生化共筆 Vol. 7 PDF

生化共筆 Vol. 7 生化共筆 Vol. 7  生化共筆 Vol. 7 共筆製作群 寫手： 組長： 共筆長： 王穎婕、郭容希、 許博堯...

生化共筆 Vol. 7 生化共筆 Vol. 7  生化共筆 Vol. 7 共筆製作群 寫手： 組長： 共筆長： 王穎婕、郭容希、 許博堯 周文瑋 謝旻叡、張元碩、 張子毅 陳灝恩、林子文、 重要公布事項 寫手想跟你／妳各位說： 組長想跟你／妳各位說： ＠＠word 好難我真的不會用。還請各位不要嫌棄嗚嗚嗚嗚嗚嗚 但有一句話送給各位：不要整天偷學習，學習對腦子不大好 共筆長想跟你／妳各位說： 我提早下班嗎 好耶 但我怎麼還在期中月 啊我怎麼已經在做下次的題本了 考古組加油 還有下面那位怎麼沒有推薦同學玩 fruit merge -----------------------------------------------我是另外一位共筆長------------------------------------------ 這個組長是第一次使用 Onedrive 第一次看到共筆 真。牛逼 只靠考古就過完第一次段考的勇者 啊 還沒填背題表單的請記得喔 雖然你應該不記得了 生化共筆 Vol. 7 生物化學共同筆記 Vol. 7 目錄 § 胺基酸代謝總覽......................................................................................................................... 2 § 胺基酸上碳的分解作用............................................................................................................. 3 § 脂質（Lipid）.......................................................................................................................... 18 § 脂肪酸（Fatty acid）.............................................................................................................. 19 § 三酸甘油酯（Triacylglycerol, TG）..................................................................................... 27 § 磷脂質（Phospholipid）........................................................................................................ 28 § 磷脂質（接續上節課）........................................................................................................... 34 § 醣脂質（Glycolipid）............................................................................................................. 35 § 複脂類分類總整理（分類重要！但構造不用記）............................................................... 37 § 固醇類（steroid）................................................................................................................... 37  生化共筆 Vol. 7 § 脂質的其他性質....................................................................................................................... 41 § 統整........................................................................................................................................... 44 § 脂肪酸的氧化概要................................................................................................................... 45 § 脂肪酸的氧化........................................................................................................................... 48 生化共筆 Vol. 7  生化共筆 Vol. 7 課程主題 胺基酸上碳的分解作用 上課時間 2024/10/17 第 3 節 授課教師 余明俊老師 製作者 郭容希、王穎婕 審查者 許博堯 課程簡介 這堂課介紹胺基酸碳鏈骨架的代謝。 課程大綱 § 胺基酸代謝總覽 § 胺基酸上碳的分解作用 1 生化共筆 Vol. 7 § 胺基酸代謝總覽 (一) 蛋白質分解成胺基酸後，以四種方式（見前堂課內容）送到肝臟中進一步分解成 含氮的部分以及碳鏈的部分（見上圖）。含氮部分形成尿素（紅色的框框），碳 鏈部分則進入檸檬酸循環進一步反應（綠色的框框），而檸檬酸循環和尿素循環 則可以透過 Aspartate-Argininosuccinate shunt 相互連結。 (二) Aspartate-Argininosuccinate shunt 的「shunt」即代表「分流」之意，它會藉由 Argininosuccinase 催化 Argininosuccinate 成為 Fumarate 與 Arg。 1. Fumarate 會進入檸檬酸循環，繼而變成 Malate、Oxaloacetate。若在一般細胞 內，Oxaloacetate 會繼續進行檸檬酸循環；若在肝細胞內，Oxaloacetate 也會與 Glu 反應，變成 Asp（為合成 Argininosuccinate 的原料之一），回到尿素循環。 2. Arg 會繼續進行尿素循環，先變成尿素（排掉）與 Ornithine，接著 Ornithine 與 Carbamoyl phosphate 被 Ornithine transcarbamoylase 催化成為 Citrulline（也是合 成 Argininosuccinate 的原料之一），最後 Citrulline 透過 ATP 的催化與 Asp 重 新合成 Argininosuccinate。 2  生化共筆 Vol. 7 § 胺基酸上碳的分解作用 （113 補充：有問老師考題方向，老師說以考古為主） 一、 概觀（必考，要知道每個胺基酸會代謝成什麼產物） (一) 七種胺基酸：變成 Acetyl-CoA 或 Acetoacetyl-CoA（可變成 Acetyl-CoA）， Acetyl-CoA 可進入檸檬酸循環或變成酮體。（IYLWTFK） (二) 六種胺基酸：代謝成 Pyruvate，進入檸檬酸循環。（WATSGC） (三) 兩種胺基酸：Phe 跟 Tyr 代謝過程中產生 Fumarate。（FY） (四) 兩種胺基酸：Asn 跟 Asp 會轉變成 OAA。（ND） (五) 四種胺基酸：代謝成 Succinyl-CoA，進入檸檬酸循環。（IMTV） (六) 五種胺基酸：代謝成 α-Ketoglutarate。（HEPRQ，均含五碳的碳鏈） (七) 可轉換成 Glc 的稱為 Glucogenic amino acid（G，共 18 種）。 (八) 可轉換成酮體的則稱為 Ketogenic amino acid（K，共 7 種）。 （G） （K） （G） （G） （G） （K） （G） （G） （K） ※ （113 補充）胺基酸結構：老師提醒，了解結構有助於理解 Amino acid 代謝過程 3 生化共筆 Vol. 7 4  生化共筆 Vol. 7 二、 轉移單碳的輔酶 (一) 在碳代謝的過程中，有時候欲代謝的碳數會比酵素能代謝的碳數多一個，此時需 要可以轉移一個碳的輔酶幫忙，使反應進行得更順利。 (二) 可以轉移一個碳的輔酶有：Biotin、Tetrahydrofolate、S-Adenosylmethionine （SAM），此三者相異處在於轉移的碳之氧化態不同。 (三) （113 補充）碳的氧化態：胺基酸分解過程中，碳的氧化態會發生轉變，直到胺基 酸代謝至穩定的氧化態並釋放為止。 5 生化共筆 Vol. 7 6  生化共筆 Vol. 7 1. Biotin（Vitamin B7） (1) Biotin 轉移的是最高氧化態的碳（CO2）。 (2) 下圖的酵素為 Pyruvate carboxylase，Biotin 為輔酶 （透過 Lys 以共價鍵連結）。 (3) Biotin 可以從HCO− 3 上接收 CO2，轉移到 Pyruvate 上產生 OAA。 2. Tetrahydrofolate（H4 folate，THF） (1) THF 為葉酸（Folate, Vitamin B9）的一種還原型衍生物。 (2) 可轉移−CH3 （Most redeced）、−CH2 OH、−CHO（Most oxidized）、 −HC=NH等基團，可處理的氧化態較多樣。 7 生化共筆 Vol. 7 (3) 在轉移甲基方面較無效率，故通常以 S-Adenosylmethionine 代替。 8  生化共筆 Vol. 7 1. S-Adenosylmethionine（SAM） (1) 機制：SAM 是 Met 接到 Adenosine 上形成的大分子。在此狀態下，硫原子下 面那個紅色的甲基可以被 Methyl transferase 轉移到其他分子 R 上。給出甲基 之後，這個大分子會被水解變回 Adenosine 與 Homocysteine（Hcy）。 Hcy 可以從 H4 folate 接收一個新的甲基變回 Met，進行新的循環。 （複習：Hcy 是少了一個甲基的 Met 或多了一個亞甲基的 Cys） ※ （106 補充）Hcy 不應在血中累積，若異常累積則稱 Hyperhomocysteinemia。 ※ （106 補充）正常人體內存在一種酵素 Methyltransferase（MTR）先把甲基從 N5-Methyltetrahydrofolate 轉移到 Vitamin B12，變成 THF 與 MeB12；再把甲基從 MeB12 轉 移到 Hcy 上，使其轉變回 Met。 ※ （106 補充）THF 是合成 DNA 酵素的 Cofactor 之一，若體內 THF 濃度低落，影響 DNA 的合成，會造成巨紅血球貧血（Megaloblastic anemia），為一種因紅血球內 DNA 合成 發生問題而導致的貧血症。 9 生化共筆 Vol. 7 三、 七種胺基酸可代謝產生 Acetyl-CoA (一) 種類：Ile、Leu、Phe、Tyr、Trp、Thr、Lys（IYLWTFK） 1. 口訣：If You Lose，你會罵：What The FxxK! (二) 碳鏈產物：（考：看圖回答產物數量） 1. Isoleucine：一個 Succinyl-CoA，一個 Acetyl-CoA 2. Tryptophan：一個 Pyruvate，兩個 Acetyl-CoA 3. Phenylalanine/Tyrosine：一個 Fumarate，兩個 Acetyl-CoA 4. Lysine：兩個 Acetyl-CoA 5. Leucine：三個 Acetyl-CoA 6. Threonine 產生 Acetyl-CoA 的途徑較特殊，詳見「六種胺基酸：代謝成 Pyruvate，進入檸檬酸循環。（WATSGC）。另外亦可採取另一代謝途徑產生 Succinyl-CoA。 ※ （112 補充）詢問老師後，老師表示考試最重要的是產物及數量，次重為 Carbon transfer 的原則，中間的機制和步驟若有興趣可查閱原文書或網路 ※ （112 補充）上圖藍色為 Glucogenic 中間產物，如 Pyruvate，粉紅色為 Ketogenic 中間產 物，如 Acetyl-CoA。 (三) Trp 跟 Tyr 為某些神經傳導物質的前驅物（Precursor），若代謝出問題會發生神經 相關病變： 1. Trp → NAD、血清素（Serotonin） 2. Tyr → 多巴胺（Dopamine）、腎上腺素（Epinephrin）、正腎上腺素 （Norepinephrin） ※ （98 補充）Trp 可轉換為菸鹼酸（Nicotinate，動物體內 NAD+、NADP+的前驅物）。 10  生化共筆 Vol. 7 (四) Phe 的反應途徑中，某些步驟出錯會造成特定疾病 （註：多留意與生活或疾病較相關的部分） 1. Phenylalanine hydroxylase 可將 Phe 轉換為 Tyr，Tyr 是多巴胺、腎上腺素、正腎 上腺素和黑色素（Melanin）的前身，Tyr 的代謝異常會影響前述物質的合成。 2. 苯酮尿症（PKU, phenylketouria）： 若第一步的 Phenylalanine hydroxylase 發生缺陷，將會引發 PKU，詳見 Phe 的 替代分解途徑。 3. 高酪胺酸血症（Tyrosinemia, tyrosine blood）： 病因為酵素失效使 Tyrosine 無法被降解而堆積在血液中。 (1) 第二步 Tyrosine aminotransferase 異常（Type Ⅱ）。 (2) 第三步 p-Hydroxyphenylpyruvate dioxygenase 異常（Type Ⅲ）。 (3) 第六步 Fumarylacetoacetase 異常（Type Ⅰ）。 4. 黑尿症（Alkaptonuria） (1) 若第四步的 Homogentisate dioxygenase 發生缺失，會導致 Homogentisate 累 積，排到尿液中氧化成黑色的尿黑酸（Alkapton），稱作黑尿症。 (2) 此疾病較 PKU 不嚴重，因為過多的 Homogentisate 可被排出體外。 11 生化共筆 Vol. 7 (五) Phe 的替代分解途徑 1. Phenylalanine hydroxylase 若發生缺陷，無法用來製作 Tyr 時，另一條代謝途徑 會被啟動。（如下圖） 2. Phe 透過 Aminotransferase 被轉換為 Phenylpyruvate（一種 Ketone），在血液和 組織中累積，並排至尿液中。（此即 PKU 名稱的由來） 3. 部分 Phenylpyruvate 會再被進一步轉換為 Phenylacetate 和 Phenyllactate。 4. Phenylacetate 有特殊的味道，所以古早時期的護士會利用此氣味來檢驗。 12  生化共筆 Vol. 7 四、 六種胺基酸代謝產生 Pyruvate (一) 種類：Gly、Ala、Ser、Thr、Cys、Trp（WATSGC） 1. 口訣：WhAT’S Google Chrome? (二) Gly 的三種主要反應途徑： 1. 先轉換成 Ser，再轉換成 Pyruvate。 2. 利用 Glycine cleavage enzyme 分解成 CO2 和NH+ 4 。 + ※ （106 補充）Nonketotic hyperglycinemia：Gly 在高濃度的情況下，為抑制性神經傳導物 質。若 Glycine cleavage enzyme 有缺失，會使得過多 Gly 溶於血清中，嚴重將導致智能 缺陷或幼兒死亡。 3. 轉換成草酸（Oxalate）：在醫學上，有 75 %的腎結石為草酸鈣結晶。 ※ （106 補充）此過程利用 D-Amino acid oxidase。D-Amino acid 主要來自細菌之細胞壁及 烹煮過的食物（因加熱會導致 L-Amino acid 自發性消旋）。D-Amino acid oxidase 在腎 臟中含量高，功用為對 D-Amino acid 之解毒作用。 (三) Ala 的反應途徑： Pyruvate 跟 Ala 只差一個官能基（酮基與胺基），容易相互轉換。 「奉勸大家真的要照顧自己的身體，它很痛。強欲曲去（kiōng-beh-khiau-khì）！ 三次了！所以 Purine 含量高的食物少吃一點。」——（余明俊, 2020.10.30） 13 生化共筆 Vol. 7 五、 兩個胺基酸代謝產生 Fumarate（詳見：三） (一) 種類：Phe、Tyr（FY） 1. 口訣：Fxxk You! (二) Phe 會先轉換成 Tyr，再轉換成 Acetyl-CoA，同時放出一個 Fumarate。 