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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 全顺式-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  checkY
PubChem 444899
ChemSpider 392692
SMILES
 
  • CCCCC/C=C\C/C=C\C/C=C\C/C=C\CCCC(=O)O
InChI
 
  • 1S/C20H32O2/c1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16-17-18-19-20(21)22/h6-7,9-10,12-13,15-16H,2-5,8,11,14,17-19H2,1H3,(H,21,22)/b7-6-,10-9-,13-12-,16-15-
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
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
H-术语 H302, H312, H315, H319, H332, H335
P-术语 P261, P264, P270, P271, P280, P301+312, P302+352, P304+312, P304+340, P305+351+338, P312, P321, P322, P330
NFPA 704
1
1
0
 
闪点 113 °C
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

花生四烯酸（arachidonic acid）简称AA或ARA，20:4Δ5c,8c,11c,14c，是一种广泛存在于细胞膜上的ω-6脂肪酸，营养学上亦归类为一种条件性必需脂肪酸[a]。其含有4个碳-碳双键和1个碳-氧双键，为前列腺素合成的前体，亦是产生白三烯等炎症介质的反应底物。

在生物体内，细胞的膜结构即是ARA的主要储存场所，其多不饱和的化学特性能够协助调节膜流动性。在代谢层面上，ARA的动员及代谢过程构成了一大酶级联系统。其由磷脂酶A2所启动，原始信号经逐级转导强化后促使细胞大量合成称为类花生酸的信号分子，终分泌至胞外参与多种的细胞传信过程[b]。此脂肪酸在动员后亦或直接作为第二信使于胞内调控其他的信号转导通路。因其代谢产物在炎症反应中的互动角色，其代谢过程是治疗心血管疾病的研究方向之一。[2]

在发育方面，足够的ARA对脑部发展有着一定重要性。它与属于ω-3脂肪酸的二十二碳六烯酸（DHA）同为脑部含量最高的多不饱和脂肪酸。然而两者对相关机能的作用及机制仍有待厘清。[3]

此脂肪酸可经人体自行合成或从食物中摄取。动物食品是其主要食物来源，当中以鱼类和蛋最为丰富。而植物食品的含量普遍偏低，因此素食者需从植物油等替代来源摄取花生四烯酸。[4]

历史

化学结构及合成

在化学结构上，花生四烯酸是一个由二十个碳原子所组成而含有四个顺式双键的羧酸长链；从ω端数起，第一个双键位于第六个碳原子之上。[1]

生物合成及必需性

亚油酸-花生四烯酸的转化
步骤 催化酶 中间产物
1 ∆6-去饱和酶（英语：Linoleoyl-CoA desaturase） γ-次亚麻油酸
2 加长酶（英语：elongase） 双同-γ-次亚麻油酸
3 ∆5-去饱和酶（英语：FADS1） 花生四烯酸 （最终产物）

花生四烯酸在动物体内的合成主要在肝脏进行，由亚油酸作为底物在去饱和酶和加长酶的作用下完成转化。[2]受此途径的限速酶∆6-去饱和酶的能力所限制，即使额外提升亚油酸的恒常摄取亦难以提升ARA的血浆水平。[5]植物因欠缺相关的酶而不具备将亚油酸转化为花生四烯酸的能力。[4]

人类

花生四烯酸对人类而言是一种条件性必需脂肪酸，在婴儿发育阶段中需要额外膳食摄取。成年人体的自行合成能力虽然一般能满足需求，但亦存在着因基因缺失而致失去代谢能力的特殊情况。[5][6][7]

猫

食物摄取

摄取需求

摄取来源

来源[4] 每100克含量
（mg）
肉类
鸡肉 （生） 79 - 104
猪肉 （生） 68 - 80
牛肉 （生） 24 - 40
海产类
沙丁鱼 （罐头） 160 - 190
三文鱼 （生） 31 - 127
奶蛋类
鸡蛋 （生） 150 - 156
奶油芝士 38 - 50

