哺乳动物脂肪酸去饱和酶及其活性调节

哺乳动物脂肪酸去饱和酶及其活性调节曹 俊 明(中山大学水生经济动物研究所, 广州 510275)摘要总结了哺乳动物脂肪酸去饱和酶的结构和种类以及影响其活性的主要因素。脂肪酸去饱和酶系统由N A D H 2细胞色素 b 5 还原酶、细胞色素 b 5 和去饱和酶组成, 其中去饱和酶 的活性受激素和营养以及生理等许多因素的影响。关键词脂肪酸, 去饱和酶, 活性, 调节分类号Q 551 脂肪酸去饱和酶111 脂肪酸去饱和酶的结构脂肪酸去饱和酶是催化脂肪酸去饱和作用酶系统的构份之一。 脂肪酸去饱和作用酶 系统由 3 种蛋白质2N A D H 2细胞色素 b 5 还原酶、 细胞色素 b 5 和通常所称呼的去饱和酶(de sa tu ra se) 所构成1 。其中, 去饱和酶对氰化物敏感, 又称之为氰化物敏感因子。该酶 系统需要氧分子和N A D H 或N A D PH 参与。去饱和酶系统的 3 种蛋白质均嵌附在微粒体 膜的外侧。N A D H 2细胞色素 b 5 还原酶和细胞色素 b 5 均具有一个亲水端朝向细胞质和一个疏水端朝向膜内。细胞色素 b 5 还原酶含有黄素蛋白, 由N A D H 来的二个电子经二次传 递, 最后氧分子被还原生成水 (图 1)。据报道, 细胞质对微粒体酶系统的去饱和反应具有促进作用。112 脂肪酸去饱和酶的种类脂肪酸去饱和酶包括9、6、5 和4 四种。另外, 在大鼠睾丸中曾发现一种8去饱和酶,该酶催化 202n - 6 转化为 203n -6。112119 去饱和酶9 去饱和酶分别催化 160 和 180 转化为 161n -7 和 181n - 9。该酶分布广泛, 存在于所有哺乳动物, 在大鼠肝脏特别是在鸡的肝脏中活性较高。该酶不参与哺乳动物多不饱和脂肪酸 (PU FA ) 的生物合成, 但与脂肪的生成有关,其活性受到与脂肪生成酶一样的调节因素影响,特别是在 Zu k e r 肥胖鼠和肥胖鸡表现更为明显。该酶于 1974 年首先在大鼠肝脏微粒体中得到分离和纯化, 而后 T iede 研究了该酶的氨基酸序列。 该酶的分子量因动物种类或测定方法不同而有差异, 在大鼠肝脏中为53 000或 41 400, 在鸡肝脏为 33 600。112126 去饱和酶6 去饱和酶是参与动物 PU FA 生物合成的第一个限速酶,其反应 底物分别为1 8 2n - 6和1 8 3n - 3。1 6 1n - 7和1 8 1n - 9 也可作为反应底物, 但收稿日期: 1996211201图 1 肝脏微粒体脂肪酸去饱和作用的电子传递链催化活性很低。 该酶对于脂肪酸底物所具有的双键位置有很强的选择性, 其底物必须在9 位上有一个双键, 其催化速度因12 和15 位上存在双键而升高, 因此该酶对 183n - 3 比对 182n - 6 具有更高的亲合力。 该酶于 1981 年从大鼠肝脏中得到分离和纯 化, 分子量为 66 000, 在微粒体膜磷脂双层分子中的镶嵌位置比9 去饱和酶浅。该酶存在于除猫和狮子以外许多动物的多种器官, 但在不同器官的活性差别很大。如 以在肝脏的活性作为 100, 则肾上腺为 142, 睾丸 45, 心脏 8, 肾脏 12, 脑 14, 肺脏和附睾 0。由于肝脏的绝对重量大大高于肾上腺, 因此肝脏是哺乳动物体内 PU FA 生物合成的最主要场所,其它许多重要器官如心脏和脑都必须靠肝脏提供 PU FA 。112135 去饱和酶5 去饱和酶是催化 PU FA生物合成的第二个限速酶, 其底物分别为 203n - 6 和 204n - 3, 也可催化 182n - 7 和 202n -9。与6 去饱和酶一样,该酶对 n - 3 系列脂肪酸具有更高亲合力, 而且5 去饱和反应速度高于6 去饱和作用2 。此外, 在饥饿大鼠还观察到一种5 去饱和酶能直接催化镶嵌在磷脂酰胆碱中的 203n - 6 转化为 204n -112144 去饱和酶6。4 去饱和酶曾被认为催化 224n - 6 转化为 225n -6 和 225n - 3 转化为 226n - 3, 但近年来认为 224n - 6 和 225n -3 的转化可以通过另外的间接途径实现。225n - 3 可先经碳链延长形成 245n -3, 再经6 去饱和酶催化生成 246n -后者再经逆转化作用形成 226n - 33 。