營養學/維生素B2
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5.7.1 結構及性質
維生素B2又名核黃素（Riboflavin,VB2），它是核醇與7，8-二甲基異略嗪的縮合物（圖5-1`6）；為黃褐色針狀結晶，溶解度較小，在27.5℃時溶解度為12mg%。核黃素5-磷酸較易溶解，二者在鹼性溶性液及光照下均易分解，其熒光由於三位亞氨基。光分解側鏈可得光色素、光黃素及甲醯甲基黃素。在消化道內，腸內微生物也可將其分解為甲醯甲基黃素等（圖5-170。
圖5-16 維生素B2結構式
植物能合成核黃素，動物一般不能合成，必須由食物供給，但在哺乳動物腸道中的微生物可以合成並為動物吸收，但其量甚微，不能滿足需要。
核黃素的輔酶有二種形式；即黃素單核苷酸（FMN）和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）（圖 5-18）。
5.7.2 代謝
核黃素或其輔酶在食物中與蛋白質結合形成複合物——黃素蛋白，從乳、蛋中得來後，經消化道內蛋白酶、焦磷酸酶水解為核黃素。有些黃素蛋白釋放出8α-胺基酸（半胱氨酸或組氨酸）核黃素可以吸收，但無生物效用。
人在小腸近端吸收核黃素。正常人吸收迅速，吸收量與劑量成比例，直到攝取量為25mg時都很穩定。核黃素與其他食品一起攝入，增加其吸收。腸胃道功能紊亂及膽管阻塞都可導致吸收不良。維生素B2在大腸內也可吸收、吸收的機理因劑量大小而異，低劑量時為主動吸收，需要Na+。在劑量為0.2ugmol時，有最大的吸收率，大劑量時為擴散吸收。
圖5-17 核黃素5-磷酸的分解產物
維生素B2都是以輔酶形式存在於血、組織及體液中，從血流到組織（如肝）細胞中，游離式的核黃素，才能透過細胞膜到細胞內。核黃素類似物如半乳糖黃素及核黃黃素，可能阻止維生B2在黃素激酶（Flavokinase）作用下，轉變為FMN。這種激酶存於許多細胞漿內，但在肝及小腸內的活力特別高。黃素激酶作用時需要ATP及二價陽離子，它也作於維生素B2的類似物，胺基酸的衍生物為干擾劑。維生素B2除掉側鏈後生成物，如光黃素都是干擾劑。
FAD是由FMN通過FAD合成酶作用形成的。此酶廣泛存在於組織的胞漿內，也需要ATP二價陽離子，FMN及其類似物都可作為底物、異核黃素干擾其活力，對FMN及FAD有拮抗作用。維生素B2缺乏及甲狀腺過多時，FAD合成酶活力增加。
水解FMN及FAD的酶廣泛存在各組織中。FMN磷酶在鹼性或酸性中都能作用，在肝中酸性磷酸對FMN的作用較強，在維生素B2缺乏時，並不影響FMN磷酸酶的活力。FAD焦磷酸酶也能促使FAD水解。它在肝病病人的血清中升高。
維生素B2經腎小球濾過，可在腎小管中再吸收。在血清維生素B2濃度低時，尿排出量較少，為一常數。但血清維生素B2達到1μg.ml-1時，排出增多。維生素B2攝取量愈小，體內儲存百分率愈大。給予大鼠55μg14C-一維生素B2，10%的14C從尿中排出，3%在大便中排出，1%從呼吸道以CO2形式排出。但如劑量增加（15μg.ml-1飼料），10%14C從便中排出。所以核黃素主要從尿中以游離式排出。腸道細菌分解的僅為一小部分，而且環狀部比較穩定，僅側鏈分解。維生素B2在體內的轉換率與劑量大小有關，大鼠正常劑量時，每日排出15～20μg維生素B2，生物半壽期為16日，劑量大時排出多，生物半壽期也短。
大鼠皮下注射6倍正常劑量的標記維生素B2，1h後，腎、小腸及肝有最高放射活性。腹腔注射後，其分泌情況與皮下注射者一樣，但肝中之量非常高。FMN在腸中合成，FAD在腎中及肝中合成。其合成放射活性維生素B2＞FMN＞FAD，說明了合成的次序。如腹腔內注射中等劑量，量高放射活性在肝及腎中，其次為腸，再次為其他組織，而血中最低。在肝中主要為FAD。皮下注射正常劑量，1.5h後，肝中有17%的放射活性。其中80%為FAD。