六、 兩個胺基酸代謝產生 OAA (一) 種類：Asp、Asn（DN） 1. 口訣：DoughNut (二) Asn 透過 Asparaginase 轉成 Asp。（類似 Gln → Glu）（113 補充：右下圖） (三) Asp 透過 Aspartate aminotransferase 變成 OAA，進入檸檬酸循環。反應中會把一個 α-Ketoglutarate 轉成 Glu。 14  生化共筆 Vol. 7 七、 四種胺基酸代謝產生 Succinyl-CoA (一) 種類：Ile、Met、Thr、Val（IMTV） 1. 口訣：I’M TV. 15 生化共筆 Vol. 7 八、 五種胺基酸代謝產生 α-Ketoglutarate (一) 種類：Arg、Gln、His、Pro、Glu（HEPRQ） 1. 口訣：HE is PooR QQ ~ (二) 重點：五種胺基酸都有連續的五碳碳鏈（第一個為羧基上的碳）。 (三) Pro 的代謝 1. 將距離羧基最遠的碳原子氧化成 Schiff base，而達成開環。 2. Schiff base 再被水解為 Glutamate-γ-semialdehyde，而後再被氧化為 Glu。 (四) Arg 由 Arginase 拿走 Urea 變成 Ornithine，再轉成 Glutamate-γ-semialdehyde。 (五) His 經由四個步驟轉換為五碳的 Glu，一個碳被 THF 帶走。 4 3 1 52 1 2 3 urea 4 cycle 5 Schiff base semialdehyde：其中一個酸被醛基取代 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 54 4 deamination 5 5 oxidative deamination 1 2 3 4 5 16  生化共筆 Vol. 7 課程主題 脂肪 上課時間 2023/10/17 第 4 節 授課教師 顏伯勳老師 製作者 謝旻叡、張元碩 審查者 許博堯 課程簡介 從整體脂肪的介紹、到脂肪酸、三酸甘油脂、磷脂質的結構、特性。 課程大綱 § 脂質（Lipid） § 脂肪酸（Fatty acid） § 三酸甘油酯（Triacylglycerol, TG） § 磷脂質（Phospholipid） 17 生化共筆 Vol. 7 § 脂質（Lipid） 一、 特性 (一) 脂質為異質性相當高的化合物集合，包含脂肪（Fat）、油（Oil）、固醇 （Steroid）、蠟（Wax）及相關化合物等。 (二) 相對不易溶於水，溶於非極性溶劑（如醚、氯仿）。 (三) 為重要食物組成成分，提供必需脂肪酸、脂溶性維生素及親脂性微量營養素 （Lipophilic micronutrient）。 ※ （108 補充）脂質具相對高的熱量（9000 cal/g），因此是動植物儲存能量最有效的方 式。必需脂肪酸因身體無法合成或合成的量不足，需從食物獲得。 ※ （108 補充）廣義上，脂溶性維生素也是脂質。 (四) 攝取 Long-chain ω3 fatty acids 有益於慢性病，如心血管疾病（Cardiovascular diseases）、類風濕性關節炎（Rheumatoid arthritis）和失智症（Dementia）。 ※ （108 補充）脂質是細胞膜的主要成分，如磷脂質、膽固醇。 二、 醫學上的重要性 (一) 脂肪存在脂肪組織（Adipose tissue）中，可作為熱的絕緣體，使熱不易自身體散 失至外界。 ※ （108 補充）脂質可保護皮下組織（Subcutaneous tissue）與器官。 (二) 非極性脂質為電的絕緣體，如包覆在神經外圍的髓鞘（Myelinated nerve），可使 去極化的訊息快速傳達。 (三) 血液中的脂蛋白（Lipoprotein）能協助脂質（脂肪、膽固醇等）的運輸。 ※ （108 補充）此功能異常可能導致動脈粥狀硬化。 (四) 脂質在營養與健康上有重要角色，而脂質的生物化學可幫助我們了解肥胖 （Obesity）、糖尿病（Diabetes mellitus）與動脈粥狀硬化（Atherosclerosis）。 三、 種類 (一) 簡單脂質（Simple lipids）：脂肪酸與醇類形成的酯類 1. 脂肪（Fat）：脂肪酸與甘油（Glycerol）形成的酯類，油（Oil）即為液態脂 肪。 2. 蠟（Wax）：高分子量脂肪酸與單羥基醇（Monohydric alcohol）形成的酯類， 具有長鏈碳骨架，故為固態。 (二) 複脂類（Complex lipids）：除脂肪酸與醇形成的酯類，還有其他官能基。 1. 磷脂類（Phospholipid）：含有磷酸根，常與含氮鹼（如膽鹼 Choline）結合。 很多磷脂中的醇類部分為甘油，稱作甘油磷脂（Glycerophospholipids）。鞘磷 脂（Sphingophospholipids）中的醇類部分則是含胺基之鞘氨醇 （Sphingosine）。 2. 鞘醣脂（Glycolipids/Glycosphingolipids）：包含一個脂肪酸、鞘胺醇和醣類。 3. 其他複脂類：硫脂類（Sulfolipids）、胺脂類（Amino lipids）及脂蛋白。 (三) 衍脂類（derived lipids）： 簡單脂質或複脂類的水解產物，包含脂肪酸、甘油、長碳鏈醇、長碳鏈醛、酮 體、烴類、脂溶性維生素、微量營養素和激素。部分衍脂類如自由脂肪酸、甘油 可作為簡單脂質與複脂類的前驅物（Precursor lipids）。 (四) 中性脂（Neutral lipids）： 不帶電的脂類，包含醯基甘油（又名甘油酯，Acylglycerol/glyceride）、膽固醇、 膽固醇脂（Cholesteryl ester）。 18  生化共筆 Vol. 7 § 脂肪酸（Fatty acid） 一、 特性與命名 (一) 脂肪酸在體內主要以脂肪或油的酯形式存在，但也能以游離脂肪酸（Free fatty acid，一種血漿中的運輸形式）存在。 (二) 自然界脂肪中的脂肪酸通常含有偶數個碳原子，碳鏈可能是飽和的（Saturated，不 含雙鍵）或不飽和的（Unsaturated，含雙鍵）。 (三) 脂肪酸的命名與其碳氫鏈有關，根據日內瓦系統以-oic 取代-e 字尾。飽和脂肪酸的 字尾為-anoic（例如辛酸的碳氫鏈為 Octane，則辛酸的名稱為 Octanoic acid），不 飽和脂肪酸的字尾為-enoic（例如十八碳烯酸的碳氫鏈為 Octadecene，則十八碳烯 酸的名稱為 Octadecenoic acid，又稱為油酸）。 ※ （112 補充）老師上課播放影片之相關圖片 19 生化共筆 Vol. 7 二、 碳鏈的編號 (一) 羧基的碳原子編號為 1，往遠離羧基的方向編號（2, 3, 4…等。2, 3, 4 號碳又分別 稱為 α、β、γ 碳）。最遠離羧基的碳原子（末端甲基的碳原子）稱為 ω 碳或是 n 碳，也可以從 ω 碳或 n 碳開始編號碳原子，往羧基依序編號為 ω1/n-1, ω2/n-2…。 (二) 雙鍵的數量與位置會以 Δ 表示。下圖油酸為例： （註：油酸身體可以合成，是生活中攝取油脂含量來源最廣的脂肪酸） 1. Δ9 18:1 表示此脂肪酸有 18 個碳和 1 個雙鍵（若為多元不飽和脂肪酸，則這個 數字不為 1），而 Δ 用來表示此雙鍵位在從羧基數來的第 9 個碳上，也可以寫 作 18:1;9。 2. ω9, C18:1 或 n-9, 18:1 表示雙鍵位在倒數第 9 個碳上，共有 18 個碳與 1 個雙 鍵。（ω 碳與 n 碳皆指稱碳鏈最末端的碳）。 3. 在上圖的油酸中，n-9 與 ω9 是等價的。 三、 ω3、ω6、ω9 家族 (一) 在動物體內，脂肪酸的雙鍵可以被加在已經有雙鍵的「ω3，ω6，或是 ω9」與「羧 基」之間的位置。因此可以將脂肪酸分為 ω3、ω6、或 ω9 家族。 四、 飽和脂肪酸（Saturated fatty acid） (一) 定義：碳碳鍵結全為單鍵的脂肪酸。 (二) 乙酸為飽和脂肪酸的成員。 ※ （108 補充）直鏈型棒狀，編號方式一般從羧基的碳開始，以偶數碳數居多（如 12、 14、16、18C）。 ※ （105 補充）奇數碳的脂肪酸多在反芻類動物的胃裡經由細菌發酵產生。相較於不飽和 脂肪酸有較高熔點，且碳鏈越長熔點越高，因此在室溫下皆為固態。一般來說不以 IUPAC 方式命名。 20  生化共筆 Vol. 7 五、 不飽和脂肪酸（Unsaturated fatty acid） (一) 單元不飽和脂肪酸（Monounsaturated fatty acid，MUFA。又稱為 Monoethenoid acids 或 Monoenoic acids 單烯脂肪酸） 1. 定義：碳碳鍵結中只有一個雙鍵的脂肪酸。 