许钙浓度的快速变化。
例如,当神经冲动刺激肌肉纤维收缩时,细胞膜上的钙通道打开,允许钙离子进入肌肉细胞。在细胞内,钙离子与激活蛋白结合,这有助于从细胞内内质网(ER)的储存囊泡中释放大量钙离子。钙与肌钙蛋白c的结合启动了一系列导致肌肉收缩的步骤。钙与钙调蛋白的结合激活了分解肌糖原的酶,为肌肉收缩提供能量。动作完成后,钙被泵入细胞外的内质网,直到下一个活动。
蛋白质功能的调节钙是稳定包括酶在内的许多蛋白质并优化其活性所必需的。在凝血级联中,钙离子的结合受7种依赖维生素K的凝血因子激活的调节。
铬(Cr0)是一种普遍存在的微量金属。铬在生物系统中最稳定的氧化态是三价铬(Cr)3.),它与蛋白质和核酸形成相对惰性的复合物。其功能如下:
三价铬被认为是一种生物活性分子的辅助因子,可以增强胰岛素对靶组织的作用7。
铜是含铜氧化酶氧化还原反应中必不可少的辅助因子。铜酶调节多种生理途径,如能量产生、铁代谢、结缔组织成熟和神经传递。
铜是几种被称为铜酶的基本酶的关键功能成分。其功能如下:
能源生产铜依赖酶细胞色素- c氧化酶在细胞酶生产中起作用。通过催化还原分子氧(O)2解析:选b2O),细胞色素氧化酶产生电梯度,用于线粒体产生重要的能量储存分子ATP。
结缔组织形成另一种铜pro酶,赖氨酸氧化酶,是胶原蛋白和弹性蛋白交联所必需的,而胶原蛋白和弹性蛋白是形成坚固灵活的结缔组织所必需的。赖氨酸氧化酶的作用有助于维持心脏和血管结缔组织的完整性,并在骨骼形成中发挥作用。
铁代谢四种含铜酶,称为多铜氧化酶(MCO)或氧化铁酶,具有氧化亚铁(Fe)的能力2 +三价铁3 +),铁的一种形式,可以定位在蛋白质转铁蛋白上,以便运输到红细胞功能的部位。MCO家族包括循环铜蓝蛋白(占血浆铜的90%),膜结合铜蓝蛋白(称为gpi -铜蓝蛋白)和分别在肠和胎盘中发现的两种蛋白质Hephaestin和zyklopen。
中枢神经系统一些对大脑和神经系统的正常功能至关重要的反应是由铜氧化酶催化的。
神经递质合成多巴胺-羟化酶催化多巴胺转化为神经递质,而非肾上腺素的形成和髓磷脂的维持。髓鞘由磷脂组成,磷脂的合成取决于细胞色素c氧化酶的活性。
黑色素的形成酪氨酸是形成黑色素所必需的铜氧化酶。黑色素是在黑色素细胞中形成的,在头发、皮肤和眼睛的色素沉着中起着重要作用。
抗氧化功能铜蓝蛋白可以通过两种不同的方式发挥抗氧化剂的作用。游离铜和铁离子结合铜,是自由基损伤的强力催化剂。铜蓝蛋白阻止游离铜离子催化氧化损伤。铜蓝蛋白的铁氧化活性(氧化亚铁)有助于铁装载到它的转运蛋白,转铁蛋白上,并可能阻止游离亚铁离子(铁)2 +)参与有害的自由基生成反应。
基因表达调控细胞铜水平可通过增强或抑制特定基因的转录来影响蛋白质的合成。铜可能通过增加细胞内氧化应激水平来调节基因的表达。许多信号转导途径在氧化应激反应中被激活,并可导致参与活性氧解毒的基因表达增加。
碘是甲状腺激素的一种关键化合物,甲状腺激素是一生中正常生长、神经发育和新陈代谢所必需的。碘是一种非金属微量元素。
铁是支持基本生物功能的数百种蛋白质和酶的重要组成部分;比如氧气运输、能量生产和DNA合成。血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素和过氧化物酶需要含铁血红素作为其生物活性的假体基。它是所有生物体新陈代谢的关键元素。