圖5-18 核黃素嘌呤二核苷酸（FAD）
5.7.3 生理功能
維生素B2是維持動物正常生長所必需的因素，嚴重缺乏時生長停頓。有些局部損害，如在口角處因維生素B2的缺乏而發生糜爛。在懷孕時，如維生素B2缺乏，可致畸胎，但在人類尚未發生這種情況。動物試驗證明有些白內障與維生素B2缺乏有關，可用FAD預防。
維生素B2主要功能是構成體內許多黃素酶中的輔酶（FMN，FAD）。這些酶為電子傳遞系統中的氧化酶及脫氫酶（圖5-19），前者將還原型的輔酶與分子氧直接起作用，生成過氧化氫，作用較快。後者所催化的反應是從底物上將一雙氫原子直接遞給FMN或FAD，形成還原型的FMNH2或FADH2，它們的脫氫仍需呼吸鏈上的其他因素，不能直接被分子氧所氧化，作用緩慢。在緩慢。在呼吸鏈上FMNH或FADH氧化能力比NADPH要強一引起，它可以直接與氧作用，而NAPH只能間接與氧作用。FMN或FAD常常是接受NADPH遞給的氫使其變成FMNH或FADH。
圖5-19 黃素酶的作用
黃素蛋白處於氧化狀態時，在波長370及450nm處，有較寬的吸收峰；處於還原態時，在450nm的峰消失。有些黃素蛋白除含黃核苷酸外，還含有金屬離子（如鐵、鉬、鋅），也是這些酶所需要的。
圖5-20 琥珀酸脫氫酶中的組氨酸
FMN或FAD與酶蛋白結合，一般是通過 8位上的亞甲基與酶蛋白上的半胱酸、組氧酸或氨酸相聯結。（圖5-20）。維生素B2輔酶有三種功能形式圖5-21。
（1）以維生素B2為輔酶的氧化酶可分為下列類型：
① 黃素接受電子後又被氧化形成H2O2如葡萄糖氧化酶。
圖5-21 維生素B2輔酶三種功能形式
D-葡萄糖+O2→D-葡萄糖內酯+H2O2
② 形成底物-酶複合體並繼續繼續形成中間體，直到與O2作用後，此底物脫氫與複合體分開，如d,1-胺基酸氧化酶。中間體可能為輔酶與底物相偶聯，與O2作用後，亞胺基酸水解為α-酮酸及氨，並生成氧化型的酶及H202。
③黃嘌呤氧化酶更為複雜，有二個活動點，一個活動點有1個Mo原子與二個Fe-S中心，Fe-S中心為了維持Mo在氧化狀態，另一活動點為FAD分子。底物首先與氧化Mo（6價）作用，再與FAD作用形成FADH2形成FADH2，最後與氧化作用形成H2O2。
④混合功能氧化酶（黃素單氧化酶），如此類酶催化氧分子中的一個氧原子到底物中去另一個原子形成水。如底物本身供給電子以水者叫做內部黃素氧化酶，其反應式如下：其中-XH可為-OH或-NH2。
如果由NADPH（或NADH）作為還原劑以形成水者，叫做外部黃素氧化酶，一些芳香族化合物的羧基化（如肝犬尿氨酸羧化酶）需要此酶，反應式如下：
AH+NAD（P）H+H++O2→A-OH+H2O+NAD（P）+（AH為底物）
實際上這些羧基化酶的輔酶（核黃素部分）先氧化為氧化型者，則與NAD（P）H作用又還原為還原型者。
⑤微粒體混合功能氨氧化酶，此酶在肝微粒體中，其底物為半胱胺，氧化為胱胺，除黃素蛋白外，還需要NADPH及氧的參加，此反應產生-S-S-以合成蛋白的雙硫鍵。
（2）維生素B2脫氫酶。無金屬黃素蛋白的脫氫酶，包括有二氫硫辛醯胺脫氫酶（dihydro lipoamide dehydrogenase）、麥胱甘肽還原酶（glutathione reduetase）、硫氧還蛋白還原酶（thioredoxin reductase）、NADH-細胞色素b3還原酶（NADH-cyutochrome b2reductase）及NAD（P）H-細胞色素P450還原酶（NAD（P）H-cytoehrome P-450reductase）前三者為NAD（P）雙硫氧化原酶系統（圖5-22）。