2. 單元不飽和脂肪酸的種類： (1) 順式脂肪酸（Cis form）：雙鍵兩邊碳鏈位於同一側，自然界大部分以這種形 式存在。 (2) 反式脂肪酸（Trans form）：雙鍵兩邊碳鏈位於不同側，形狀如飽和脂肪酸的 直鏈狀。 (a) 來源：常見於工業上不飽和油脂部分氫化後產生；亦有少量天然的反式脂肪 酸存在於反芻動物的乳汁、體脂肪中（約佔 2 ~ 5 %） (二) 多元不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acid, PUFA。又稱為 Polyethenoid acids 或 Polyenoic acids 多烯脂肪酸） 1. 定義：脂肪酸的碳碳鍵結中，有兩個以上的雙鍵。 (三) 類花生酸（Eicosanoids） 1. 由二十碳的多烯脂肪酸（Eicosa polyenoic fatty acids）衍生而來，包含前列腺類 似物（Prostanoids）、白三烯素（Leukotrienes, LTs）、脂氧素（Lipoxins, LXs）等。 (1) 前列腺類似物包含前列腺素（Prostaglandins, PGs）、前列環素（Prostacyclins, PGIs）、血栓素（Thromboxanes, TXs）。 (a) 前列腺素：存在於近乎全部的哺乳類組織中，可作為局部激素（Local hormones）。在體內，前列腺素由二十碳的多元不飽和脂肪酸發生五碳環化 而形成。 (b) 血栓素：其五碳環被氧原子橋接（形成 oxane ring）如下： (c) 白三烯素與脂氧素：由脂氧合酶途徑（Lipoxygenase pathway）衍生而來， 含三或四個共軛雙鍵（Conjugated double bonds）。白三烯素是一種潛在的 發炎前驅物（Proinflammatory agents），會導致支氣管收縮 （Bronchoconstriction），與氣喘（Asthma）有關。 21 生化共筆 Vol. 7 (四) 自然界中的不飽和脂肪酸 1. 大部分自然界中的不飽和脂肪酸皆為順式雙鍵（Cis double bonds） (1) 在高溫下，有些雙鍵斷裂，造成碳鏈長度縮短，可以解釋為何生物膜在高溫下 會變薄。 (2) 順反異構（一種幾何異構 Geometric isomerism） 舉例（注意油酸與反油酸的夾角）：油酸（Oleic acid）在雙鍵處被彎折 120 ﾟ，為 V 字形；反油酸（Elaidic acid）則呈現直線型。 2. 若順式雙鍵的數量變多，則不飽和脂肪酸可能的空間組態也變多，例如花生四烯 酸（Arachidonic acid）有四個順式雙鍵，呈 U 字形。 (五) 反式脂肪酸 1. 將天然的油氫化（Hydrogenation，或稱硬化 Hardening）的過程中（如人工奶 油的製造），可能會產生具有反式雙鍵的反式脂肪酸。 2. 反芻動物（Ruminant）在消化脂肪時，瘤胃（Rumen）中的微生物可能會製造 出反式脂肪酸。 3. 食用反式脂肪酸對健康有害，增加罹患心血管疾病與糖尿病的風險。 22  生化共筆 Vol. 7 六、 物理性質與生理應用 (一) 擁有偶數個碳原子的脂肪酸，其熔點隨碳鏈長度加長而上升、且隨不飽和度上升 而下降。 例如，三酸甘油酯（Triacylglycerol）中含有的三種脂肪酸，若碳鏈長度皆在 12 個 碳原子以上，則在正常的體溫下呈現固態。如果三種脂肪酸皆為多元不飽和脂肪 酸，則在 0 ℃以下仍為液態。 (二) 自然界中的甘油酯（Acylglycerols）為滿足各式各樣的功能，可以接上不同種類的 脂肪酸。 例如，膜上的脂質必須在各種溫度下保持流動性，因此相較於儲存性的脂質而 言，其不飽和度較高；至於組織內的脂質，在溫度下降時（例如冬眠），其不飽 和度亦會增加。 (三) ω3 脂肪酸 1. 長鏈的 ω3 脂肪酸，例如次亞麻油酸（α-Linolenic acid, ALA，存在於植物油中）、 二十五碳五烯酸（Eicosapentaenoic acid, EPA，存在於魚油中）、二十二碳六烯酸 （Docosahexaenoic acid, DHA, 存在於魚油與海藻油中），有抗發炎的效果。 2. 承上，其能抗發炎的原因，可能是因為 ω3 脂肪酸能促進較不具發炎性的前列腺素 與白三烯素之生成（ω6 脂肪酸能促進較具發炎性的前列腺素與白三烯素之生成， 而多攝取 ω3 脂肪酸則能與 ω6 脂肪酸競爭）。 3. 目前研究指出攝取 ω3 脂肪酸對心血管疾病、癌症、類風溼性關節炎、阿茲海默症 等慢性退化疾病有正面的治療效果。 23 生化共筆 Vol. 7 (四) （113 未提）108 年以前的補充 1. 雙鍵之間通常隔一個碳。幾乎所有脂肪酸都是如此，即連續雙鍵的脂肪酸例子 很少，而雙鍵間隔兩、三個碳以上的脂肪酸現在還沒有發現。 2. 雙鍵數越多，熔點越低。 3. 不飽和脂肪酸基本上只會在羧基端加長碳鏈或增加雙鍵，不會在碳鏈端進行， 故常常以 ω family 來區分脂肪酸，同家族成員之間通常可以用酵素互相轉換。 (1) 亞麻油酸（Linoleic acid）可合成花生四烯酸（Arachidonic acid）；次亞麻油 酸（α-Linolenic acid）可合成 EPA。 (2) 人體內的酵素只能合成出雙鍵最遠到∆9 的脂肪酸（意即最多只能在 C-9 上生 成雙鍵，無法在更高碳數的位置上生成雙鍵），因此亞麻油酸、次亞麻油酸 為必需脂肪酸，EPA 為非必需脂肪酸。花生四烯酸則因人體在某些時期大量 需要，合成速度不足以提供所需的量，所以為條件式必需脂肪酸 （Conditionally essential fatty acid）。 4. 順式的雙鍵數越多，碳鏈變短、變寬、彎曲的程度越大，與細胞膜的功能有相 當大的關係。 *為 essential fatty acids 24  生化共筆 Vol. 7 5. 常見的脂肪酸 (1) 棕櫚油酸（Palmitoleic acid，ω7, 16:1 或∆916:1）屬於少見的 ω7 family。 (2) 亞麻油酸（Linoleic acid）：在食物中來源與油酸相當接近。 (3) DHA（ω3, 22:6） (a) 來源：體內可由次亞麻油酸（α-Linolenic acid）合成 EPA，再合成出 DHA，但量很少，需從外界攝取。 (b) 腦神經、視網膜、精子、母乳含較多量的 DHA。嬰兒腦部成長快速，故需 求量大，奶粉與母乳皆有 DHA。研究發現母親若不補充 DHA，小孩腦部發 展可能受負面影響，如記憶力差、憂鬱症。 (c) 深海魚油有豐富 EPA、DHA，近來也研究出一種海藻可合成大量 DHA 為素 食者所用（素魚油）。 6. 常用油脂之脂肪酸組成 （表中 P 代表 PUFA，M 代表 MUFA；S 代表飽和脂肪酸；數字為百分比） (1) 縱線分區由左而右為飽和脂肪酸、MUFA、PUFA；橫線上方油脂的不飽和脂 肪酸含量高，橫線下方油脂飽和脂肪酸含量高。 (2) 橫線上皆為植物油，多 PUFA（18:2、18:3）；橫線下大部分為動物油（除椰 子油為植物油以外），多為飽和脂肪酸，且動物油 MUFA 皆在四成左右，而 PUFA 較少。 (3) 飽和脂肪酸的成分比例會影響油脂的硬度與熔點，其中椰子油最硬。 （硬度：椰子油＞牛油＞豬油＞雞油） 25 生化共筆 Vol. 7 7. 常見的油脂與維生素 E 及膽固醇 (1) 不飽和脂肪酸成分高的油脂維生素 E 含量多，飽和脂肪酸成分高的油脂維生 素 E 含量少。這是因為不飽和脂肪酸有許多雙鍵容易被氧化，而維生素 E 則 具有抗氧化的作用（並非廠商刻意添加）。 (2) 只有牛油、豬油、雞油含有膽固醇。牛油除了飽和度高以外，膽固醇含量也 高。（植物油都不含有膽固醇） 26  生化共筆 Vol. 7 § 三酸甘油酯（Triacylglycerol, TG） 一、 定義 由一個甘油（Glycerol）的三個羥基分別接上脂肪酸的羧 基，酯化合成。 二、 特性 (一) 三個側鏈可以是不一樣的脂肪酸，會根據三酸甘油酯 的功能而有不同的脂肪酸。比如在細胞膜上的脂質， 在任何環境溫度下都要保持流動，所以其側鏈的脂肪 酸會比儲存性脂肪的側鏈脂肪酸還不飽和。 (二) 當甘油的 1、3 號碳接上不同的脂肪酸時，2 號碳會成 為手性中心，若將 1、3 號碳上的脂肪酸交換會成為鏡 像異構物故以 sn（stereochemical numbering）系統命 名。 (三) 若只有一個脂肪酸與甘油酯化，則為單酸甘油酯（Monoacylglycerol），若有兩個 脂肪酸與甘油酯化，則為二酸甘油酯（Diacylglycerol）。此二類可見於組織，與 三酸甘油酯的合成與水解有重大相關。 (四) 在體內的生理反應中，甘油的 1、3 號碳應視為不同的作用部位。