花生四烯酸

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花生四烯酸
IUPAC名
(5Z,8Z,11Z,14Z)-5,8,11,14-Eicosatetraenoic acid
系统名
(5Z,8Z,11Z,14Z)-Icosa-5,8,11,14-tetraenoic acid[1]
英文名 Arachidonic acid
别名 全順式-5,8,11,14-二十碳四烯酸

all-cis-5,8,11,14-Eicosatetraenoic acid

缩写 AA; ARA
识别
CAS号 506-32-1  ✓
PubChem 444899
ChemSpider 392692
SMILES
InChI
Beilstein 1713889
3DMet B00061
EINECS 208-033-4
ChEBI 36306
RTECS CE6675000
DrugBank DB04557
KEGG C00219
MeSH Arachidonic+acid
性质
化学式 C20H32O2
摩尔质量 304.47 g·mol−1
精确质量 304.240230268 g mol-1
密度 0.922 g/cm3
熔点 -49 °C(224 K)
沸点 169-171 °C(442-444 K)(at 0.15 mmHg)
log P 6.994
pKa 4.752
危险性
警示术语 R:R19
NFPA 704
NFPA 704.svg
1
1
0
 
闪点 113 °C
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

花生四烯酸(20:4Δ5c,8c,11c,14c),簡稱AAARA,是一種廣泛存在於細胞膜上的ω-6多不飽和脂肪酸,特定情況下亦為一種必需脂肪酸。作為類花生酸的主要前體,它在細胞內會經過「花生四烯酸級聯」(arachidonic acid cascade)而產生多種的信號分子,主要作用於炎症反應介導及突觸傳導細胞信號傳遞過程,其自身亦能直接作為第二信使參與以上過程的調控。作為細胞膜上部分甘油磷脂的組成部分,花生四烯酸亦發揮着控制細胞膜流動性的作用。[2]從發育上而言,足夠的花生四烯酸則對部發展有着一定重要性。

脂肪酸可經人體自行合成或從食物中攝取。動物食品是此脂肪酸的主要攝取來源,當中以魚類最為豐富。而植物食品等攝取來源普遍含有偏低含量,因此素食者或需從植物油等替代來源攝取花生四烯酸。[3]

歷史[编辑]

化學結構[编辑]

AAnumbering.png

化學結構上,花生四烯酸是一個由二十個碳原子所組成而含有四個順式雙鍵羧酸長鏈;從ω端數起,第一個雙鍵位於第六個碳原子之上。[1]

生物合成及必需性[编辑]

亞油酸-花生四烯酸的轉化
步驟 催化酶 中間產物
1 6-去飽和酶英语Linoleoyl-CoA desaturase γ-次亞麻油酸
2 加長酶英语elongase 雙同-γ-次亞麻油酸英语Dihomo-γ-linolenic acid
3 5-去飽和酶英语FADS1 花生四烯酸 (最終產物)

動物細胞一般具備合成花生四烯酸的能力,故其一般被視為一種非必需脂肪酸。合成過程主要在肝臟中進行,由亞油酸作為底物在去飽和酶和加長酶的作用下被轉化而成[2]。其對亞油酸的轉化率受途徑的限速酶6-去飽和酶英语Linoleoyl-CoA desaturase的能力所限制,即使大幅提升膳食中的LA攝取對提升細胞中ARA含量的效果亦非常有限[4]。植物細胞則欠缺相關的酶而不具備將亞油酸轉化為花生四烯酸的能力[3]

人類[编辑]

成年人體的合成能力一般足以滿足其身體及腦部所需,但在缺乏亞油酸或欠缺將其轉化的能力等情況下,亦會有著從食物攝取花生四烯酸的必需性(因此被稱為條件性必需脂肪酸)。[4][5]

至於嬰兒的合成能力被認為非常有限,因此花生四烯酸的外來攝取對於嬰兒則有著高度必需性。[6]

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食物攝取[编辑]

攝取需求[编辑]

攝取來源[编辑]

來源[3] 每100克含量
(mg)
肉類
雞肉 (生) 79 - 104
豬肉 (生) 68 - 80
牛肉 (生) 24 - 40
海產類
沙丁魚 (罐頭) 160 - 190
三文魚 (生) 31 - 127
奶蛋類
雞蛋 (生) 150 - 156
忌廉芝士 38 - 50

細胞中的儲存和釋放[编辑]

去醯化/再醯化循環[编辑]

