生物化學(xué)論文

1、 磷脂代謝的研究（浙江工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院 藥學(xué)1002 周彬彬 浙江 杭州310014）摘要：磷脂是人體組織的重要組成物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)，合成，降解對(duì)人體有著重要的意義，代謝過程的異常會(huì)導(dǎo)致人體疾病的發(fā)生，對(duì)人體健康影響巨大。而磷脂的大部分是甘油磷脂，它的結(jié)構(gòu)，合成及降解過程都會(huì)影響我們的身體健康。而隨著科技的發(fā)展，關(guān)于磷脂代謝功能失調(diào)而引發(fā)的疾病的研究也在逐步加深，并取得了較好的研究成果。也使得我們加深了對(duì)人體新陳代謝的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：磷脂 合成 降解 疾病1 磷脂的基本特性 磷脂是一類含有磷酸的脂類，機(jī)體中主要含有兩大類磷脂，由甘油構(gòu)成的磷脂稱為甘油磷脂；由神經(jīng)鞘氨醇構(gòu)成的磷脂，稱為鞘磷脂。其結(jié)構(gòu)特

2、點(diǎn)是：具有由磷酸相連的取代基團(tuán)(含氨堿或醇類)構(gòu)成的親水頭和由脂肪酸鏈構(gòu)成的疏水尾。在生物膜中磷脂的親水頭位于膜表面，而疏水尾位于膜內(nèi)側(cè)。 磷脂廣泛存在于生物休內(nèi)。特點(diǎn)是它們的不均一性和高度混雜性。它們的共同特點(diǎn)是在水解后產(chǎn)生合有脂肪酸和磷酸的混合物。磷脂是七物膜的重要組成部分，磷脂雙分子層構(gòu)成膜對(duì)各種分子的話透性屏障，因此在細(xì)胞的組織機(jī)構(gòu)中起重要作用。磷脂分子內(nèi)的非極性碳氧茄借范德瓦零斯力聯(lián)合在一起。極性端能使磷胎分子自身排列成片月戎收點(diǎn)狀從而易于嵌入蛋白質(zhì)而構(gòu)成生物膜。磷脂種類繁多周轉(zhuǎn)串快。各種生物器官，不同的組織，甚至各種細(xì)胞器膜都合有不同的磷脂織分，而磷脂的極性成分和其脂肪酸組成又有很

3、大差異。這就要求生物體精確地控制各種磷脂的代謝和膜磷脂的裝配，閣此詳盡地研究和了解磷脂在生物休內(nèi)的合成，降解，周轉(zhuǎn)及其調(diào)節(jié)控制，對(duì)于生物膜的發(fā)生、修復(fù)更新和在機(jī)體內(nèi)的功能的研究，都具有不容置疑的重要性。12 磷脂的代謝磷脂代謝指磷脂在生物體內(nèi)可經(jīng)各種磷脂酶作用水解為甘油、脂肪酸、磷酸和各種氨基醇（如膽堿、乙醇胺、絲氨酸等）。甘油可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岫u丙酮，參加糖代謝。脂肪酸經(jīng)-氧化作用而分解。磷酸是體內(nèi)各種物質(zhì)代謝不可缺少的物質(zhì)。各種氨基醇可以參加體內(nèi)磷脂的再合成，膽堿還可以通過轉(zhuǎn)甲基作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)。磷脂合成時(shí)，乙醇胺或膽堿與ATP在激酶的作用下生成磷酸乙醇胺或磷酸膽堿，然后再與CTP作用轉(zhuǎn)變

4、成胞二磷乙醇胺或胞二磷膽堿。胞二磷乙醇胺或胞二磷膽堿再與已生成的甘油二酯（見甘油三酯的生成）合成相應(yīng)的磷脂。 所以，磷脂的代謝主要分為甘油磷脂代謝和橋磷脂代謝兩部分。其中主要以甘油磷脂為主。2.1 甘油磷脂代謝2.1.1 甘油磷脂的結(jié)構(gòu)，分類，組成 組成：甘油、脂酸、磷酸及含氮化合物等結(jié)構(gòu)： R2=常為花生四烯酸X = 膽堿、水、乙醇胺、 絲氨酸，甘油、肌醇、磷脂酰甘油等圖1 甘油磷脂結(jié)構(gòu)分類：甘油磷脂主要由以下幾種構(gòu)成，如表1 表1 機(jī)體內(nèi)幾類重要的甘油磷脂 X-OH X取代基甘油磷脂的名稱水 H 磷脂酸膽堿磷脂酰膽堿（卵磷脂乙醇胺CH2CH2NH3+ 磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）絲氨酸CH2CH