镁是一种必需的矿物质,也是数百种酶的辅助因子。镁参与许多生理途径,包括能量产生、核酸和蛋白质合成、离子运输、细胞信号传导,并具有结构功能。其功能如下:
镁参与了300多种必需的代谢反应,下面将讨论其中的一些。
碳水化合物和脂肪的代谢需要大量提供能量
能源生产:依赖镁的化学反应。镁是线粒体中三磷酸腺苷ATP合成蛋白所必需的。ATP是一种为几乎所有代谢过程提供能量的分子,它主要以镁的复合物形式存在(Mg ATP)。
基本分子的合成:在脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和蛋白质的合成过程中,镁是许多步骤所必需的。参与碳水化合物和脂类合成的几种酶需要镁来维持其活性。谷胱甘肽是一种重要的抗氧化剂,它的合成需要镁。
结构作用:镁在骨骼、细胞膜和染色体中起结构作用。
离子跨细胞膜运输。
镁对于钾和钙等离子在细胞膜上的主动运输是必需的。镁通过其在离子传输系统中的作用,影响神经冲动的传导、肌肉收缩和正常的心律。
细胞信号:细胞信号需要Mg ATP来磷酸化蛋白质并形成细胞信号分子环磷酸腺苷(cAMP)。cAMP参与许多过程,包括甲状旁腺分泌甲状旁腺激素(PTH)。
细胞迁移:细胞周围液体中的钙和镁水平影响许多不同类型细胞的迁移。这种对细胞迁移的影响在伤口愈合中可能是重要的。
锰是一种矿物质元素,既有营养价值又有潜在毒性。其功能如下:
锰(Mn)作为多种酶的组成成分和其他酶的激活剂在许多生理过程中起着重要作用
抗氧化功能锰超氧化物歧化酶(Mn SOD)是线粒体中主要的抗氧化酶。因为线粒体消耗了细胞90%以上的氧气,所以它们特别容易受到氧化应激的影响。超氧自由基是线粒体在ATP合成过程中产生的一种活性氧。Mn SOD催化超氧自由基转化为过氧化氢,过氧化氢可被其他抗氧化酶还原为水。
新陈代谢许多锰活化酶在碳水化合物、氨基酸和胆固醇的代谢中起着重要作用。丙酮酸羧化酶(一种含锰酶)和磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶(PEPCK)(一种锰活化酶)在糖异生过程中起关键作用,即由非碳水化合物前体产生葡萄糖。
精氨酸酶是肝脏进行尿素循环所必需的另一种含锰酶,这一过程可以解毒氨基酸代谢过程中产生的氨。在大脑中,锰活化酶谷胱甘肽是一种兴奋毒性神经递质和抑制性神经递质γ -氨基丁酸(GABA)的前体。
骨骼发育锰是糖基转移酶的首选辅因子;这些酶是合成形成软骨和骨骼所需的蛋白聚糖所必需的。
伤口愈合伤口愈合是一个复杂的过程,需要增加胶原蛋白的产生。锰是促进脯氨酸酶活性的必需元素,脯氨酸酶的功能是促进人体皮肤细胞中氨基酸和胶原蛋白的形成。糖氨基聚糖的合成需要锰活化的糖基转移酶,在伤口愈合中也可能起重要作用。
钼原子是四种酶活性部位的钼辅因子的一部分。在人体中,亚硫酸盐氧化物,黄嘌呤氧化酶,醛氧化酶和偕胺肟还原组分。
钼是几乎所有生命形式必需的微量元素。它是许多酶的辅助因子,在全球碳、氮和硫循环中催化重要的化学转化。其功能如下:
钼原子的生物学功能是一种被称为钼辅因子的有机分子。(MoCo)存在于含MoCo酶的活性部位。在人类中,钼被认为是四种酶的辅助因子。
硫酸盐氧化物催化硫酸亚硫酸盐的转化,这一反应对于含硫氨基酸(蛋氨酸和半胱氨酸)的代谢是必要的。
黄嘌呤氧化酶催化核苷酸(DNA和RNA的前体)分解形成尿酸,尿酸有助于血液的血浆抗氧化能力。