生物体中的分布

细胞中的储存及释放

去酰化-再酰化循环

游离ARA分子如一般游离脂肪酸般有着细胞毒性，加上其在细胞传信过程中的生物活性，故在细胞处于稳态[c]时一般会以甘油磷脂的酯化形式储存在膜结构之中。此过程被称为去酰化-再酰化循环[d]，当中酰化即指酰基从被活化的游离脂肪酸[e]转移至甘油磷脂而形成酯键的反应。在此循环中细胞内膜上原有的甘油磷脂[f]需先被水解，释放出sn-2位置上[g]的脂肪酸链（去酰化）以产生溶血磷脂载体。溶血磷脂再与被活化的游离脂肪酸反应（再酰化），形成新的完整甘油磷酸分子。它们随后便会被转移到细胞膜或各内膜上，亦有机会再进入新的循环。因再酰化步骤的酶对多不饱和脂肪酸尤其ARA等带有选择性[8]，重塑后甘油磷酸的脂肪酸链组合一般具有更高的不对称性，因此亦能够影响细胞膜的流动性，使其稳态得以维持。[9][10]

磷脂酶A2酶促水解

花生四烯酸的小量动员是细胞维持稳态的正常过程，但其大量动员一般是细胞脱离稳态的结果（如组织损伤），以借由其细胞传信角色推动修复稳态的机制（如炎症反应）。其自细胞膜释放的效率取决于上述循环中去酰化步骤及再酰化步骤的平衡。去酰化步骤既使脂肪酸脱离细胞膜，再酰化步骤则令脂肪酸并入膜中。在细胞处于稳态时，主要参与去酰化步骤的酶为非钙离子依赖亚型的磷脂酶A2（iPLA2），此条件下的再酰化步骤速率一般高于去酰化，使胞内游离脂肪酸的浓度能维持在极低水平。在需要动员游离ARA的时候，被大量活化的胞质亚型（cPLA2）则会促使此循环倾向去酰化的过程。因为其对ARA的高度选择性，ARA便能高效地脱离细胞膜及此循环以进一步转化为下游产物。[11][12][13]

花生四烯酸级联反应

特定胞外信号经转导后，cPLA2便会随之活化并转移至细胞内膜进行水解，所释放出的游离花生四烯酸及后会经不同代谢途径逐步转化成各种类花生酸。这一系列的酶促反应被称之为‘花生四烯酸级联反应’，所衍生的产物能参与脂质信号传送以调节炎症反应的发展及缓解。另一方面花生四烯酸级联反应亦涉及中枢神经系统的机能，但与其在炎症反应中的角色不同，在脑部中的花生四烯酸级联反应更牵涉对神经元兴奋性的调节及突触传导途径的参与。

启动机制

cPLA2作为启动此级联反应的效应物（英语：Effector (biology)），与ARA的释放以及下游产物产量的调控息息相关。其活化需通过胞内钙离子对N端一个C2结构域（英语：C2 domain）的结合以及由MAPK所介导在 Ser-505 残基上的磷酸化等信号转导机制共同促成。这些机制在炎性反应的过程中能由一系列不同的第一信使和炎性刺激物所触发，包括病原体上的病原相关分子模式（PAMP），由被活化的免疫细胞所大量分泌的胞外ATP[h]，以及组胺和缓激肽等G蛋白偶联受体（GPCR）的激动剂[i]。它们分别结合到类铎受体（TLR4），嘌呤受体（P2X7/P2Y2），和不同G蛋白偶联受体。前两者启动MAPK/ERK途径以磷酸化丝氨酸残基。而GPCR则先启动Gαq（英语：Gαq）途径以活化磷脂酶C，再分别启动MAPK/ERK途径及提升胞内钙离子的浓度。经此连串信号传递cPLA2得以完成活化。