5、NH2COOH 磷脂酰絲氨酸甘油CH2CHOHCH2OH磷脂酰甘油磷脂酰甘油二磷脂酰甘油（心磷脂）肌醇磷脂酰肌醇 相較于鞘磷脂，甘油磷脂有其特殊的結(jié)構(gòu)組織，正是這特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使它擁有特殊的功能，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：如圖2 圖2 甘油磷脂特點(diǎn)2.1.2 甘油磷脂的合成 甘油磷脂的合成場(chǎng)所及原料 甘油磷脂的合成在細(xì)胞質(zhì)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上進(jìn)行，通過高爾基體加工，最后可被組織生物膜利用或成為脂蛋白分泌出細(xì)胞。機(jī)體各種組織(除成熟紅細(xì)胞外)即可以進(jìn)行磷脂合成。2合成的部位：全身各組織細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)均有合成磷脂的酶系，以肝、腎、腸等組織最為活躍。合成原料及輔因子：脂酸、甘油：由糖代謝提供，多不飽和脂酸：從植物油攝取，磷

6、酸鹽：由ATP提供，含氮化合物：從食物攝取或體內(nèi)合成，CTP：構(gòu)成活化的中間物。其中磷脂酸可由糖和脂轉(zhuǎn)變生成的甘油和脂肪酸生成(詳見甘油三酯合成代謝)，但其甘油C2位上的脂肪酸多為必需脂肪酸，需食物供給。取代基團(tuán)中膽堿和乙醇胺可由絲氨酸在體內(nèi)轉(zhuǎn)變生成或食物供給。32.1.2.2 磷脂合成的不同的途徑 甘油磷脂的合成有不同的反應(yīng)途徑，其中最主要的兩個(gè)途徑是：（1）甘油二酯合成途徑 ：磷脂酰膽堿及磷脂酰乙醇胺主要通過此途徑合成，甘油二酯是合成的重要中間產(chǎn)物，膽堿和乙醇胺由活化的CDP-膽堿及CDP-乙醇胺提供。（2）CDP-甘油二酯合成途徑：磷脂酰肌醇、磷脂酰絲氨酸及心磷脂由此途徑合成，活化的CD

7、P-甘油二酯是合成這類磷脂的直接前體和重要中間物。具體反應(yīng)途徑如下圖所示 圖3 甘油磷脂合成 總結(jié)為以下的具體合成過程 ：1.磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺：這兩種磷脂生成是由活化的CDP膽堿與CDP-乙醇胺和甘油二脂生成。此外磷脂酰乙醇胺在肝臟還可由與腺苷蛋氨酸提供甲基轉(zhuǎn)變?yōu)榱字Ｄ憠A。2.磷脂酰絲氨酸：體內(nèi)磷脂酰絲氨酸合成是通過Ca+激活的酰基交換反應(yīng)生成，由磷脂酰乙醇胺與絲氨酸反應(yīng)生成磷脂酰絲氨酸和乙醇胺。磷脂酰乙醇胺+絲氨酸磷脂酰絲氨酸+乙醇胺。3.磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油和心磷脂。上述三者生成是由活化的CDP甘油二酯與相應(yīng)取代基團(tuán)反應(yīng)生成。4.縮醛磷脂與血小板活化因子縮醛磷脂與血小板活化因子

8、的合成過程與上述磷脂合成過程類似，不同之處在于磷脂酸合成之前，由糖代謝中間產(chǎn)物磷酸二羥丙酮轉(zhuǎn)變生成脂酰磷酸二羥丙酮以后，由一分子長(zhǎng)鏈脂肪醇取代其第一位脂酰基，其后再經(jīng)還原(由NADPH供H)、轉(zhuǎn)?；炔襟E合成磷脂酸的衍生物。此產(chǎn)物替代磷脂酸為起始物，沿甘油三酯途徑合成膽堿或乙醇胺縮醛磷脂。血小板活化因子與縮醛磷脂的不同在于長(zhǎng)鏈脂肪醇是飽和長(zhǎng)鏈醇，第2位的脂?；鶠樽詈?jiǎn)單的乙酰基。4 除以上反應(yīng)途徑外，甘油磷脂還有一種特殊的合成途徑，磷脂交換蛋白。合成在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜外側(cè)面進(jìn)行，在胞液中存在一類能促進(jìn)磷脂在細(xì)胞內(nèi)膜之間進(jìn)行交換的蛋白質(zhì)，稱磷脂交換蛋白。不同的磷脂交換蛋白催化不同種類的磷脂在膜之間進(jìn)行交換