醛氧化物和黄嘌呤氧化酶催化羟基化反应,涉及许多具有相似结构的不同分子。黄嘌呤氧化酶和醛氧化物也在药物和毒素的代谢中发挥作用。
线粒体偕胺肟还原组分(mARC)。它的确切功能正在调查中。
磷是细胞膜和核酸的基本结构成分,但也参与了几个生物过程,包括骨矿化,能量产生,通过磷酸化反应的细胞信号传导和酸碱平衡的调节。磷是一种必需的矿物质,身体的每个细胞都需要它来维持正常的功能。磷在所有生物系统中都与氧结合,在体内以磷酸盐的形式存在。其功能如下:
磷是骨骼的主要结构成分,以磷酸钙盐的形式存在,称为羟基磷灰石。磷脂(如。,磷脂酰胆碱)是细胞膜的主要结构成分。所有能量的产生和储存都依赖于磷酸化的化合物,如三磷酸腺苷(ATP)和磷酸肌酸。负责储存和传递遗传信息的核酸(DNA)和RNA是由含磷酸分子组成的长链。许多酶、激素和细胞信号分子的激活都依赖于磷酸化。磷作为人体最重要的缓冲物质之一,也有助于维持正常的酸碱平衡(pH)。此外,含磷分子2,3 -二磷酸甘油酸(2,3 - DPG)与红细胞中的血红蛋白结合,并调节向身体组织的氧气输送。
钾是一种必需的膳食矿物质和电解质。电解质是指在溶液中解离成离子(带电粒子),使其具有导电能力的物质。正常的身体功能依赖于细胞内外钾浓度的严格调节。其功能如下:
维持膜电位:钾离子是细胞内液体中的主要正离子(阳离子),而钠离子是细胞外液体中的主要阳离子。细胞内部的钾浓度比细胞外部高30倍,而钠浓度比细胞外部低10倍以上。钾和钠在细胞膜上的浓度差异产生了一种称为膜电位的电化学梯度。细胞膜电位是由细胞膜上的离子泵维持的,尤其是钠钾- atp泵。泵使用ATP(能量)将钠泵出细胞以换取钾。据估计,它们的活动占一个典型成年人静息能量消耗的20-40%。用于维持钠/钾浓度梯度的大量能量强调了这一功能在维持生命中的重要性。严格控制细胞膜电位对神经冲动传递、肌肉收缩和心脏功能至关重要。
酶的辅助因子少数几种酶需要钾的存在才能发挥活性。钠钾- atp酶的激活需要钠和钾的存在。钾的存在对于丙酮酸激酶的活性也是必需的,丙酮酸激酶是碳水化合物代谢中的一种重要酶。
硒主要作为氨基酸硒半胱氨酸的一部分发挥多种生物学功能,硒半胱氨酸存在于至少25种含硒半胱氨酸的蛋白质(硒蛋白)中。
硒是人体必需的微量元素。人体需要硒来维持一些依赖硒的酶的正常功能,这些酶被称为硒蛋白。其功能如下:
硒蛋白在人类中已经鉴定出25个编码硒蛋白的基因。
谷胱甘肽氧化酵素已鉴定出五种含硒谷胱甘肽过氧化物酶,GPx同工酶均为抗氧化酶,可减少潜在的有害活性氧。(ROS),如过氧化氢和脂质氢过氧化物,通过将它们的还原与谷胱甘肽的氧化结合,转化为无害的产物,如水和酒精。精子发生和男性生育高度依赖GPx4和硒蛋白P (SEPP)。
硫氧还蛋白还原酶在哺乳动物中已鉴定出三种含硒半胱氨酸的硫氧还蛋白还原酶(TRxR)。TrxRs催化多种物质的还原,包括硫氧还蛋白和蛋白二硫异构酶(PDI)。TrxRs也可以作为小抗氧化剂再生的电子供体,可能回收抗坏血酸(维生素C), α硫辛酸,α生育酚(维生素E)和辅酶Q10的氧化形式。TrxRs维持硫氧还蛋白的还原形式对调节细胞生长和存活是重要的。蛋白质硫氧还蛋白与Trx1 (OR Trx3)、NADPH和FAD一起构成硫氧还蛋白抗氧化系统,参与抗氧化酶(如。,Trx1是许多氧化还原(氧化还原)敏感信号蛋白中研究最多的硒蛋白之一,被认为是哺乳动物细胞中主要的抗氧化酶之一。
