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]
别名 Arachidonic acid

5,8,11,14-all-cis-Eicosatetraenoic acid;
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(全順式-5,8,11,14-二十碳四烯酸;20:4Δ5c,8c,11c,14c),簡稱AAARA,是一種存在於所有細胞之細胞膜上的ω-6多不飽和脂肪酸,在特定情況下亦為一種必需脂肪酸。花生四烯酸在細胞中會作為前體分子經過一連串「花生四烯酸級聯反應」(arachidonic acid cascade)而產生多種重要的第二信使,尤其涉及於炎症反應介導以及突觸傳導等的細胞信號傳遞過程,而其自身亦會直接作為第二信使參與突觸傳導的調控。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

化學結構而言,花生四烯酸是一種由二十個碳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上。[1]

生物合成以及條件性必需脂肪酸[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)

動物細胞一般具備着將亞油酸轉化為花生四烯酸的能力。此代謝途徑在細胞的胞質溶膠中進行,過程中亞油酸在去飽和酶和加長酶的作用下被轉化,從而為動物體提供著一部份所需的花生四烯酸。[2]植物細胞則因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]

在一般成年人體中,此代謝途徑轉化亞油酸的能力實際上非常低(細胞內的 LA 經此過程的轉換率約低於0.5%)。研究結果顯示此代謝途徑的低轉換率或因受此代謝途徑的限速酶6-去飽和酶英语Linoleoyl-CoA desaturase的能力所限制而致,因此大幅提升膳食中的 LA 攝取對提升細胞中 ARA 含量的效果非常有限。[4]儘管如此,因為人體對 ARA 的需求量相對上實在非常低,所以經此途徑合成的 ARA 仍足以維持成年人體尤其腦部所需。

因為成年人體一定的自行合成能力,所以花生四烯酸對於成年人體一般不被視為一種必需脂肪酸。但當某個體出現對亞油酸的缺乏或欠缺將其轉化的能力時,花生四烯酸對其而言便會成為一種必需脂肪酸(亦即條件性必需脂肪酸[5]。而花生四烯酸在嬰兒中的合成能力則被認為更不足以滿足所需,因此花生四烯酸自食物的攝取在嬰兒中則某程度上有著更高必需性。[6]

[编辑]

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(亦即 Lands cycle ,為膜磷脂的重塑途徑),而以甘油磷脂的形式被儲存在細胞膜細胞內膜之中。在此代謝循環中內質網上原有(經從頭合成途徑合成,一般不帶多不飽和脂肪酸)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),從而釋放出sn-2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,之後花生四烯醯基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),終形成帶有花生四烯酸的甘油磷脂(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)[7],這些甘油磷脂隨後便會被轉移到細胞膜或其他細胞內膜如核膜上。[8][9]

在此途徑中,原本一般只帶飽和脂肪酸單不飽和脂肪酸,並有著高度對稱性的甘油磷脂(在sn-2位置上)受到重塑,以增加組成甘油磷脂的脂肪酸鏈的多樣性和不對稱性,繼而影響細胞膜的流動性,另一方面亦藉此達到了花生四烯酸在細胞中的儲存。[8][9]

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) 兩種與花生四烯酸的代謝尤其相關。 iPLA2 的主要角色在於參與着重塑甘油磷脂等維持細胞穩態的過程(同時達到花生四烯酸的儲存),而 cPLA2 的角色則在於導致花生四烯酸自細胞膜的釋放。在一般穩態條件下此重塑過程的再化步驟凌駕於去化步驟,並主要由 iPLA2 負責着去醯化步驟中甘油磷脂的水解(相對於有著極高 AA 選擇性的cPLA2,iPLA2有著極低的特定脂肪酸選擇性),花生四烯酸由此被高效率地併入細胞膜中,以令到細胞中的自由花生四烯酸維持在一個極低的濃度(因為其細胞傳信角色以及累積時可能導致的毒性)。至於 cPLA2 在一般穩態條件下則有著極低活性,不會參與一般甘油磷脂的重塑過程。[8][9]

cPLA2水解作用[编辑]

當體內對自由花生四烯酸有著特別需求時,細胞信號的傳遞便會導致 cPLA2 (對於花生四烯酸有著高度選擇性)的活化,使此代謝循環傾向甘油磷脂的去化。cPLA2會選擇帶有花生四烯酸的甘油磷脂進行水解,從而促使花生四烯酸自甘油磷脂的釋放。iPLA2 則因為缺乏對於花生四烯酸的選擇性而在促進花生四烯酸釋放中的角色有限。(儘管其在重塑甘油磷脂時仍有機會水解帶有花生四烯酸的甘油磷脂)[10]

花生四烯酸級聯反應[编辑]

隨著組織損傷和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便被稱為‘花生四烯酸級聯反應’。這些由花生四烯酸所衍生的類花生酸在炎性反應的介導中有著重要角色,影響著炎症反應的發展或緩解的過程。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。

級聯反應過程[编辑]

cPLA2活化[编辑]

cPLA2作為啟動此級聯反應的關鍵酶,與AA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(亦會由受損凋亡的細胞所釋放),以及組織胺緩激肽G蛋白偶聯受體(GPCR) 的激動劑(多由肥大細胞在啟動炎症反應時分泌)。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(P2Y2實際上亦屬於 GPCR 類別)。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AA一小部分會被重新併入細胞膜中,其餘便會通過三大途徑而被轉化為不同類別的類花生酸。

周邊敏感化[编辑]

腦部[编辑]

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. ^ 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 8.2 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 9.2 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. ^ Edward A Dennis, Paul C Norris. Eicosanoid Storm in Infection and Inflammation. Nature Reviews Immunology. Jul 2015. doi:10.1038/nri3859. 

外部連結[编辑]