花生四烯酸在細胞中會參與膜磷脂的去醯化/再醯化循環[a],而以甘油磷脂的形式被儲存在細胞膜細胞內膜之中。在此循環中內質網上原有經從頭合成途徑合成的甘油磷脂先在sn-2位置上被磷脂酶A2英语Phospholipase A2水解(去醯化),釋放出該位置上的脂肪酸並產生溶血磷脂。同時花生四烯酸會被花生四烯醯-輔酶A合成酶英语Arachidonate—CoA ligase活化成花生四烯醯-輔酶A,花生四烯醯基其後再在溶血磷脂酰基轉移酶英语MBOAT7的作用下被轉移到溶血磷脂(再醯化),終而形成帶有花生四烯酸的甘油磷脂[b][7],這些甘油磷脂隨後便會被轉移到細胞膜或核膜等內膜上,並有機會再進入新的循環。[8][9]

去醯化步驟的磷脂酶A2英语Phospholipase A2有着多種類別,當中以非鈣離子依賴性磷脂酶A2(iPLA2)和胞質磷脂酶A2(cPLA2)與花生四烯酸的代謝尤其相關。當細胞處於穩態時主要由iPLA2亞型參與去醯化的過程,其催化速率在能夠提供充足溶血磷脂受體的同時而又低於再醯化步驟轉移酶的速率,使花生四烯酸能被高效地併入細胞膜中,令胞內自由花生四烯酸得以維持在極低的濃度。[c][10]穩態下細胞經此途徑重塑原本一般只帶飽和單不飽和脂肪酸,有著高度對稱性的甘油磷脂多不飽和花生四烯酸的插入增加了其脂肪酸鏈組合的多樣性及不對稱性,終影響細胞膜的流動性,使其穩態得以維持。 [8][9]

cPLA2水解作用[编辑]

穩態條件下的cPLA2有著極低活性,幾乎不參與平常甘油磷脂的重塑過程。但在體內對自由花生四烯酸有著需求時,細胞信號的傳遞便會使對於ARA有著高度選擇性的cPLA2大量活化,令代謝循環傾向甘油磷脂的去化,導致花生四烯酸自膜磷脂的淨釋放。iPLA2則因為缺乏特定選擇性而在促進花生四烯酸釋放的過程中角色有限。[11]

花生四烯酸級聯反應[编辑]

隨著組織損傷或病原體入侵所觸發的炎症反應,cPLA2便會被活化並轉移到細胞內膜進行水解。被釋放出的自由花生四烯酸隨後便會通過不同代謝途徑而被逐步轉化成不同的類花生酸,這一系列的酶促反應被稱之為‘花生四烯酸級聯反應’。所衍生的類花生酸在炎症反應的介導中有著不同角色,影響著炎症反應的發展及緩解過程。另一方面花生四烯酸級聯反應亦涉及中樞神經系統的機能,但與其在炎症反應中的角色不同,在腦部中的花生四烯酸級聯反應更牽涉對神經元興奮性和突觸傳導的調節,影響着可興奮細胞的活動。

代謝過程[编辑]

cPLA2活化[编辑]

cPLA2作為啟動此級聯反應的關鍵酶,與ARA的釋放以及下游產物產量的調控息息相關。cPLA2的活化需要通過胞內鈣離子N端一個C2結構域的結合以及由MAPK所介導在 Ser-505 殘基上的磷酸化等機制共同促成。這些機制在炎性反應的過程中能由一系列不同的第一信使和炎性刺激物所觸發,包括病原體上的病原相關分子模式(PAMP),由被活化的免疫細胞所大量分泌的胞外ATP[d],以及組織胺緩激肽G蛋白偶聯受體(GPCR)的激動劑[e]。它們分別結合到類鐸受體(TLR4),嘌呤受體(P2X7/P2Y2),和不同G蛋白偶聯受體。前兩者通過MAPK途徑活化MAPK,再由MAPK磷酸化絲胺酸殘基。而GPCR則通過Gαq途徑活化磷脂酶C,再分別活化MAPK途徑和提升胞內鈣離子的濃度。經過以上一連串信號傳遞過程cPLA2得以被活化。

類花生酸合成[编辑]

被釋放出的花生四烯酸小部分會被重新併入細胞膜中,其餘便會通過環氧合酶脂氧合酶細胞色素P450等三個途徑而被轉化為不同類別的類花生酸。環氧合酶途徑的主要產物包括一系列前列腺素血栓素、脂氧合酶途徑中的各種亞型分別產生多種不同的HPETE,它們可被進一步轉化為相應的HETE或各種白三烯脂氧素、其他HETE類別中的成員以及EET系列的產物則通過細胞色素P450途徑而被合成。