Iodothyronine deiodonases。(DIOs)是一种硒酶,可以催化碘茄氨酸的去碘化(去除碘)。DIO1和DIO2催化甲状腺素(T4)的去碘化,通过去除[7]内环上的碘原子生成具有生物活性的三碘甲状腺原氨酸T3和T4。
盐(氯化钠)是生命所必需的。人体钠和氯浓度的严格调节是如此重要,以至于多种机制协同工作来控制它们。其功能如下:
钠(NA+和Cl-)是包括血浆在内的细胞外液体(细胞外液)中的主要离子。因此,它们在许多维持生命的过程中起着关键作用。
维持膜电位:钠和氯是电解质,有助于细胞膜的维持和电荷差异。钾是细胞内主要的正离子(阳离子),而钠是细胞外液中的主要阳离子。
营养物质的吸收和运输:钠在小肠中的吸收对氯化物、氨基酸、葡萄糖和水的吸收起着重要的作用。类似的机制涉及这些营养物质从血液中被肾脏过滤后的再吸收。盐酸(HCL)形式的氯化物也是胃液的重要组成部分,它有助于消化和吸收许多营养物质。
维持血容量和血压由于钠是细胞外液容量(包括血容量)的主要决定因素,许多调节血容量和血压的生理机制都是通过调节体内的钠含量来起作用的。在循环系统中,压力感受器(压力感受器)感知血压的变化并向神经系统和/或内分泌腺发送兴奋或抑制信号,从而影响肾脏对钠的调节。一般来说,钠潴留导致水潴留,钠流失导致水流失。
锌是人体分解代谢、结构和调节功能所必需的营养必需矿物质。锌是所有生命形式必需的微量元素。其功能如下:
细胞代谢的许多方面都依赖锌。锌在生长发育、免疫反应、神经功能和生殖等方面发挥着重要作用。在细胞水平上,锌的功能可分为催化、结构和调节三大类。
催化作用:超过300种不同的酶依靠锌来催化重要的化学反应。锌依赖酶可以在所有已知的酶类中找到。
结构的作用:锌在蛋白质和细胞膜的结构中起着重要作用。一个手指状的结构,被称为锌指基序,稳定了许多蛋白质的结构。例如,铜为抗氧化酶铜锌超氧化物歧化酶(Cu Zn SOD)提供了催化活性,而锌在结构上起着关键作用。锌对细胞膜的结构和功能也有影响。锌从生物细胞膜的损失增加了它们对氧化损伤的易感性,损害了它们的功能。
监管职责锌指蛋白已被发现通过作为转录因子(与DNA结合)和影响特定基因的转录来调节基因表达。锌还在细胞信号传导中发挥作用,并被发现影响激素释放和神经冲动传递。锌已被发现在细胞凋亡(基因导向的细胞死亡)中发挥作用,细胞凋亡是一个重要的细胞调节过程,与生长发育有关,也与许多慢性疾病有关。
本文提出了一种新的假说,它将揭示人类医学疾病的发病机制。回顾生理学是很重要的,以便确定它是如何发展到病理生理学导致各种疾病。
我在我的论文b[1]中提出了社会心理压力在脂质过氧化介导的疾病发展中的作用。结合临床经验对文献的进一步审查表明,尽管社会心理压力在疾病的发展中起着重要作用,但其他压力源如果长期存在,也会以类似方式导致疾病的发展。这些压力源在引文中被描述为生物源性压力源。事实上,暴露于各种压力源,如毒素,如香烟烟雾,酒精,药物,辐射,病原体(细菌或病毒)或其他分子,如杀虫剂,被视为抗原,将导致应激反应。HPA和SAM轴被激活。这触发了先天免疫,如果刺激是长期持续的,将激活适应性免疫。
这些机制利用能量有效运作。这是通过细胞代谢速率的增加来实现的。
