生物化学与分子生物学/磷脂代谢

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生物化学与分子生物学

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磷脂是一类含有磷酸脂类,机体中主要含有两大类磷脂,由甘油构成的磷脂称为甘油磷脂(phosphoglyceride);由神经鞘氨醇构成的磷脂,称为鞘磷脂(sphingolipid)。其结构特点是:具有由磷酸相连的取代基团(含氨碱或醇类)构成的亲水头(hydrophilichead)和由脂肪酸链构成的疏水尾(hydrophobic tail)。在生物膜中磷脂的亲水头位于膜表面,而疏水尾位于膜内侧(图5-18)。

显示胞膜定位的磷脂结构


图5-18 显示胞膜定位的磷脂结构

目录

一、甘油磷脂的代谢

(一)分类及生理功能

甘油磷脂是机体含量最多的一类磷脂,它除了构成生物膜外,还是胆汁和膜表面活性物质等的成分之一,并参与细胞膜蛋白质的识别和信号传导

甘油磷脂基本结构是磷脂酸和与磷酸相连的取代基团(X);

Gra3qlgq.jpg


甘油磷脂由于取代基团不同又可以分为许多类,其中重要的有:

胆碱(choline)+磷脂酸→磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine)又称卵磷脂(lecithin)

乙醇胺(ethanolamine)+磷脂酸→磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine)又称脑磷脂(cephain)

丝氨酸(serine)+磷脂酸→磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)

甘油(glycerol)+磷脂酸→磷脂酰甘油(phosphatidylglycerol)

肌醇(inositol)+磷脂酸→磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol)

此外,还有心磷脂(cardiolipin)是由甘油的C1和C3与两分子磷脂酸结合而成。心磷脂是线粒体内膜和细菌膜的重要成分,而且是唯一具有抗原性的磷脂分子

Gra3q2u5.jpg


除以上6种以外,在甘油磷脂分子中甘油第1位的脂酰基被长链醇取代形成醚,如缩醛磷脂(p

lasmalogen)及血小板活化因子(plateletactivating factor,PAF),它们都属于甘油磷脂。结构式如下:

Gra3qivg.jpg


(二)甘油磷脂的合成

合成全过程可分为三个阶段,即原料来源、活化和甘油磷脂生成。甘油磷脂的合成在细胞质滑面内质网上进行,通过高尔基体加工,最后可被组织生物膜利用或成为脂蛋白分泌出细胞。机体各种组织(除成熟红细胞外)即可以进行磷脂合成。

1.原料来源

合成甘油磷脂的原料为磷脂酸与取代基团。磷脂酸可由糖和脂转变生成的甘油和脂肪酸生成(详见甘油三酯合成代谢),但其甘油C2位上的脂肪酸多为必需脂肪酸,需食物供给。取代基团中胆碱和乙醇胺可由丝氨酸在体内转变生成或食物供给。

丝氨酸——→乙醇胺——→胆碱

2.活化

磷脂酸和取代基团在合成之前,两者之一必须首先被CTP活化而被CDP携带,胆碱与乙醇胺可生成CDP胆碱和CDP乙醇胺,磷脂酸可生成CDP甘油二酯。

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3.甘油磷脂生成

(1)磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺

这两种磷脂生成是由活化的CDP胆碱与CDP-乙醇胺和甘油二脂生成。此外磷脂酰乙醇胺在肝脏还可由与腺苷蛋氨酸提供甲基转变为磷脂酰胆碱。

(2)磷脂酰丝氨酸

体内磷脂酰丝氨酸合成是通过Ca++激活的酰基交换反应生成,由磷脂酰乙醇胺与丝氨酸反应生成磷脂酰丝氨酸和乙醇胺。

磷脂酰乙醇胺+丝氨酸—→磷脂酰丝氨酸+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甘油二酯与相应取代基团反应生成

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(4)缩醛磷脂与血小板活化因子

缩醛磷脂与血小板活化因子的合成过程与上述磷脂合成过程类似,不同之处在于磷脂酸合成之前,由糖代谢中间产物磷酸二羟丙酮转变生成脂酰磷酸二羟丙酮以后,由一分子长链脂肪醇取代其第一位脂酰基,其后再经还原(由NADPH供H)、转酰基等步骤合成磷脂酸的衍生物。此产物替代磷脂酸为起始物,沿甘油三酯途径合成胆碱或乙醇胺缩醛磷脂。血小板活化因子与缩醛磷脂的不同在于长链脂肪醇是饱和长链醇,第2位的脂酰基为最简单的乙酰基

(三)甘油磷脂的分解

在生物体内存在一些可以水解甘油磷脂的磷脂酶类,其中主要的有磷脂酶A1、A2、B、C和D,它们特异地作用于磷脂分子内部的各个酯键,形成不同的产物。这一过程也是甘油磷酯的改造加工过程。

Gra3qdqj.jpg


磷脂酶A1:自然界分布广泛,主要存在于细胞的溶酶体内,此外蛇毒及某些微生物中亦有,可有催化甘油磷脂的第1位酯键断裂,产物为脂肪酸和溶血磷脂2。

磷脂酶A2:普遍存在于动物各组织细胞膜及线粒体膜,能使甘油磷脂分子中第2位酯键水解,产物为溶血磷脂1及其产物脂肪酸和甘油磷酸胆碱或甘油磷酸乙醇胺等。

溶血磷脂是一类具有较强表面活性的性质,能使红细胞及其他细胞膜破裂,引起溶血或细胞坏死。当经磷脂酶B作用脱去脂肪酸后,转变成甘油磷酸胆碱或甘油磷酸乙醇胺,即失去溶解细胞膜的作用。

磷脂酶C:存在于细胞膜及某些细胞中,特异水解甘油磷脂分子中第3位磷酸酯键,其结果是释放磷酸胆碱磷酸乙醇胺,并余下作用物分子中的其他组分。

磷脂酶D:主要存在于植物,动物脑组织中亦有,催化磷脂分子中磷酸与取代基团(如胆碱等)间的酯键,释放出取代基团。

二、鞘磷脂的代谢

鞘脂类(sphingolipid),组成特点是不含甘油而含鞘氨醇(sphingosine),其基本结构是:

鞘磷脂的代谢


按照取代基团X的不同可分为两种

X为磷酸胆碱称为鞘磷脂(sphingmyelin)

X为糖基称为鞘糖脂(glycosphingolipid)

(一)鞘磷脂的合成

体内的组织均可合成鞘磷脂,以脑组织最为活跃,是构成神经组织膜的主要成分,合成在细胞内质网上进行。

以脂酰CoA和丝氨酸为原料,消耗NADPH生成二氢鞘氨醇,进而经脂肪酰转移酶作用生成神经酰胺

鞘磷脂的合成


(二)鞘磷脂的分解

鞘磷脂经磷脂酶(sphingomyelinase)作用,水解产生磷酸胆碱和神经酰胺。如缺乏此酶可引起肝、脾肿大神经障碍如痴呆等鞘磷脂沉积症

32 PG、TX及LT的生理功能 | 胆固醇代谢 32
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