各種細胞只會特定表達部分的類花生酸合成酶,令獨立合成時的產物複雜性被極大限制。在炎症反應的發展過程中為了克服這種限制,於患處大量聚集的免疫細胞會通過代謝中間產物在不同類別免疫細胞之間的跨細胞運輸來達成較複雜的類花生酸分子的合成。[12]

在中樞神經系統中花生四烯酸亦會被轉化為花生四烯乙醇胺2-花生四烯酸甘油酯等兩種內源性大麻素,作用於大麻素受體以調控突觸傳導過程。[12]

第二信使角色[编辑]

花生四烯酸除了經由其脂類代謝產物參與炎症反應及細胞興奮性的調節外,亦能通過直接作用於多種離子通道及活化特定的酶而發揮作用。

NADH氧化酶[编辑]

電壓門控離子通道[编辑]

腦部[编辑]

註釋[编辑]

  1. ^ 正式名稱為Land's cycle
  2. ^ 實際上溶血磷脂亦可被其他脂醯-輔酶A英语Acyl-CoA再醯化,但此步驟的酶對於花生四烯醯-輔酶A有著高度選擇性
  3. ^ 因其細胞傳信角色以及累積時可能導致的毒性
  4. ^ 亦由受損凋亡的細胞所釋放
  5. ^ 多由肥大細胞在啟動炎症反應時分泌

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 CID 231 from PubChem
  2. ^ 2.0 2.1 Hatem Tallima, Rashika El Ridi. Arachidonic acid: Physiological roles and potential health benefits – A review. Journal of Advanced Research. 2017-11-24. doi:10.1016/j.jare.2017.11.004. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Hiroshi Karashima. Intake of arachidonic acid-containing lipids in adult humans: dietary surveys and clinical trials. Lipids in Health and Disease. 2019-04-16. doi:10.1186/s12944-019-1039-y. 
  4. ^ 4.0 4.1 Rett, B.S., Whelan, J. Increasing dietary linoleic acid does not increase tissue arachidonic acid content in adults consuming Western-type diets: a systematic review.. Nutr Metab (Lond). 10/06/2011. doi:10.1186/1743-7075-8-36. 
  5. ^ N Salem Jr, R Pawlosky, B Wegher, J Hibbeln. In vivo conversion of linoleic acid to arachidonic acid in human adults. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 1999 May-Jun. doi:10.1016/s0952-3278(99)80021-0. 
  6. ^ Kevin B. Hadley, Alan S. Ryan, Stewart Forsyth 等. The Essentiality of Arachidonic Acid in Infant Development. Nutrients. 12/04/2016. doi:10.3390/nu8040216. 
  7. ^ Hideo Shindou, Takao Shimizu. Acyl-CoA:LysophospholipidAcyltransferases. JBC Papers in Press. 2008-08-21. doi:10.1074/jbc.R800046200. 
  8. ^ 8.0 8.1 JesúsBalsinde, Edward A.Dennis. Function and Inhibition of Intracellular Calcium-independent Phospholipase A2. Journal of Biological Chemistry. 1997-06-27. doi:10.1074/jbc.272.26.16069. 
  9. ^ 9.0 9.1 Liping Wang,a Wenyun Shen,a Michael Kazachkov 等. Metabolic Interactions between the Lands Cycle and the Kennedy Pathway of Glycerolipid Synthesis in Arabidopsis Developing Seeds. The Plant Cell. 2012-11-24. doi:10.1105/tpc.112.104604. 
  10. ^ Gema Pérez-Chacón, Gema Pérez-Chacón, Violeta Ruipérez 等. Signaling Role for Lysophosphatidylcholine acyltransferase 3 in Receptor-Regulated arachidonic Acid Reacylation Reactions in human Monocytes. The Journal Immunology. 2009-12-16. doi:10.4049/jimmunol.0902257. 
  11. ^ Edward A Dennis, Paul C Norris. Eicosanoid Storm in Infection and Inflammation. Nature Reviews Immunology. Jul 2015. doi:10.1038/nri3859. 
  12. ^ 12.0 12.1 Violette Said Hanna, Ebtisam Abdel Aziz Hafez. Synopsis of arachidonic acid metabolism: A review. Journal of Advanced Research. 2018-05-11. doi:10.1016/j.jare.2018.03.005. 

外部連結[编辑]