生物化学论文

磷脂代谢的研究

（浙江工业大学 药学院 药学1002 周彬彬 浙江 杭州310014）

摘要：磷脂是人体组织的重要组成物质，其结构，合成，降解对人体有着重要的意义，代谢过程的异常会导致人体疾病的发生，对人体健康影响巨大。而磷脂的大部分是甘油磷脂，它的结构，合成及降解过程都会影响我们的身体健康。而随着科技的发展，关于磷脂代谢功能失调而引发的疾病的研究也在逐步加深，并取得了较好的研究成果。也使得我们加深了对人体新陈代谢的认识。

关键词：磷脂 合成 降解 疾病

1 磷脂的基本特性

磷脂是一类含有磷酸的脂类，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；由神经鞘氨醇构成的磷脂，称为鞘磷脂。其结构特点是：具有由磷酸相连的取代基团(含氨碱或醇类)构成的亲水头和由脂肪酸链构成的疏水尾。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。 磷脂广泛存在于生物休内。特点是它们的不均一性和高度混杂性。它们的共同特点是在水解后产生合有脂肪酸和磷酸的混合物。磷脂是七物膜的重要组成部分，磷脂双分子层构成膜对各种分子的话透性屏障，因此在细胞的组织机构中起重要作用。磷脂分子内的非极性碳氧茄借范德瓦零斯力联合在一起。极性端能使磷胎分子自身排列成片月戎收点状．从而易于嵌入蛋白质而构成生物膜。磷脂种类繁多．周转串快。各种生物器官，不同的组织，甚至各种细胞器膜都合有不同的磷脂织分，而磷脂的极性成分和其脂肪酸组成又有很大差异。这就要求生物体精确地控制各种磷脂的代谢和膜磷脂的装配，阁此详尽地研究和了解磷脂在生物休内的合成，降解，周转及其调节控制，对于生物膜的发生、修复更新和在机体内的功能的研究，都具有不容置疑的重要性。[1]

2 磷脂的代谢

磷脂代谢指磷脂在生物体内可经各种磷脂酶作用水解为甘油、脂肪酸、磷酸和各种氨基醇（如胆碱、乙醇胺、丝氨酸等）。甘油可以转变为磷酸二羟丙酮，参加糖代谢。脂肪酸经β-氧化作用而分解。磷酸是体内各种物质代谢不可缺少的物质。各种氨基醇可以参加体内磷脂的再合成，胆碱还可以通过转甲基作用转变为其他物质。磷脂合成时，乙醇胺或胆碱与ATP在激酶的作用下生成磷酸乙醇胺或磷酸胆碱，然后再与CTP作用转变成胞二磷乙醇胺或胞二磷胆碱。胞二磷乙醇胺或胞二磷胆碱再与已生成的甘油二酯（见甘油三酯的生成）合成相应的磷脂。

所以，磷脂的代谢主要分为甘油磷脂代谢和桥磷脂代谢两部分。其中主要以甘油磷脂为主。

2.1 甘油磷脂代谢

2.1.1 甘油

成

组成：甘

结构： X = 胆碱、水、酰甘油等

图1 甘油磷脂结构

油、脂酸、磷酸及含氮化合物等 R2=常为花生四烯酸

乙醇胺、 丝氨酸，甘油、肌醇、磷脂

磷脂的结构，分类，组

分类：甘油磷脂主要由以下几种构成，如表1

表1 机体内几类重要的甘油磷脂 X-OH 水󰀀 胆碱 乙醇胺 丝氨酸 甘油 磷脂酰甘油 X取代基 —H —CH2CH2NH3+ —CH2CHNH2COOH —CH2CHOHCH2OH 甘油磷脂的名称 磷脂酸 磷脂酰胆碱（卵磷脂 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂） 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰甘油 二磷脂酰甘油（心磷脂） 肌醇 磷脂酰肌醇 󰀀 相较于鞘磷脂，甘油磷脂有其特殊的结构组织，正是这特殊的结构特点，使它拥有特殊的功能，其结构特点：如图2

图2 甘油磷脂特点

2.1.2 甘油磷脂的合成

2.1.2.1 甘油磷脂的合成场所及原料

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

[2]

以进行磷脂合成。

合成的部位：全身各组织细胞内质网均有合成磷脂的酶系，以肝、肾、肠等组织最为活跃。

合成原料及辅因子：脂酸、甘油：由糖代谢提供，多不饱和脂酸：从植物油摄取，磷酸盐：由ATP提供，含氮化合物：从食物摄取或体内合成，CTP：构成活化的中间物。其中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。[3]

2.1.2.2 磷脂合成的不同的途径

甘油磷脂的合成有不同的反应途径，其中最主要的两个途径是：（1）甘油二酯合成途径 ：磷脂酰胆碱及磷脂酰乙醇胺主要通过此途径合成，甘油二酯是合成的重要中间产物，胆碱和乙醇胺由活化的CDP-胆碱及CDP-乙醇胺提供。（2）CDP-甘油二酯合成途径：磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸及心磷脂由此途径合成，活化的CDP-甘油二酯是合成这类磷脂的直接前体和重要中间物。具体反应途径如下图所示

图3 甘油磷脂合成

总结为以下的具体合成过程 ：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。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。[4]

除以上反应途径外，甘油磷脂还有一种特殊的合成途径，磷脂交换蛋白。合成在内质网膜外侧面进行，在胞液中存在一类能促进磷脂在细胞内膜之间进行交换的蛋白质，称磷脂交换蛋白。不同的磷脂交换蛋白催化不同种类的磷脂在膜之间进行交换，合成的磷脂即可转移至不同细胞器膜上，从而更新其磷脂。

2.1.3 甘油磷脂的降解

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。

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或磷酸乙醇胺，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。

图4 甘油磷脂的代谢

2.2 鞘磷脂的代谢

2.2.1 鞘

鞘磷于甘油磷脂而含鞘氨图：

磷脂的结构，组成

脂的组成与架构相较在于特点是不含甘油醇。其结构特点如下

图5 鞘磷脂结构

X=磷脂胆碱 、磷脂乙醇胺、单糖或寡糖.