酵素對於不同位 置的碳會有專一性，例如：甘油激酶只會磷酸化 sn-3 的位置，產生 3-磷酸甘油而 非 1-磷酸甘油。 (五) Monoglycerides, diglycerides, triglycerides 為舊俗名，新的 IUPAC 命名分別為 Monoacylglycerols, diacylglycerols, triacylglycerols。 ※ （99 補充）通常被修飾的位置是在第 3 個碳上。 ※ （108 補充）不飽和脂肪酸（碳鏈成彎曲狀）通常會接在第 2 個碳上。在生理反應中， 身體裡的酵素會認得第 2 個 C 上的不飽和脂肪酸，將它切下，並產生接續的化學反應。 ※ （101 補充）魚油可降低體內三酸甘油脂的量。 27 生化共筆 Vol. 7 § 磷脂質（Phospholipid） 一、 結構 (一) 磷脂質的最簡單結構為磷脂酸（Phosphatidic acid），由一個甘油、二條脂肪酸、 一個磷酸根組成。下圖為磷脂質的結構式，頭部（磷酸根與 Head group）為親水 端，尾部（脂肪酸長鏈）為疏水端。 ※ （108 補充）兩條脂肪酸與甘油的 C-1、C-2 以酯鍵結合，而磷酸根則是以磷酸雙酯鍵與 甘油的 C-3 及 Head group 結合，是帶有強極性或帶電的基團。 (二) 磷脂酸為合成磷酸甘油或三酸甘油酯的中間產物馬上會被其他的取代基所取代， 所以在組織中的量不多。 (三) 許多磷脂質是磷脂酸的衍生物。甘油其中一個羥基接磷酸根，另外兩個與長鏈脂 肪酸酯化形成甘油磷脂（Glycerophospholipid）。磷酸根接上不同的 Head group 就 會形成不同種類的磷脂質，不同的 Head group 將會決定脂肪酸的親水性，而其電 性會影響細胞膜的性質。下圖為常見的 Head group。 (四) 鞘脂類（Sphingolipid）如鞘磷脂（Sphingomyelin），其磷酸根與鞘氨醇 （Sphingosine）酯化，為重要細胞膜組成。 28  生化共筆 Vol. 7 (五) 甘油磷脂和鞘脂類都有兩條長鏈碳氫鏈，與其組成細胞膜脂雙層有關，但甘油磷 脂有兩條脂肪酸，而鞘脂類只有一條脂肪酸及一條鞘氨醇。 二、 形成細胞膜 (一) 細胞膜由雙層磷脂質構成：親水端（頭部）朝向細胞內外兩側，與細胞質液、外 液接觸；疏水端（尾部）則朝向細胞膜的內側。 (二) 細胞膜上有各種蛋白質、膽固醇分子。 (三) 膜上包括不飽和磷脂質與飽和磷脂質，若全為飽和磷脂質，其棒狀的尾部會緊密 排列、流動性差，物質不易進出，所以膜上需要有不飽和磷脂質（雙鍵使尾部彎 曲變形）、膽固醇等分子來增加細胞膜的流動性。常常需要變形的細胞，其細胞 膜上會有較高比例的不飽和磷脂質，以取得較佳的流動性（如紅血球、白血 球）。 29 生化共筆 Vol. 7 三、 各種磷脂質（不用特別記結構） (一) 卵磷脂（Phosphatidylcholine，又名 Lecithin） 1. Head group：Choline。 2. 為細胞膜上最豐富的磷脂質，可儲存膽鹼 （Choline） 3. 膽鹼是重要的神經傳遞物質，如乙醯膽鹼（Acetylcholine）。膽鹼也可以儲存 具活性甲基。 ※ （108 補充）常見於大豆、蛋黃中，帶有三個甲基，是體內重要的甲基提供者。 4. 二棕櫚醯磷脂醯（Dipalmitoyl lecithin）為非常有效的界面活性劑，降低肺泡上 層水膜的表面張力，增大肺順應性（彈性體在外力作用下發生形變的難易程 度），以利於肺部的擴張，促進氣體交換，嬰兒缺乏會造成呼吸窘迫症候群 （respiratory distress syndrome）。 5. 大多數磷脂質在甘油的 sn-1 位置具有飽和的醯基，而在 sn-2 位置則具有不飽和 的醯基。 (二) 磷脂醯乙醇胺（Phosphatidylethanolamine） 1. 又稱腦磷脂（Cephalin） 2. 和卵磷脂只差在 Head group 由 Ethanolamine 取代 Choline。 ※ （109 補充）被發現為腦細胞膜的重要組成之一，至於其它生理 功能，尚不很清楚。 (三) 磷脂醯絲氨酸（Phosphatidylserine） 1. 和卵磷脂只差在 Head group 由 Serine 取代 Choline。 2. 與細胞凋亡（Apoptosis）有關，脫羧之後形成腦磷脂。 ※ （109 補充）磷脂絲氨酸為腦磷脂合成的前驅物，可以穿過 血腦障壁，但是腦磷脂不行。 (四) 神經鞘脂類（Sphingolipid） 1. Sphingolipid 的磷酸根接上 Choline，構成動物神經突觸周圍的髓鞘（Myelin sheath），提升通訊速率並調控細胞凋亡。 2. 出現在細胞膜脂雙層的外層，在脂筏（Lipid raft）的區域特別豐富。 3. 神經鞘磷脂不含甘油，水解產物為脂肪酸、磷酸、膽鹼與鞘氨醇。 4. 神經醯胺（Ceramide）由鞘氨醇和脂肪酸形成，可見於鞘醣脂。 = Sphingosine+ Fatty acid 2 3 1 30  生化共筆 Vol. 7 5. 神經鞘胺類（Sphingolipid）的一般結構：由神經鞘胺醇（Sphingosine）接上磷 酸和脂肪酸形成，不具有甘油的構造，只有類似甘油的 C-1、C-2、C-3 結構。 31 生化共筆 Vol. 7 (五) 磷脂醯肌醇（Phosphatidylinositol） 1. Head group：肌醇（Myoinositol），一種 Inositol 的 Stereoisomer。 2. 磷酸化磷脂醯肌醇在細胞膜含量較少，但在細胞訊息傳遞和膜囊泡運輸中扮演 重要角色。 3. 磷脂醯肌醇中脂醇上可以接上 1、2 或 3 個磷酸根。 4. Phosphatidylinositol 4,5-biphosphate（PiP2）會分解成 diacylglycerol（DAG）和 inositol triphosphate（IP3），扮演重要的次級傳訊前驅物。 ※ （112 補充）：老師上課補充影片重要截圖與連結 (51) IP3 DAG Calcium Pathway - YouTube (六) 心磷脂（雙磷脂醯甘油 Diphosphatidylglycerol、cardiolipin） 1. 磷脂酸是磷脂醯甘油的前驅物，而磷脂醯甘油再進一步合成心磷脂。 2. 這種磷脂只發現於粒腺體中，對粒線體功能扮演重要角色。 3. 心磷脂不足會導致粒腺體功能異常，引發老化的傳訊路徑，包括心臟衰竭 （Heart failure）、甲狀腺功能減退症（Hypothyroidism）和心臟骨骼肌病 （Barth syndrome、cardioskeletal myopathy）。 32  生化共筆 Vol. 7 課程主題 Oxidation of Fatty Acids: Ketogenesis 上課時間 2024/10/18 授課教師 顏伯勳老師 製作者 陳顥恩、林子文 審稿者 許博堯 課程簡介 接續上節課介紹各種磷脂質、醣脂質、固醇類，以及介紹脂肪酸氧化的過程，同時也介 紹酮體種類、功用與生酮作用和其調控。 課程大綱 § 磷脂質（接續上節課） § 醣脂質（Glycolipid） § 複脂類分類總整理（分類重要！但構造不用記） § 固醇類（Steroid） § 脂質的其他性質 § 統整 § 脂肪酸的氧化概要 § 脂肪酸的氧化 33 生化共筆 Vol. 7 § 磷脂質（接續上節課） 一、 各種磷脂質（不用特別記結構） (一) 溶血卵磷脂（Lysophosphatidylcholine，Lysolecithin） 1. Lecithin 的第二個 C 的脂肪酸被換成羥基（−OH）。 ※ （107 補充）lyso-即指從原本的脂質上將一條脂肪酸切下（通常是 C-2）。 2. 為磷酸甘油代謝的中間產物，與動脈硬化有關。 3. （108 補充）用以合成前列腺素系列的化學分子。 (二) 縮醛磷脂（Plasmalogen） 1. 第三個 C 接磷酸，其後再接乙醇胺（Ethanolamine）。 2. 第一個 C 以醚類方式（C-O-C）接上脂肪酸，並且脫去氧形成碳碳雙鍵。 3. 於心臟的含量高，大腦中最多。縮醛磷脂可以保護細胞被活性氧（ROS， reactive oxygen species）攻擊。 ※ （108 補充）縮醛磷脂含量降低可能與神經性退化有關。 ※ （113 補充）碳碳雙鍵上的電子不穩定，和過氧化物有交互作用。 34  生化共筆 Vol. 7 § 醣脂質（Glycolipid） 一、 組成 (一) 擁有一個碳水化合物和一個脂質的化合物，由醣類和神經醯胺（Ceramide）組 成。Ceramide 由一個鞘胺醇（Sphingosine）及一個脂肪酸組成。 (二) 遍佈身體的各種組織，尤其在神經組織（如腦）特別多，出現在細胞膜脂雙層的 外層，形成細胞外基質，稱為糖萼（Glycocalyx）。 (三) 在動物組織中最主要的醣脂為鞘醣脂（Glycosphingolipid），鞘醣脂包含神經醯胺 （Ceremide）和一個以上的醣。 二、 常見的鞘醣脂（Glycosphingolipid） (一) 半乳糖神經醯胺（Galactosylceramide） 1. 最主要的鞘醣脂，為 Ceramide 接上一個半乳糖。 2. 半乳糖神經醯胺最主要出現在大腦和其他神經組織中，其他組織較少見，脂肪 酸碳鏈較長（24 個以上），例如腦酸（Cerebronic acid）。 (二) 葡萄糖神經醯胺（Glucosylceramide） 1. 構造類似半乳糖神經醯胺，其 Ceramide 接上一個葡萄糖。 2. 最主要表現於神經外組織，在腦中也有少部分的表現。 (三) 硫苷脂（Sulfogalactosylceramide, sulfatide） 1. 將半乳糖神經醯胺中醣基三號碳上的 O 取代成 Sulfo group（-OSO3–）。 2. 在髓磷脂（Myelin）中占很高的比例。 (四) （109 補充）髓磷脂為包繞在神經元的軸突外部的物質，每隔一段距離便有中斷部 份，形成一節一節的形狀。中斷的部分稱為「蘭氏結」（Ranvier’s node）。髓磷 脂由 30%蛋白質和 70%的各類脂質組成。後者主要含有鞘胺醇、腦苷脂、脂肪酸 和磷脂醯膽鹼（少數為磷脂醯乙醇胺）等。 (五) （109 補充）腦苷脂（Cerebroside）包含半乳糖神經醯胺與葡萄糖神經醯胺（或稱 半乳糖腦苷脂、葡萄糖腦苷脂）。 35 生化共筆 Vol. 7 (六) 神經節苷脂（Gangliosides） 1. 葡萄糖神經醯胺接上一個到多個的唾液酸（Sialic acid）。例如：接上三個唾液 酸稱作 Trisialogangliosides。 2. 神經胺酸（Neuraminic acid, NeuAc）是人類組織中主要的唾液酸。 3. 在神經組織中，含有高濃度神經節苷脂。 4. 神經節苷脂也負責細胞間辨識，並可作為激素與細菌毒素的受體。如 GM1（下 圖）為一個由 GM3 衍生而來，為更複雜的神經節苷脂，出現在腸道內細胞膜表 面，可以當作霍亂毒素（Cholera toxin）的受體。 5. 最簡單的神經節苷脂為 GM3，包含一個神經醯胺、一個葡萄糖、一個半乳糖和 一個神經胺酸。其中 G 代表 Ganglioside，M 代表有一個（Mono）唾液酸，下 標 3 代表在色層分析中的移動傾向。 三、 ABO 血型（108 補充） (一) ABO 血型是由接在 Ceramide 上的醣類種類不同所決定的。 (二) 共同骨架：Galactose、N-Acetyl-glucosamine、Galactose、Fucose 血型 寡糖共同骨架以外的單醣 O 無 A N-Acetyl-galactosamine B Galactose AB N-Acetyl-galactosamine & Galactose 36  生化共筆 Vol. 7 § 複脂類分類總整理（分類重要！但構造不用記） § 固醇類（steroid） 一、 特性 (一) 為各種固醇類物質的前驅物，如膽汁酸（Bile acids）、腎上腺皮質激素 （Adrenocortical hormones）、性激素（Sex hormones）、維他命 D（Vitamin D）、強心苷（Cardiac glycodies）等。 (二) 結構如下： 1. 固醇類的骨架：3 個六碳環（Ring A, B, C）+ 1 個五碳環（Ring D） 2. 六碳環是飽和的，並不是苯環結構。 3. 在 A、B 環與 C、D 環之間通常會各多 一個碳（通常，C-18 接在 C-13 上， C-19 接在 C-10 上）。 37 生化共筆 Vol. 7 4. 通常兩個相鄰環成反式、四個環皆為椅式構型（Chair form）時最為穩定。 （自然界中的固醇類，所有的環幾乎都處於椅式構型）。 (1) 自然界中的固醇類，其 A 環與 B 環間可為順式或反式。但 B、C 環間，以及 C、D 環間，則通常為反式。 (2) 指向環的上方的取代基（β 鍵），以粗實線表示；指向環的下方的取代基（α 鍵），以虛線表示。 (a) 5α 固醇（C-5 上的氫原子處於 α position）的 A 環與 B 環間必為反式；5β 固 醇（C-5 上的氫原子處於 β position）的 A 環與 B 環間必為順式。 (b) 連接在 C-10 和 C-13 上的甲基總是處於 β position。 5. 在 C-17 上經常會有支鏈修飾（例如膽固醇）。如果固醇類化合物上有一個或多 個羥基，且沒有羰基或羧基，則稱為固醇（Sterol），且其英文名稱字尾為 -ol。 ※ （107 補充）只要記得這個標號方式就好，脂質環類編號的規則很複雜。 二、 膽固醇（Cholesterol） (一) 重要結構與特性： 1. C-3 上的羥基（重要親水端），使之能夠存在 於細胞膜上。 (1) 在膽固醇酯（Cholesterol ester）中，C-3 的羥 基會與長碳鏈脂肪酸酯化（動物中才會發 生，植物與細菌不會）。 2. C-5 和 C-6 間為雙鍵。 3. 膽固醇分布於身體各細胞，但神經組織和血漿以及血蛋白分布特別多。 (二) （113 未提）生理功能及特性 1. 細胞膜的重要組成物：提升細胞膜流動性。 (1) （104 補充）膽固醇對於細胞膜表面的功能： (2) 細胞膜相變溫度範圍變寬。 (3) 受到刺激時，會和神經鞘磷脂經 GPI（Glycophosphatidylinositol）修飾的蛋白 形成特殊的微小區域，稱為脂筏（Lipid raft），以加速訊息傳遞等過程。（研 究顯示膽固醇與細胞膜增厚的關係不大，而與蛋白質較為相關） 2. 膜上的膽固醇若過多時，多餘的膽固醇會在原先的-OH 接上一個脂肪酸，形成 為膽固醇酯（Cholesteryl ester）： 3. 無法存在於細胞膜上（沒有 C-3 上的親水端），而以油滴（Lipid droplets）的 形式儲存於細胞中（如脂肪細胞、肝細胞）。 4. 也可以進入脂蛋白內部（膽固醇帶有親水端，只能結合在蛋白質外側）。 38  生化共筆 Vol. 7 5. 植物沒有膽固醇，只有植物固醇（Ergosterol），在人體內經由小腸代謝後排 出。 6. 轉變成膽酸以乳糜化脂肪。 7. 為固醇類荷爾蒙的前驅物（如腎上腺皮質激素、人類性激素等）。 8. 維生素 D 也是從膽固醇衍生而來。位在皮膚上的膽固醇經過紫外光照射，C-9 和 C-10 之間的鍵結會斷裂，轉變成維生素 D3，但維生素 D3 仍需要從食物中攝 取。 (三) （113 未提）膽固醇的合成 1. 膽固醇是從 Acetyl-CoA 來的。Acetyl-CoA 在代謝過程中會形成 Isoprene unit， 再由 Isoprene unit 一個一個組裝起來。 2. 步驟：Acetyl-CoA → Isoprene unit → Dolichol → Cholesterol 39 生化共筆 Vol. 7 (四) （113 未提）食物中的膽固醇 1. 腦和內臟中的膽固醇含量最高。雞蛋黃膽固醇含量也特別高。另外，食物經過 處理變乾燥後膽固醇含量也會增高（如脫水的花枝和魷魚絲）。 2. 美國 FDA 已於 2015 年移除關於膽固醇最大攝取量（每天 300 mg）的規定，是 因為一般民眾血液膽固醇濃度的變化與由日常食物中攝取的膽固醇沒有直接關 聯，我們身體每天的膽固醇代謝率約 1,000 至 1,200 毫克，因此我們身體所需的 膽固醇主要是身體合成的，而非都是吃來的。也有另一種說法，因為最大攝取 量的數值無法驗證而因此移除。然而，老師認為不能因此而不限制膽固醇的攝 取，因為攝取的膽固醇雖然與血液膽固醇濃度沒有太大的關聯，但有動物實驗 的結果顯示會與肝膽固醇濃度有關。 3. （108 補充）身體裡的膽固醇主要存在於腦部，與腦部的發育有很大的相關 性，因此孕婦需要額外補充 DHA。 三、 麥角固醇（Ergosterol） (一) 麥角固醇存在於植物和酵母中，為維他命 D 的前驅物，在飲食中相當重要。 (二) 當皮膚中的麥角固醇被紫外光照射時，B 環會打開並形成維他命 D2。此過程類似 皮膚中的 7-脫氫膽固醇（7-Dehydrocholestrol）被轉換成維他命 D3。 四、 聚異戊二烯（Polyprenoids） (一) 聚異戊二烯雖然並非固醇類，但它們仍與固醇類有關，因為他們和膽固醇一樣皆 由五碳的異戊二烯（isoprene）合成而來。 (二) 聚異戊二烯包含泛醌（ubiquinone），與粒線體中的呼吸鏈有關；也包含長醇 （dolichol），是生物體中重要的中間產物，用來製造膽固醇等生物所必要的原 料，也與醣蛋白合成有關（將醣基加到多肽鏈上的 Asparagine）。 