NADH-細胞色b3還原酶催化NADH的H轉移至FAD而形成FADH2再將電子轉移到氧化型細胞色素b3上將其還原，NADPH-細胞色素P450還原酶電子供體為NADPH，但還有一分子FAD及一個分子FMN，微粒體中NADPH-細胞色素C還原酶包括2個分子FAD。
圖5-22 FAD-雙硫氧化還原酶系統
含金屬的黃素蛋白脫氫酶數量很多，包括呼吸鏈中含有NAD（P）H的脫氫酶，其中研究較多者為NADH脫氫酶及琥珀酸脫氫酶，因其與氧化磷酸化有聯繫。琥珀酸脫氫酶與FAD及2個Fe-S中心偶聯，再與輔酶Q相聯。NADH-輔酶Q脫氫酶每個FMN有4個Fe-S中心，每個中心有2～4個鐵原子，NADH還原黃素蛋白，然後將電子傳遞到離NAD相近Fe-S中心，再傳遞到與輔酶Q相近的Fe-S中心，最後傳遞到輔酶Q上。
另外在粒線體中有溶解的FAD蛋白，它把醯基CoA脫氫酶的氧化作用與輔酶Q的還原聯繫起來。這種FAD蛋白叫做電子傳遞蛋白（electron-transferring flavoprotein,ETF）。
5.7.4 來源
腸中細菌可以合成維生素B2，但為量不多，主要尚須依賴食物中供給。牛奶、雞蛋含維生素B2比較豐富，綠色蔬菜中也有，但植物性食品的維生素B2含量不高。我國以植物性食品為主，維生素B2攝取量偏低。維生素B2熱較穩定，但在光的影響下，易於破壞。牛奶中的維生素B2暴露在光中，在不正常味道發生前，光分解就已發生。放置在光中4h，維生素B2損失約71%，烹調損失較小，但如將烹調水廢棄，溶於水的維生素B2遭到損失。將維生素B2混入食物中，在儲藏過程也比較穩定。在室溫中，充氨密封條件下，儲存1～2年，還能保存50%以上。
5.7.5 需要量
（1）營養評價指標 一般仍以尿中維生素B2排出量、紅細胞維生素B2含量及紅細胞麥胱甘胱還原酶活力等為維生素B2的營養指標，其中較為靈敏者為紅細胞麥胱甘肽還原酶。大鼠肝及器官中都有磷吡哆胺氧化酶（pyridoxamine 5'-phosphate oxidase），如大鼠缺乏維生素B2，此酶活力有改變，缺乏4周時達到嚴重缺乏程度，此酶活力也降至最低值，這個指標仍在動物試驗階段。
（2）需要量 從我國維生素B2需要量的試驗結果來看，每日取量0.70～1.16mg者，試驗期共計10周，舌面乳頭漸趨扁平、光滑甚或萎縮，但無其他缺乏症象。攝取量12.53mg組，尿排出量上升，根據其轉折點計算相當1.2mg攝取量，所以以此為最低需要量，1.5mg為適宜要量。這與Horwitt綜合其他作者之結果是一致的。他認為每日取量的0.8～0.9mg2年久，並無缺乏症象的出現，從尿排出量來看，攝取量1.2mg,維生素B2在組織中可能有少量儲存。攝取量0.55～1.10mg.d-1尿中維生素B2排出量為攝取量的10%，每日取量1.3mg或更高時，排出量大於20%。
維生素B2的需要量與熱量及勞動強度沒有關係，但與蛋白質需要量有關係，生長迅速，創傷恢復，懷孕與哺乳期蛋白質需要增加，維生素B2需要量也增加。供應量嬰兒每日～0.6mg,兒童0.6～1.2mg，成人1.3～1.7mg，孕婦及乳母1.8～2.0mg。治療劑量為一次mg或一次mg.d-1,每日3次，由於維生素B2不易溶解，如期望治療效果快一些，可用肌肉注射25mg維生素B2。為了預防我國維生素B2缺乏，以維生素B2月桂酸酯150mg（相當於75mg維生素B2）油針劑肌肉注射，由於釋放緩慢，注射一次可維持成人維生素B2正常達2～3月久。
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