在以前健康正常的个体中,身体能够通过触发先天免疫来对压力源作出反应,无论是心理压力源还是生物压力源。从而调动碳水化合物和脂肪中储存的能量,从而产生有效的免疫反应。人体以维生素和矿物质的形式获得了足够的微量营养素,使能量途径发挥作用,新陈代谢率也提高了。
然后,身体通过增加这些营养物质的摄入来补充这些储备。然而,当压力源持续暴露于长期的社会心理压力或暴露于香烟烟雾或艾滋病毒或结核杆菌等形式时,适应性免疫被激活。从C反应蛋白和其他炎症标志物的升高可以看出,机体已经启动了炎症反应。这导致能源需求持续增长。细胞代谢速率的不断提高是有要求的。身体必须使用以碳水化合物、脂肪甚至蛋白质形式储存的能量,通过能量途径进行处理,以增加新陈代谢。这些宏观营养素需要微量营养素即。,维生素(主要是烟酸)和矿物质用于能量途径,将储存的能量以ATP的形式转化为化学/代谢能量。随着时间的推移,如果这些营养物质不能跟上能量需求的步伐,它们的水平就会开始下降。这将导致代谢速率降低,因此面对增加的代谢需求,能量产生不足。
烟酸/维生素B3及其衍生物通过参与各能量途径(糖酵解;有氧和厌氧,氧化脱羧,Kreb柠檬酸循环和氧化磷酸化)。它除了在氧化还原反应中发挥作用外,在非氧化还原反应中也发挥重要作用,在许多细胞信号通路、DNA修复、应激反应、转录调节、细胞凋亡、染色质结构和细胞分化中起中间介质作用。生物素是一种B族维生素,在调节染色质结构和基因表达中起着重要作用。叶酸辅酶参与核酸和氨基酸代谢。泛酸是合成辅酶a的前体。核黄素参与氧化还原反应,这对能量代谢途径至关重要,同时也具有抗氧化剂的作用。硫胺素在能量代谢途径中起着重要作用。维生素b6、吡哆醇在血红蛋白和氨基酸合成中起重要作用,在神经系统中,主要的神经递质合成是由PLP依赖酶催化的。维生素b12在DNA、RNA和蛋白质的甲基化反应中起着重要作用。它还催化反应生成琥珀酰Co A,然后进入柠檬酸循环。Vitamin A in addition to its role in vision, is involved in regulating the growth of virtually all cells in the human body, gene expression and normal functioning of immune system. Vitamin C is a potent antioxidant in addition to its role in biosynthesis of collagen, carnitine and catecholamines. Vitamin D in addition to its role in calcium and phosphorus balance, is a potent immune modulator. Vitamin E has antioxidant role. Vitamin K in addition to its role in coagulation also participates in regulation of cellular functions. The role of minerals has already been reviewed. They play essential roles in energy metabolism in conjunction with vitamins.