9、，合成的磷脂即可轉(zhuǎn)移至不同細(xì)胞器膜上，從而更新其磷脂。2.1.3 甘油磷脂的降解在生物體內(nèi)存在一些可以水解甘油磷脂的磷脂酶類，其中主要的有磷脂酶A1、A2、B、C和D，它們特異地作用于磷脂分子內(nèi)部的各個(gè)酯鍵，形成不同的產(chǎn)物。這一過程也是甘油磷酯的改造加工。 磷脂酶A1：自然界分布廣泛，主要存在于細(xì)胞的溶酶體內(nèi)，此外蛇毒及某些微生物中亦有，可有催化甘油磷脂的第1位酯鍵斷裂，產(chǎn)物為脂肪酸和溶血磷脂2。磷脂酶A2：普遍存在于動(dòng)物各組織細(xì)胞膜及線粒體膜，能使甘油磷脂分子中第2位酯鍵水解，產(chǎn)物為溶血磷脂1及其產(chǎn)物脂肪酸和甘油磷酸膽堿或甘油磷酸乙醇胺等。溶血磷脂是一類具有較強(qiáng)表面活性的性質(zhì)，能使紅細(xì)胞及其

10、他細(xì)胞膜破裂，引起溶血或細(xì)胞壞死。當(dāng)經(jīng)磷脂酶B作用脫去脂肪酸后，轉(zhuǎn)變成甘油磷酸膽堿或甘油磷酸乙醇胺，即失去溶解細(xì)胞膜的作用。磷脂酶C：存在于細(xì)胞膜及某些細(xì)胞中，特異水解甘油磷脂分子中第3位磷酸酯鍵，其結(jié)果是釋放磷酸膽堿或磷酸乙醇胺，并余下作用物分子中的其他組分。磷脂酶D：主要存在于植物，動(dòng)物腦組織中亦有，催化磷脂分子中磷酸與取代基團(tuán)(如膽堿等)間的酯鍵，釋放出取代基團(tuán)。 圖4 甘油磷脂的代謝2.2 鞘磷脂的代謝2.2.1 鞘磷脂的結(jié)構(gòu)，組成 鞘磷脂的組成與架構(gòu)相較于甘油磷脂在于特點(diǎn)是不含甘油而含鞘氨醇。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下圖： 圖5 鞘磷脂結(jié)構(gòu) X=磷脂膽堿 、磷脂乙醇胺、單糖或寡糖.2.2.2 鞘

11、磷脂的合成 體內(nèi)的組織均可合成鞘磷脂，以腦組織最為活躍，是構(gòu)成神經(jīng)組織膜的主要成分，合成在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上進(jìn)行。 以脂酰CoA和絲氨酸為原料，消耗NADPH生成二氫鞘氨醇，進(jìn)而經(jīng)脂肪酰轉(zhuǎn)移酶作用生成神經(jīng)酰胺。 圖6 鞘磷脂合成2.2.3 鞘磷脂的降解鞘磷脂經(jīng)磷脂酶(sphingomyelinase)作用，水解產(chǎn)生磷酸膽堿和神經(jīng)酰胺。如缺乏此酶可引起肝、脾腫大及神經(jīng)障礙如癡呆等鞘磷脂沉積癥。3 磷脂代謝異常與疾病 我們知道，甘油磷脂在人體內(nèi)有重要的生理共能，（1）磷脂是構(gòu)成生物膜的重要成分（2）磷脂酰肌醇是第二信使的前體（3）縮醛磷脂存在于腦和心肌組織中。磷脂作為生物膜的基本組成物質(zhì)，其合成和代謝不

12、僅在細(xì)胞生理活動(dòng)中發(fā)揮重要的角色。而且磷脂具有降血脂、抗氧化、抗疲勞、抗衰老、健腦益智等防治心腦血管疾病、脂肪肝等作用。5 所以，當(dāng)磷脂代謝異常時(shí)，大量膜磷脂降解產(chǎn)生溶血磷脂，白細(xì)胞三烯，前列腺素等活性物質(zhì)，這些物質(zhì)與炎性反應(yīng)、免疫、過敏及心血管疾病等許多霞要病理過程密切相關(guān)。3.1 磷脂代謝異常與心腦血管疾病研究證明，脂蛋白相關(guān)磷脂酶A2(PLA2)通過水解氧化低密度脂蛋白(OXLDL)上的氧化卵磷脂產(chǎn)生LPC和氧化的非酯化游離脂肪酸等促炎物質(zhì)起到促動(dòng)脈硬化作用6溶血磷脂酸(1ysophosphatidic acid，LPA)是一種具有生物學(xué)活性的磷脂信使。它主要在細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成，也可通過

13、磷脂酶D和磷脂酶A2對(duì)細(xì)胞膜I-的磷脂水解而產(chǎn)生，由血小板活化聚集而釋放。LPA是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種在動(dòng)脈粥樣硬化與缺血性心腦血管病發(fā)生過程中起核心作用的脂類分子7膜磷脂迅速降解是心肌缺血、腦缺血后再灌注損傷的重要原因，。腦缺血再灌注恢復(fù)氧供后誘發(fā)自由基產(chǎn)生，自由基誘發(fā)PLA2活性增加和脂質(zhì)過氧化使生物膜磷脂降解。并且，當(dāng)細(xì)胞膜出現(xiàn)損傷可使鈣離子涌入超載，使PLA2活力增加失控，其作用此時(shí)已表現(xiàn)為對(duì)生物膜破壞性降解，最終造成膜功能喪失，導(dǎo)致相應(yīng)神經(jīng)元死亡8由此而引發(fā)了人體的心腦血管疾病。3.2 磷脂代謝與脂肪肝、胰腺炎等其他疾病3.2.1 脂肪肝肝臟中的三酰甘油需磷脂才能運(yùn)出，故脂肪肝與磷脂代謝