40  生化共筆 Vol. 7 (三) 植物利用聚異戊二烯可衍生出橡膠（rubber）、樟腦（camphor）、脂溶性維生素 （例如維生素 A, D, E, K），與 β 胡蘿蔔素（β-carotene，或是維生素原 A， provitamin A）。 § 脂質的其他性質 一、 脂質的過氧化反應（Lipid peroxidation） (一) 脂質的過氧化反應（為 Auto-oxidation，常溫下與氧氣發生的氧化反應）與食物酸 敗（rancidity）有關，也與體內組織受損有關（可能造成癌症、發炎、動脈粥狀硬 化、老化）。 (二) 這些負面效應由自由基（Free radicals）造成。含有氧原子的自由基稱為 ROS （Reactive oxygen species，例如 RCOO·，RO·，OH·）。細胞中的少量自由基可幫 助消滅外來物，但過多會對細胞有害。 (三) 不飽和脂肪酸因雙鍵多，易受自由基、過氧化物、金屬、光攻擊，引發連鎖反應 （Chain reaction），發生脂肪過氧化（Lipid peroxidation），最後產生過氧化的產 物。由於發生的是鏈鎖反應，因此脂質過氧化潛在而言會對身體造成巨大危害。 ※ （106 補充）乙烷為 ω3 不飽和脂肪酸過氧化的代謝產物，戊烷為 ω6 不飽和脂肪酸過氧 化的代謝產物，亦可作為體內過氧化程度的指標。 ※ （99 補充）紅血球上含較多的不飽和脂肪酸，故相對需要很好的保護、抗氧化系統，若 缺乏好的抗氧化系統則脂肪酸易氧化，紅血球的膜就容易毀損。 41 生化共筆 Vol. 7 (四) 脂肪過氧化的步驟： 1. 鏈引發（Initiation）： (1) ROOH + Metal(n)+→ ROO·+ Metal(n-1)+ + H+ (2) X·+ RH → R· + XH 2. 鏈增長（Propagation）： (1) R·+O2 → ROO· (2) ROO·+RH → ROOH+ R·, etc. 3. 鏈終止（Termination）： (1) ROO·+ ROO· → ROOR+O2 (2) ROO·+ R· → ROOR (3) R·+ R· → RR 丙二醛 (五) 第一步的鏈引發可由自由基（X·）或由光、金屬離子啟動。測量人體尿液的 Malondialdehyde（MDA）含量，常用以作為體內過氧化程度的指標（MDA 只會由 含有三個以上雙鍵的脂肪酸生成）。 (六) 其他測體內過氧化程度的方式：測量乙烷（由 ω3 脂肪酸的末兩個碳原子生成）和 戊烷（由 ω6 脂肪酸的末五個碳原子生成）。 (七) （108 補充）雙鍵被攻擊後形成環甚至斷裂都有可能，這些斷裂產物會使油變得黏 稠、黑色，過度油炸的油因此會刺激口腔黏膜而造成口腔不舒服。 42  生化共筆 Vol. 7 二、 脂質膜 (一) 當一個分子的一部分為親水性、另一部分為疏水性時，我們說這個分子是兩性的 （Amphipathic），在油水分界具有方向性（Oriented）。 (二) 脂質含有 Nonpolar groups（Hydrocarbon）不溶於水，但脂肪酸、磷脂、鞘脂、膽 鹽、膽固醇（較少）含有 Polar groups，即為兩性分子。這種兩性分子在油-水介面 中會因為交互作用力而形成雙層膜。 (三) 兩性的脂質在油-水介面中可以形成膜、膠束（Micelles）、脂質體 （Liposomes）、乳化液（Emulsions）。 1. 當特定濃度的脂質出現在水性（Aqueous）的介質中，會形成膠束。 2. 兩性的脂質在水裡以超音波震盪器搖盪可製造出脂質體。 3. 膽鹽聚集成膠束與脂質體，與脂肪消化後的產物結合，形成 mix micelles，對於 小腸吸收脂質相當重要。 4. 脂質體有潛在的醫療用途，因為我們可將脂質體作為於藥物的攜帶者 （Carriers），與對組織有專一性的抗體結合（在癌症療法中可針對特定器 官）。脂質體更可以用在血管細胞的基因轉殖（Gene transfer），或是「外用 且能穿透皮膚（Topical and transdermal）」的藥物與化妝品上。 5. （113 未提）利用脂質體（Liposome）兩性的特性，讓脂質體的 head group 帶 電以和 DNA 結合，可藉膜融合把 DNA 帶到細胞裡。配合膜表面分子標定，可 應用於攜帶水溶性藥物（Drug delivery）及靜脈輸液上。 6. 乳化液通常是非極性脂質與水性介質交互作用的結果。乳化液能被乳化試劑 （Emulsifying agents，例如卵磷脂 Phosphatidylcholine）穩定，而乳化試劑的效 果即為形成一分開乳化液與水相的介面。 43 生化共筆 Vol. 7 § 統整 一、 脂質（Lipid） (一) 脂質不易溶於水而易溶於有機試劑。 (二) 兩性脂質有一個以上的極性官能基，使其能作為細胞膜組成成分。 (三) 有重要生理功能的脂質包含脂肪酸與其酯化產物、膽固醇與其他固醇類。 (四) 長鏈脂肪酸可依雙鍵數量分為飽和、單元不飽和、或多元不飽和脂肪酸。其流動 性隨碳鏈長度增加而下降，不飽和度增加則可使流動性上升。 二、 各種脂質 (一) 類花生酸（Eicosanoids）由 C20 之多元不飽和脂肪酸組成，包括有重要生理與藥 理角色的前列腺素（Prostaglandins, PGs）、血栓素（Thromboxanes, TXs）、白三 烯素（Leukotrienes, LTs）、脂氧素（Lipoxins, LXs）。 (二) 甘油形成的酯類在脂質中數量最多，主要為三酸甘油酯（Triacylglycerol），是某 些脂蛋白的組成成分，也是脂肪組織儲存脂質的形式。 (三) 鞘醣脂與鞘磷脂是兩性脂質。 1. 細胞膜的主要組成成分。 2. 細胞膜脂雙層外層的脂蛋白組成成分。 3. 肺的表面活性劑（Surfactant）。 4. 第二傳訊者的前驅物。 5. 神經組織的組成成分。 (四) 醣脂質是神經組織（如腦）及細胞膜脂雙層外層的脂蛋白的重要成分，使細胞膜 表面帶有醣。 (五) 膽固醇是一種兩性脂質，是細胞膜重要組成成分。可做為身體中其他固醇類產生 的原料，包含激素如腎上腺皮質激素、性激素、維他命 D 及膽汁酸。 (六) 含有多元不飽和脂肪酸之脂質的過氧化會產生自由基，對組織有害、會致病。 44  生化共筆 Vol. 7 § 脂肪酸的氧化概要 一、 簡介 (一) 脂肪酸主要會在粒線體中氧化成乙醯輔酶 A，並產生大量能量。 ※ （108 補充）脂肪酸的氧化是需氧的反應過程（Aerobic process），在粒線體 （Mitochondria）或過氧化體（Peroxisome）裡發生。 註：過氧化體裡進行氧化的脂肪酸通常是大於 22 個碳的長鏈脂肪酸 (二) 當脂肪酸分解快速進行時，肝會產生 acetoacetate（乙醯乙酸）、 D-3-hydroxybutyrate（D-3-羥基丁酸）和 Acetone（丙酮），統稱為酮體（Ketone bodies）。 ※ （112 補充）Acetoacetate 是兩個 Acetyl-CoA 形成的。 (三) Acetoacetate, D-3-hydroxybutyrate 可作為肝臟外組織（Extrahepatic tissues）的燃 料，但酮體製造過多會造成酮症（Ketosis）。 (四) 脂肪酸氧化的增加與酮症是飢餓（Starvation）與糖尿病（Diabetes mellitus）的特 徵。 (五) Ketone bodies 為酸性，長時間累積過多（因糖尿病等）會導致可致死的酮症酸中 毒（Ketoacidosis）。 (六) 糖質新生依賴脂肪酸的氧化，故當脂肪酸氧化無法進行時會造成低血糖症 （Hypoglycemia）。這通常與肉鹼缺失（Carnitine deficiency）或脂肪酸氧化中的 酵素（如肉鹼棕櫚醯基轉移酶 Carnitine palmitoyltransferase）缺失有關，也可能受 毒物影響，造成脂肪酸氧化被抑制（如 Hypoglycin 降血糖素）。 ※ （99 補充）身體脂肪酸氧化旺盛處即為需要能量多的地方，如心臟、肝臟、肌肉，還有 人產熱時所需的棕色脂肪組織。 ※ （106 補充）TG 的代謝約 95 %能量來自脂肪酸，5 %來自甘油。 ※ （106 補充）脂肪酸不能作為糖質新生的原料。 二、 游離脂肪酸（Free Fatty Acids, FFAs） (一) 游離脂肪酸為非酯化（Unesterified state）的脂肪酸，又稱 Non-Esterified Fatty Acids（NEFAs）或 Unesterified Fatty Acids（UFAs，較少用）。 (二) 具長碳鏈，故本身水溶性低，需和蛋白質結合幫助溶解，以利運輸及反應：在血 漿中，大部分（50 %以上）FFA 會與白蛋白（Albumin）結合。 (三) FFA 並非真的處於「游離」的狀態。所謂「游離」是相對於結合在甘油上的、細 胞膜上的脂肪酸而言。 ※ （108 補充）在細胞中，FFA 會和脂肪酸結合蛋白（fatty acid-binding protein, FABP）結 合。 (四) 短鏈 FFA 水溶性更高，通常以 Unionized acid 或 Fatty acid anion 形式存在。 ※ （98 補充）很多實驗在加脂肪酸處理細胞的時候，通常會先將脂肪酸和白蛋白作處理， 未作此處理可能會對細胞產生傷害。 45 生化共筆 Vol. 7 三、 脂肪產生 ATP 的過程（補充） (一) 脂肪組織內的 TG 釋放出 FFA 與甘油。 ※ （106 補充）甘油經 Glycerol kinase 磷酸化為 L- Glycerol 3-phosphate，最後進入糖解作 用的途徑中。 (二) 脂肪酸送到心臟或肝臟等進行 β-oxidation，將脂肪酸切成 Acetyl-CoA。 (三) Acetyl-CoA 的去向： 1. 進入檸檬酸循環產生 ATP。 2. 進行 Ketogenesis（特別是在肝臟）。 46  生化共筆 Vol. 7 47 生化共筆 Vol. 7 § 脂肪酸的氧化 一、 脂肪酸進入粒線體的過程 (一) 脂肪酸的活化 1. 反應：FFA + CoA + ATP ⇌ Acyl-CoA + AMP + PPi 2. 酵素：Acyl-CoA synthetase，在內質網、過氧化體和粒線體外膜存在。 3. FFA 進入粒線體進行 β-oxidation 前需先轉換成活化中間產物（Active intermediate），FFA 要與 CoA 透過醯基輔酶 A（Acyl-CoA synthetase/thiokinase）的作用形成 “Active fatty acid” 或 Acyl-CoA，並利用一個 高能磷酸（High-energy phosphate）產生 AMP 與 PPi。此步驟是脂肪酸代謝中 唯一需要 ATP 能量的步驟。 4. PPi 會立刻再藉無機焦磷酸酶（Inorganic pyrophosphatase ）水解為兩個磷酸根 釋出大量能量，使反應可完整進行。 (二) 送入粒線體基質前（內外膜間），Acyl 轉移至 Carnitine（肉鹼，肌肉中含量多） 上： 1. 反應：Acyl-CoA + Carnitine ⇌ Acylcarnitine + CoA 2. 酵素：Carnitine palmitoyltransferase I（CPT I，位於粒線體外膜） 3. 由於 Acyl-CoA 無法穿越粒線體內膜，須透過粒線體外膜上的 CPTI，將 Acyl 轉 移到 Carnitine 上形成 Acylcarnitine。 (三) Acylcarnitine 藉粒線體內膜上的 Carnitine acylcarnitine translocase 的幫助，經促進 性擴散穿過粒線體內膜，進入粒線體基質，Carnitine acylcarnitine translocase 也可 幫助基質中的 Carnitine 回到粒線體的內外膜間。 (四) Acylcarnitine 送入粒線體基質後，Acyl 轉移至基質中的 CoA 上： 1. 反應：Acylcarnitine + CoA ⇌ Acyl-CoA + Carnitine 2. 酵素：Carnitine palmitoyltransferase II （CPT II，位於粒線體內膜內） 3. 透過 CPT II 重新生成 Acyl-CoA，最後 Acyl-CoA 在粒線體基質中進行 β-oxidation，而 Carnitine 則經過 Carnitine acylcarnitine translocase 再送到膜間質 以繼續反應。 4. 肉鹼可幫助脂肪酸代謝，被開發成保健食品幫助減肥、運動員提升能量及爆發 力。 ※ （99、107 補充）若脂肪酸無法送到粒線體，如 CPT I 功能異常，則此人就無法氧化脂 肪酸，會一直消耗葡萄糖而產生低血糖症。 ※ （104 補充）CPT I 活性會被 Malonyl-CoA（脂肪酸合成的中間產物）抑制，亦即 Malonyl-CoA 的濃度決定了脂肪酸將被氧化或是合成。 ※ （106 補充）12 個碳（含）以下的 FFA 可自由進出粒線體，14 個碳以上的 FFA 即需要 Carnitine shuttle（即上文內容）。 肉鹼結構 （106 補充） 48  生化共筆 Vol. 7 二、 β-oxidation (一) 概覽 1. Acyl-CoA 進行的氧化稱為 β-oxidation， 因反應時是在 β 碳上加上羧基並將之氧 化為酮。最後在 2 號碳（⍺碳）與 3 號碳 （β 碳）之間切下（一次切下 2 個碳）， 使之變成許多 Acetyl-CoA。 2. 若是 C16 的 FFA，則會經過 16/2-1=7 個 cycle（最後一個是 4 個碳切成 2 個 Acetyl-CoA），最終產生 8 個 Acetyl- CoA。 (二) 位置：粒線體基質。 (三) 步驟（參考下頁圖） 1. 脱氫（initial dehydrogenation） (1) Acyl-CoA 經過 Acyl-CoA dehydrogenase，從第 2 和 3 個碳去掉各 1 個氫，產生雙鍵，產物為𝚫2-trans-enoyl-CoA（烯醯基輔酶 A）。 (2) 輔酶 FAD 還原為 FADH2，FADH2 經呼吸鏈產生 1.5 個 ATP。 2. 水合（Hydration） (1) 酵素為𝚫2-Enoyl-CoA hydratase，加水去除掉剛剛形成的雙鍵（反式、不穩 定），羧基接在 3 號碳（β 碳）的位置，形成 3-Hydroxyacyl-CoA（羥醯基輔 酶 A）。 3. 再脱氫（Dehydrogenation） (1) L-3-Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase 將 3-Hydroxyacyl-CoA 中 3 號碳上的羧基 氧化，生成 3-Ketoacyl-CoA（酮醯基輔酶 A）。 (2) NAD+為這一步驟的 Coenzyme，其被還原為 NADH，進入電子傳遞鏈，產生 2.5 個 ATP。 4. 切斷 C-C 鍵（thiolytic cleavage） (1) 利用 Thiolase（3-Ketoacyl-CoA-thiolase）把 3-Ketoacyl CoA 切成 Acetyl-CoA 和一個新的 Acyl-CoA，而少了兩個碳的 Acyl-CoA 可重新再進行氧化過程， 直到剩下 2 或 3 個碳。也可以形成酮體。 ※ （104 補充）步驟 4 為 Claisen reaction 的逆反應，此為一可逆反應。 ※ （104 補充）Acyl-CoA dehydrogenase 有四種不同的同功酶（Isozyme），以催化不同脂 肪酸的反應。而 β-oxidation 接下來的三個酵素也各有兩個同功酶，其中負責短鏈脂肪酸 的酵素分別溶在基質裡，而負責長鏈的為一個整合的 TEP（Trifunctional protein），附 著在粒線體內膜上。 49 生化共筆 Vol. 7 50  生化共筆 Vol. 7 (2) 一個 16 碳的反應物最多可以進行 β-oxidation 七次（16/2-1=7），產生 8 個 Acetyl-CoA。同理，18 個碳的反應物可以進行 β-oxidation 八次，產生 9 個 Acetyl-CoA。 (3) （113 未提）步驟 1 到步驟 3 過程類似檸檬酸循環中 Succinate 轉變為 OAA 的 過程。 (4) 偶數碳量的長鏈脂肪酸可以完全分解成 Acetyl-CoA（C2 units）。 (5) 奇數碳量的長鏈脂肪酸也是依照以上步驟分解成 Acetyl-CoA 直到剩下 Propionyl-CoA（丙醯輔酶 A，C3），並繼續轉換成 Succinyl-CoA（琥珀醯輔 酶 A），進入 TCA cycle。 (6) 奇數碳量的脂肪酸所剩餘的 Propionyl 是脂肪酸唯一 Glucogenic 的部分。 (7) 過氧化體會利用調整過的 β-oxidation 分解超長鏈脂肪酸（C20, C22 等），形 成 Acetyl-CoA 和過氧化氫，過氧化氫可用 catalase 分解。 51 生化共筆 Vol. 7 (8) （113 補充）每個 β-oxidation 會生成一分子的 FADH₂和一分子的 NADH。分 解 1 mol 的 C16 脂肪酸（palmitate）需要經過七個週期，並產生 8 mol 的 acetyl-CoA。通過 respiratory chain 氧化，會合成 28 mol 的 ATP。 52