脂質(lipid)不是由單一官能基定義的化合物,而是一群以疏水性或兩親性為共同物理特徵的分子。多數脂質較易溶於非極性有機溶劑,但不是所有脂質都「完全不溶於水」
LIPID MAPS 的正式系統分成八大類;本節依人體生化與國考記憶需求,收斂成五組常用架構。
A. 脂肪酸(fatty acid)
脂肪酸由烴鏈與羧基端組成。結構判讀看三件事:
- 鏈長:人體常見脂肪酸多為偶數碳,因新生脂肪酸合成在起始後主要以 malonyl-CoA 提供二碳單位。短鏈、中鏈、長鏈與極長鏈脂肪酸的運輸及代謝方式不同。
- 飽和度與幾何構型:沒有碳碳雙鍵者為飽和脂肪酸;有一個以上雙鍵者為不飽和脂肪酸。人體天然不飽和脂肪酸多為 cis 構型,雙鍵造成彎折並降低緊密堆積。
- 雙鍵位置:Δ 系統從羧基碳開始編號;ω 或 n- 系統從甲基端開始編號。
幾個生物學重要的脂肪酸:
| 名稱 | 碳數與雙鍵 | 家族或別稱 | 生化重點 |
| Palmitic acid | 16:0 | 棕櫚酸 | 人體新生脂肪酸合成的主要直接終產物 |
| Stearic acid | 18:0 | 硬脂酸 | 常見飽和脂肪酸 |
| Oleic acid | 18:1 cis-Δ9 | 油酸,ω-9 | 常見單元不飽和脂肪酸 |
| Linoleic acid | 18:2 cis-Δ9,12 | 亞麻油酸,ω-6 | 必需脂肪酸;ω-6 家族起點 |
| α-Linolenic acid | 18:3 cis-Δ9,12,15 | α-次亞麻油酸,ω-3 | 必需脂肪酸;ω-3 家族起點 |
| Arachidonic acid | 20:4 Δ5,8,11,14 | 花生四烯酸,ω-6 | 多種 eicosanoid 的前驅物,可由 linoleic acid 延長與去飽和而來 |
| EPA / DHA | 20:5 ω-3 / 22:6 ω-3 | 長鏈 ω-3 脂肪酸 | 可由飲食直接取得;人體由 α-linolenic acid 轉換的效率有限 |
人體缺少能直接建立 Δ12 與 Δ15 雙鍵的去飽和酶,因此 linoleic acid 與 α-linolenic acid 必須由飲食取得。ALA 雖可轉成 EPA,再轉成 DHA,但轉換量有限,不能把兩者視為等量替代。
B. 三酸甘油酯(triacylglycerol, TG)
一個 glycerol 的三個羥基各與一條 fatty acid 形成酯鍵。TG 不帶極性頭部,是高度疏水的中性儲存脂質,主要累積在脂肪細胞的脂滴中;同一個 TG 分子上的三條脂肪酸不必相同。
C. 膜型複合脂質:甘油磷脂與鞘脂
兩者都是膜的重要成分,但骨架不同,不能把所有鞘脂都歸成磷脂。
甘油磷脂(glycerophospholipid):以 glycerol 為骨架,通常在 sn-1、sn-2 接兩條脂肪酸,sn-3 接 phosphate 與極性頭部。
- Phosphatidylcholine(PC,磷脂醯膽鹼):多數哺乳類細胞膜中含量豐富的甘油磷脂。
- Phosphatidylethanolamine(PE,磷脂醯乙醇胺):常富集於細胞膜胞質側膜葉。
- Phosphatidylserine(PS,磷脂醯絲胺酸):正常時主要位於胞質側;細胞凋亡或血小板活化時外翻。
- Phosphatidylinositol(PI,磷脂醯肌醇):可磷酸化成 phosphoinositide,參與 PIP₂、IP₃ 與 DAG 訊號系統。
- Cardiolipin(心磷脂):由兩個 phosphatidyl 基團透過中央 glycerol 連接,具有四條脂肪酸鏈;在真核細胞主要富集於粒線體內膜。
鞘脂(sphingolipid):以 sphingosine(鞘氨醇)為骨架;脂肪酸以醯胺鍵接到 sphingosine,形成 ceramide。
- Ceramide:多數鞘脂的核心骨架,也是細胞訊號分子。
- Sphingomyelin:ceramide + phosphocholine。它是磷酸鞘脂,富含於神經髓鞘,但不是甘油磷脂。