14、異常關(guān)系密切。當(dāng)機(jī)體膽堿缺乏時(shí)，會(huì)使肝中磷脂酰膽堿合成減少，由于體內(nèi)磷脂不足，影響體內(nèi)脂蛋白的形成，結(jié)果肝內(nèi)脂肪不能轉(zhuǎn)運(yùn)出而積聚于肝細(xì)胞內(nèi)發(fā)生脂肪肝，肝功能減退，最終引起肝硬化。3.2.2 胰腺炎 磷脂酶是磷脂代謝中的關(guān)鍵酶，在生理?xiàng)l件下，磷脂酶是生物膜磷脂更換的正常水解酶。而研究證實(shí)，許多急慢性炎性疾病都與磷脂酶水解磷脂作用有關(guān)。其中PLA2是炎性反應(yīng)過程中脂類介質(zhì)產(chǎn)生的主要限速酶，而且它本身還是一種血管活性物質(zhì)和炎性介質(zhì)，皮下注射PLA：可引起局部皮膚持續(xù)性充血和急性炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。9也因此導(dǎo)致了胰腺炎等疾病的發(fā)生。3.2.3 其他代謝疾病磷脂是保持肺泡正常舒縮、保持大小肺泡之間相對(duì)穩(wěn)定、保

15、持肺泡與毛細(xì)血管間正常的流體靜壓的物質(zhì)基礎(chǔ)，所以磷脂代謝異常或磷脂不足，將會(huì)發(fā)生新生兒或成人(尤其是休克脫險(xiǎn)后)呼吸窘迫綜合征、肺不脹、肺水腫、肺炎等。此外，有一種神經(jīng)磷脂沉積病(耐曼·皮克氏病)，系常染色體隱性遺傳性疾病?；颊哂捎谌狈ι窠?jīng)磷脂酶，神經(jīng)磷脂代謝異常，在網(wǎng)織內(nèi)皮細(xì)胞，神經(jīng)節(jié)細(xì)胞及一些內(nèi)臟的實(shí)質(zhì)細(xì)胞內(nèi)發(fā)生神經(jīng)磷脂的沉積。所以，研究好磷脂代謝的過程，將對(duì)我們控制心腦血管，炎癥等疾病的發(fā)生有著積極的意義。目前，在該方面的發(fā)展已經(jīng)取得較好的成果。4 結(jié)語(yǔ) 磷脂作為生物膜的重要脂類成分，其正常代謝在細(xì)胞維持生命活動(dòng)物質(zhì)、能量交換中具有重要意義。而甘油磷脂是磷脂的重要組成部分。其豐

16、富非物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定了一系列的代謝途徑，其中主要由卵磷脂，腦磷脂，磷脂酰絲氨酸，磷脂酰甘油，磷脂酰肌醇構(gòu)成，由不同的途徑合成。在人體代謝過程結(jié)束后，經(jīng)過復(fù)雜的降解途徑最終轉(zhuǎn)變成甘油，脂肪酸及磷酸等進(jìn)行其他的物質(zhì)的合成或氧化后排出體外。由于其重要代謝過程中產(chǎn)生的的一系列的物質(zhì)對(duì)人體有重要的作用，所以磷脂代謝異常將可能引發(fā)心腦血管，胰腺炎，脂肪肝的疾病，使人體健康受到威脅。也因此，了解磷脂的代謝對(duì)控制疾病，促進(jìn)人體健康又重要意義。參考文獻(xiàn)1 陳麗筠 脂質(zhì)生物化學(xué)Q 1998 11(1)2 生物化學(xué)與分子生物學(xué)作家 生物化學(xué)與分子生物學(xué)Q 生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 2004 73 生物化學(xué)與分子生物學(xué)作家 生物化學(xué)與分子生物學(xué)Q 生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 2004 74 生物化學(xué)與分子生物學(xué)作家 生物化學(xué)與分子生物學(xué)Q 生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 2004 75 韓建科 磷脂代謝與血管病變發(fā)生研究進(jìn)展 河北以嶺醫(yī)藥研究院J 2010 8（1）6 Zalewski A，Nelson JJ，Hegg L，et a1Lp-PLA2：A new kid on the blockJClin Chem，2006，(52)：1645-16507 Karliner js