随着微量营养素缺乏变得严重,细胞代谢逐渐下降,缺乏能量。这有严重的影响。它会导致身体功能缓慢受损,缺乏能量和疲劳。精神疾病是观察新陈代谢缓慢影响的完美模型。精神分裂症患者表现为阴性症状,基本没有活动能力。
维生素D缺乏已被证明与许多疾病有关。它被描述为心脏病的一个独立风险因素,低水平的维生素D与冠状动脉疾病的高发病率和严重程度相关。另一项研究发现维生素D缺乏和精神分裂症之间有很强的联系。一项研究证实,维生素D缺乏与全因痴呆和阿尔茨海默病的风险大幅增加有关。一项研究发现,相当比例的勃起功能障碍患者存在维生素D缺乏症[11]。还有其他几项研究描述了许多其他疾病的维生素D缺乏症。
这些数据支持了维生素D与其他微量营养素缺乏症在这些疾病的发病机制中起重要作用的概念,而不仅仅是联系。
一项针对281名HIV阳性男性的观察性研究发现,较高水平的烟酸摄入量与艾滋病进展率降低和生存期延长有关。
由于代谢减少,大量营养物质如葡萄糖、脂肪和蛋白质不能被细胞充分利用,它们在组织和血液中的水平开始上升。多余的营养物质在某种程度上的储存取决于这个过程的可用能量。为了维持体内平衡,身体通过改变这些营养物质来处理过量的宏量营养素,导致活性氧的产生,炎症和氧化应激,导致组织损伤。这会导致各种组织和器官的功能逐渐丧失。根据目前的研究,身体对过量宏量营养素的反应如下。
高脂血症与动脉粥样硬化的发展有关,动脉粥样硬化导致心血管疾病。
过量的ldl被氧化。引起炎症反应,引起氧化应激,引起组织损伤和大循环动脉粥样硬化[12,13]。
一项研究报告称,胰岛素抵抗是2型糖尿病的一个主要特征,并在多个器官中发展,包括骨骼肌、肝脏、脂肪组织和心脏。高血糖和糖尿病的发病是在多年胰岛素抵抗之前发生的。
这一观察结果支持了这样一个概念,即由于代谢缓慢,细胞对葡萄糖的利用减少,导致组织和血液中的葡萄糖水平升高,导致胰岛素抵抗,因为尽管胰岛素分泌充足,但葡萄糖无法代谢。
高血糖诱导的ROS产生触发多种细胞机制,包括多元醇和己糖胺通量、晚期糖基化产物(AGES)、蛋白激酶c (PKC)激活和NF-k B介导的血管炎症。PKC负责脉管系统的不同结构和功能变化,包括细胞通透性、炎症、血管生成、细胞生长、细胞外基质扩张和凋亡的改变。PKC激活的一个重要结果是ROS生成[14]。
蛋白质和氨基酸还没有得到很好的研究,但我们看到了它作为Tau蛋白和淀粉样原纤维沉积在阿尔茨海默病中的证据。
一项研究表明,Tau蛋白的数量或结构的改变可以影响其作为微管稳定剂的作用,以及它所涉及的一些过程。(Tau蛋白促进组装和稳定微管,有助于神经元的正常功能)。控制Tau聚集的分子机制主要表现为一些改变其结构和构象状态的翻译后修饰。因此,Tau蛋白的异常磷酸化及其功能作为病理实体[15]中成为Tau蛋白的关键机制而受到关注。
目前常见的治疗维生素缺乏症的方法集中在由于饮食中摄入的维生素减少而导致的某种维生素缺乏症上,例如烟酸缺乏症导致糙皮病被引用为二战期间摄入玉米。缺乏维生素D导致佝偻病,缺乏维生素C导致水手坏血病,缺乏维生素b1和硫胺素导致脚气病。
然而,随着时间的推移,环境和生活方式因素发生了变化。营养已经发生了重大变化。饮食模式也不一样。越来越多的人暴露于压力源,如食品防腐剂、洗涤剂、杀虫剂、化妆品、空气污染物、肥料、药物和不断增加的社会心理压力。微量营养素缺乏必须作为多微量营养素缺乏来处理,多微量营养素缺乏是由于持续炎症导致对这些营养素的需求增加而产生的。这导致供需不匹配,导致多种疾病。在目前的情况下,所有的微量营养素都缺乏,替代一种营养素,如维生素D,因为我们经常测量维生素D,可能不会达到预期的效果。在最近的一篇文章中对此进行了讨论。对于复杂的、慢性的、多系统的疾病,如代谢综合征、癌症和神经退行性变,人们不能指望替代一种营养素就能改变原发性疾病的结果,如BMI或痴呆。从生理学上讲,如果一个人缺乏几种营养物质,如果一种营养物质被替换而其他营养物质不被替换,将会受益。另一个重要的考虑因素是微量营养素的数量。 The individual may be taking the nutrients as recommended by the institute of medicine, outlined as Dietary Reference Intake (DRI) of vitamins, minerals and macronutrients. RDI is the intake considered to be sufficient to meet the needs of 97.5% (2 standard deviations between the mean) of the healthy people [15]. In the light of the concepts presented in this paper as the consumption of micronutrients increases with increase in chronic stress in an individual, the quantity of these nutrients have to be matched with demand and higher DRI is indicated for the optimal cell metabolism to occur, in order to meet the higher energy demand.