合成过程

主条目：类花生酸

炎症反应

炎症介导中的级联反应
通路 环氧合酶 脂氧合酶 细胞色素P450
中间产物 前列腺素H2 羟过氧化二十碳四烯酸 -
类别 前列腺素 血栓素 白三烯 脂氧素 羟基二十碳四烯酸 环氧化二十碳三烯酸
信号分子 D2 E2 I2（前列环素） A2、B2 B4 C4、D4、E4、F4 A4、B4 5-、12-、15- 16-、17-、18-、19-、20- 5,6-、8,9-、11,12-、14,15-
作用 血管舒张 发热/子宫收缩 抑制血小板凝集 血管收缩/促进血小板凝集 促进血管渗透性/炎症应答 血管收缩/炎症应答 缓解炎症反应 促进炎症反应 血管收缩 血管舒张/缓解炎症反应
主要合成场所 肥大细胞 肾脏 内皮细胞 肥大细胞 肥大细胞 肺泡巨噬细胞 跨细胞合成 - 肾脏 肾脏

由于不同种的细胞各会表达特定的合成酶，较复杂的类花生酸分子需要各种细胞的配合才能完成合成。在炎症反应的发展过程中，于患处聚集的免疫细胞会通过代谢中间产物的跨细胞运输，来合成较复杂的类花生酸分子。[14]

中枢神经系统

脑部中的级联反应
底物 N-花生四烯酰磷脂酰乙醇胺 2-花生四烯酰磷脂
产物 花生四烯乙醇胺 2-花生四烯酰甘油
作用
主要合成场所 神经细胞/神经胶质细胞

在中枢神经系统中花生四烯酸亦会被转化为花生四烯乙醇胺和2-花生四烯酸甘油酯等两种内源性大麻素，作用于大麻素受体以调控突触传导过程。[14]

病理关联

痛症治疗

心血管疾病

阿茲海默症

第二信使角色

花生四烯酸除了经由其脂类代谢产物参与炎症反应及突触传导的调节外，亦能直接作为第二信使以发挥作用。

NADH氧化酶

电压门控离子通道

脑部

注释

  1. ^ 指的是仅在发育或疾病等条件下需要额外膳食摄取的脂肪酸
  2. ^ 包括脂质信号传送及突触传导等通路
  3. ^ 细胞稳态指的是胞内各条件均处于恒常范围内的状态
  4. ^ 另一常见名称为Land's cycle
  5. ^ 活化形态下以辅酶A作为载体，即脂酰CoA（英语：Acyl-CoA）
  6. ^ 经从头合成途径合成的甘油磷脂分子一般只带有饱和或单不饱和脂肪酸链
  7. ^ 甘油骨架上相连三个连接脂肪酸链位置的中间位置
  8. ^ 亦由受损凋亡的细胞所释放
  9. ^ 多由肥大细胞在启动炎症反应时分泌

参考文献

  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. 2017-04-17. doi:10.1016/j.jare.2017.11.004. 
  3. ^ Mathieu Di Miceli, Clémentine Bosch-Bouju, Sophie Layé. PUFA and their derivatives in neurotransmission and synapses: a new hallmark of synaptopathies. Proceedings of the Nutrition Society. 2017-11-24. doi:10.1017/S0029665120000129. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 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. 
  5. ^ 5.0 5.1 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. 
  6. ^ 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. 
  7. ^ 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. 
  8. ^ Hideo Shindou, Takao Shimizu. Acyl-CoA:LysophospholipidAcyltransferases. JBC Papers in Press. 2008-08-21. doi:10.1074/jbc.R800046200. 
  9. ^ 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. 
  10. ^ 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. 
  11. ^ 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. 
  12. ^ Edward A Dennis, Paul C Norris. Eicosanoid Storm in Infection and Inflammation. Nature Reviews Immunology. Jul 2015. doi:10.1038/nri3859. 
  13. ^ Balsinde, Jesús; Balboa, María A. Control of arachidonic acid levels in resting and activated U937 phagocytic cells by Ca2+-independent phospholipase A2. Nova Science Pub Inc. [2023-04-26]. ISBN 978-1594542770. （原始内容存档于2023-05-01）. 
  14. ^ 14.0 14.1 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. 

外部链接

检索自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=花生四烯酸&oldid=83769816”