- Cerebroside:ceramide + 一個單醣,常為 glucose 或 galactose。
- Ganglioside:ceramide + 含一個以上 sialic acid 的複雜寡糖。
D. 固醇類(sterol)
固醇具有四個融合環的 steroid nucleus 與一個羥基,因此兼具小型極性端與大片疏水環系。動物細胞的主要固醇是膽固醇(cholesterol),可調節膜的物理性質,也是膽酸、類固醇激素與維生素 D 的前驅物。
不同生物的膜,固醇組成不同:
- 動物以 cholesterol 為主。
- 植物以 β-sitosterol、campesterol、stigmasterol 等 phytosterol 為主,但也可含少量 cholesterol,不能寫成「植物完全不含膽固醇」。
- 真菌以 ergosterol 為主。
- 多數細菌缺乏 sterol;少數菌可自行合成或自宿主取得。
E. 類花生酸與其他脂質介質
Eicosanoid(類花生酸)主要是由 20 碳多元不飽和脂肪酸衍生的短效局部訊號分子。花生四烯酸(arachidonic acid, AA)平時多酯化在膜磷脂 sn-2 位;細胞受刺激時,phospholipase A₂(PLA₂)水解 sn-2 酯鍵釋出 AA。
- COX 路徑:COX-1 或 COX-2 先把 AA 轉成 PGG₂,再形成共同中間物 PGH₂;各組織依其下游酵素產生 prostaglandin、prostacyclin 或 thromboxane。
- 5-LO 路徑:5-lipoxygenase(5-LO)把 AA 導向 LTA₄。LTA₄ 可形成 LTB₄,或依序轉成 LTC₄、LTD₄、LTE₄。
| 介質 | 主要來源或作用 |
| PGE₂ | 參與發熱,並使周邊疼痛感受器敏感化 |
| PGI₂(prostacyclin) | 主要由血管內皮產生;擴張血管並抑制血小板聚集 |
| TXA₂ | 主要由活化血小板產生;促進血小板活化與聚集,並使血管收縮 |
| LTB₄ | 強效嗜中性球趨化訊號,促進發炎細胞募集 |
| LTC₄、LTD₄、LTE₄ | 合稱 cysteinyl leukotrienes;促進支氣管收縮、氣道水腫與黏液分泌 |
Aspirin 不可逆乙醯化血小板 COX-1,使 TXA₂ 合成下降。血小板無法重新合成 COX-1,因此作用會維持至新的血小板補入循環;多數非 aspirin NSAID 對 COX 的抑制則為可逆。
Cysteinyl leukotriene 的氣道效應主要經 CysLT₁ receptor 傳遞。Montelukast 阻斷 CysLT₁ receptor;zileuton 直接抑制 5-LO,因此也會降低 LTB₄ 的生成,兩者作用位置不同。
Platelet-activating factor(PAF)不是類花生酸,而是具訊號功能的 ether glycerophospholipid。其正式結構為 1-O-alkyl-2-acetyl-sn-glycero-3-phosphocholine,可促進血小板與白血球活化、增加血管通透性並引起支氣管收縮。
| 結構位置 | PAF | Plasmalogen(縮醛磷脂) |
| sn-1 | alkyl ether bond | alkenyl ether bond,也稱 vinyl ether |
| sn-2 | 短 acetyl group | 通常為長鏈 fatty acyl group |
| 主要角色 | 短效脂質介質 | 細胞膜結構脂質;影響膜物理性質,部分研究支持其參與抗氧化 |
PAF 的 sn-2 acetyl 很短,使它比 sn-2 帶長鏈脂肪酸的 ether phospholipid 更容易分散於水相,但它仍是兩親性脂質。
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