在最近的一篇文章中对此进行了讨论。生化个别性原则指出,任何营养物的最佳剂量通常因人而异。
虽然列出了多种压力源,它们通过上述机制导致疾病的发展,而且通常它们是绝对触发因素,但压力确实是一个相对因素。因为这是压力源和身体资源之间的不匹配(即。,微量营养素)来满足需求。例如,如果身体有足够的微量和宏量营养素的储存,正常的活动,如吃饭,保持体温或家务可以毫无压力地进行。然而在精神分裂症患者体内微量营养素(即。,烟酸)储备急剧减少,这些活动不可能在没有压力的情况下完成。
因此,汉斯·塞尔耶(Hans Selye)对压力的定义“身体对任何变化需求的非特异性反应”非常全面,因为在营养和需求极度不匹配的情况下,即使是最低需求的普通活动也可能无法完成,而在有充足的微量和宏量营养素供应的情况下,只要组织和器官的氧化应激不会导致永久性的功能丧失,剧烈的活动也可以进行。根据上述观察,压力可被视为长期造成疾病发展的供需不匹配。
如前所述,微量营养素是细胞代谢所必需的。当这些营养物质逐渐缺乏时,身体将能量生产排在第一位(分解代谢),以牺牲合成代谢功能为代价。
这将损害合成蛋白质、激素的能力,并损害细胞信号传导、基因表达、细胞分化、DNA和RNA修复、细胞凋亡等其他功能,从长远来看,这将导致癌症的发展。换句话说,癌症的发展是慢性应激的极端后果[17,18]。
最佳代谢是正常健康和维持体内平衡的先决条件。宏量营养素与微量营养素的不匹配会导致应激或适应负荷。过量摄入宏量营养素,同时微量营养素不足,或长期暴露于压力源,由于需求增加而导致微量营养素缺乏,会导致压力或适应负荷。人体通过保证正常的新陈代谢来维持体内平衡。通过平衡摄取和利用宏量营养素和微量营养素。微量营养素(烟酸为主要营养素)缺乏,导致体内平衡无法实现。因此引起适应负荷,减缓代谢,减少对宏观营养物质的利用,这些营养物质开始积累并经过修饰(ldl氧化),抗氧化机制开始运作,以防止氧化应激,炎症和组织损伤。如果不加以补充,微量营养素的缺乏会继续变得严重,导致各种疾病的发展,现在通常被视为多重发病。
长期缺乏微量营养素(主要是缺乏烟酸)会导致衰老、疾病和癌症的发生。在这些情况下,炎症分别以从低度到严重的逐步方式发展,并将钟摆从健康转移到各种疾病。
管理方法必须侧重于通过恢复新陈代谢来增加宏量营养素的利用,这反过来又将防止这些营养素的积累,使人体的自然防御机制发挥作用;这些功能(如抗氧化功能)的失败会导致氧化应激、炎症和组织损伤。
初级预防:以较高剂量补充所有必需微量营养素以满足需求,可考虑确保最佳细胞代谢并满足增加的能量需求。
二级预防:在提供对症治疗(糖尿病患者使用胰岛素,充血性心力衰竭患者使用利尿剂)的同时,可以继续使用大量必需微量营养素替代,以防止因宏量营养素增加而进一步降低代谢和进一步损害器官。
最后,应在可能的情况下识别并消除压力源。
类似弗雷明汉研究的大规模人群进一步研究可能旨在确定微量营养素相对缺乏的作用(烟酸缺乏的主要作用);在医学疾病的发展方面,如果有必要,通过饮食和补充剂保持这些营养素的最佳水平,具有很强的预防和更好地管理疾病的潜力。
蕾妮Dufault
食品配料与保健研究所
评论文章
收稿日期:2016年8月14日
录用日期:2016年9月23日
发布日期:2016年9月25日
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Zafar R(2016)医学疾病发病机制的新认识。综合食品营养学报3:DOI: 10.15761/IFNM.1000160。
图1所示。来源:人体生理学,细胞结构与功能。
图2。来源:人体生理学,细胞结构与功能。