2.2.2 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。

图6 鞘磷脂合成

2.2.3 鞘磷脂的降解

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、脾肿大及神经障碍如痴呆等鞘磷脂沉积症。

3 磷脂代谢异常与疾病

我们知道，甘油磷脂在人体内有重要的生理共能，（1）磷脂是构成生物膜的重要成分（2）磷脂酰肌醇是第二信使的前体（3）缩醛磷脂存在于脑和心肌组织中。磷脂作为生物膜的基本组成物质，其合成和代谢不仅在细胞生理活动中发挥重要的角色。而且磷脂具有降血脂、抗氧化、抗疲劳、抗衰老、健脑益智等防治心脑血管疾病、脂肪肝等作用。[5]

所以，当磷脂代谢异常时，大量膜磷脂降解产生溶血磷脂，白细胞三烯，前列腺素等活性物质，这些物质与炎性反应、免疫、过敏及心血管疾病等许多霞要病理过程密切相关。

3.1 磷脂代谢异常与心脑血管疾病

研究证明，脂蛋白相关磷脂酶A2(PLA2)通过水解氧化低密度脂蛋白(OX．LDL)上的氧化卵磷脂产生LPC和氧化的非酯化游离脂肪酸等促炎物质起到促动脉硬化作用[6]溶血磷脂酸(1ysophosphatidic acid，LPA)是一种具有生物学活性的磷脂信使。它主要在细胞的内质网合成，也可通过磷脂酶D和磷脂酶A2对细胞膜I-的磷脂水解而产生，由血小板活化聚集而释放。LPA是近年来发现的一种在动脉粥样硬化与缺血性心脑血管病发生过程中起核心作用的脂类分子[7]

膜磷脂迅速降解是心肌缺血、脑缺血后再灌注损伤的重要原因，。脑缺血再灌注恢复氧供后诱发自由基产生，自由基诱发PLA2活性增加和脂质过氧化使生物膜磷脂降解。并且，当细胞膜出现损伤可使钙离子涌入超载，使PLA2活力增加失控，其作用此时已表现为对生物膜破坏性降解，最终造成膜功能丧失，导致相应神经元死亡[8]由此而引发了人体的心脑血管疾病。

3.2 磷脂代谢与脂肪肝、胰腺炎等其他疾病

3.2.1 脂肪肝

肝脏中的三酰甘油需磷脂才能运出，故脂肪肝与磷脂代谢异常关系密切。当机体胆碱缺乏时，会使肝中磷脂酰胆碱合成减少，由于体内磷脂不足，影响体内脂蛋白的形成，结果肝内脂肪不能转运出而积聚于肝细胞内发生脂肪肝，肝功能减退，最终引起肝硬化。

3.2.2 胰腺炎

磷脂酶是磷脂代谢中的关键酶，在生理条件下，磷脂酶是生物膜磷脂更换的正常水解酶。而研究证实，许多急慢性炎性疾病都与磷脂酶水解磷脂作用有关。其中PLA2是炎性反应过程中脂类介质产生的主要限速酶，而且它本身还是一种血管活性物质和炎性介质，皮下注射PLA：可引起局部皮肤持续性充血和急性炎 性细胞浸润。[9]也因此导致了胰腺炎等疾病的发生。

3.2.3 其他代谢疾病

磷脂是保持肺泡正常舒缩、保持大小肺泡之间相对稳定、保持肺泡与毛细血管间正常的流体静压的物质基础，所以磷脂代谢异常或磷脂不足，将会发生新生儿或成人(尤其是休克脱险后)呼吸窘迫综合征、肺不胀、肺水肿、肺炎等。此外，有一种神经磷脂沉积病(耐曼·皮克氏病)，系常染色体隐性遗传性疾病。患者由于缺乏神经磷脂酶，神经磷脂代谢异常，在网织内皮细胞，神经节细胞及一些内脏的实质细胞内发生神经磷脂的沉积。

所以，研究好磷脂代谢的过程，将对我们控制心脑血管，炎症等疾病的发生有着积极的意义。目前，在该方面的发展已经取得较好的成果。

4 结语

磷脂作为生物膜的重要脂类成分，其正常代谢在细胞维持生命活动物质、能量交换中具有重要意义。而甘油磷脂是磷脂的重要组成部分。其丰富非物质结构决定了一系列的代谢途径，其中主要由卵磷脂，脑磷脂，磷脂酰丝氨酸，磷脂酰甘油，磷脂酰肌醇构成，由不同的途径合成。在人体代谢过程结束后，经过复杂的降解途径最终转变成甘油，脂肪酸及磷酸等进行其他的物质的合成或氧化后排出体外。由于其重要代谢过程中产生的的一系列的物质对人体有重要的作用，所以磷脂代谢异常将可能引发心脑血管，胰腺炎，脂肪肝的疾病，使人体健康受到威胁。也因此，了解磷脂的代谢对控制疾病，促进人体健康又重要意义。

参考文献

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[2] 生物化学与分子生物学作家 生物化学与分子生物学[Q] 生物化学实验室 2004 7

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