Ge ige r4 也对 224n -6 转化为3,225n -6 提出了相似的间接途径。到目前为止, 对4 去饱和作用的研究不多。相对于6 和5 去饱和作用, 这种反应的活性可能很低, 但在肾上腺中的活性相对较高。脂肪酸去饱和酶活性的调节影响脂肪酸去饱和酶活性的因素很多, 归纳起来可分为激素因素、 营养因素和生理2因素等。 它们均主要影响去饱和酶系统中去饱和酶的活性5 。211 激素因素据认为, 脂肪酸去饱和酶是胰岛素依赖性的。 试验性化学性糖尿病和遗传性糖尿病 会导致9、 6 和5 去饱和酶活性降低, 注射胰岛素可以恢复这 3 种酶的活性, 其中对5 饱和酶作用较弱6 。据报道, 大鼠肝脏4 去饱和酶对于胰岛素也有类似的反应特性7 。放线菌素D 被认为可抑制胰岛素对脂肪酸去饱和酶活性的修复作用。胰高血糖素 和肾上腺素对上述三种酶的活性均呈抑制作用。儿茶酚胺可抑制6 和5 去饱和酶的活 性, 但不抑制9 去饱和酶, 与此相似的结果还见于肾上腺糖皮质激素。甲状腺素可促进9 和6 去饱和酶的活性, 但雄激素引起相反的结果。A C T H 因可促进肾上腺皮质激素 分泌而降低6 和5 去饱和酶的活性。212 营养调节饲料中的许多成分如脂质、 蛋白质、 氨基酸、 葡萄糖 (饥饿) 和其它一些因素都可 影响脂肪酸去饱和酶的活性。 其中, 饲料脂肪酸的作用最为重要。21211饲料脂肪酸饲料中必需脂肪酸 (E FA ) 缺乏可使6 去饱和酶活性明显升高, 但 对5 去饱和酶活性的影响则有不同报道。其次, 饲料中某些脂肪酸的存在情况也影响去饱和作用。( 1) 182n - 6 (亚油酸) 对脂肪酸去饱和酶活性的影响与缺乏 E FA 的结果相似。采用 182n -6 含量丰富的玉米油取代富含油酸的橄榄油饲喂大鼠, 结果 1609 去饱和作用降低, 但6 去饱和酶活性升高近 2 倍8 。运用向日葵油也在大鼠取得相似的结果,而且5 去饱和作用也升高约 215 倍9 。( 2) 183n - 3 (2亚麻酸) 是6 去饱和酶的催化底物之一, 与 182n - 6 具有竞争作用,无论是“在体”( in v ivo ) 还是“离体”( in v it ro )孵育中, 都是该酶的一个强烈抑制剂。当升高饲料中 183n - 3 添加量时, 大鼠 182n - 66 去饱和作用明显降低,但 203n - 65 去饱和作用所受的抑制较轻。与之相似的结果也见于“离体”孵育10 。n - 3 系列高度不饱和脂肪酸 (205n - 32E PA 和 226n - 32D HA ) 中D HA对(3)神经胶质瘤细胞的 183n - 36 去饱和有抑制作用11 。E PA 和D HA 以及 183n - 3对 肝脏9 去饱和均具有抑制作用,但 18 3n - 3 的作用较弱12 。 在 W ista r 鼠和Sp ragu e2D aw ley 鼠, 存在于鱼油或纯化的 E PA 和D HA 均对6 和5 去饱和具有抑制作用, 但这些脂肪酸在 Zu ck e r 鼠所致的作用比较复杂。Zu k e r 肥胖鼠肝脏微粒体的6 和5 去饱和酶活性都低于 Zu ck e r 瘦型鼠和W ista r 鼠。当动物摄食含有丰富 E PA 和D HA6 和 203n 65 去饱和明显降低, 但 183n 6 去的鱼油,三种大鼠的 182n 6饱和作用没有下降, 甚至在 Zu k e r 肥胖鼠和W ista r 鼠还有所升高2 。这是否说明 182n6 和 183n -36 去饱和酶属于不同的酶或同一种酶的不同亚型, 值得深入研究。-( 4)183n - 6 (亚麻酸)是6 去饱和反应的生成产物, 它对于该反应具有抑制甚至阻断作用。当底物浓度很低时, 这种脂肪酸对6 和5 去饱和酶活性的影响不明显。183n -6 在 8 月龄大鼠可引起脂肪酸去饱和作用降低, 但在幼龄鼠不明显。 相反, 在Zu ck e r 肥胖鼠, 摄入 183n - 6 可使较低下的6 去饱和作用得到修复。有报道表明, 183n - 6 对脂肪酸去饱和作用的影响与动物年龄有关: 在 115 月龄大鼠, 182n - 66 和183n - 36 以及 203n - 65 去饱和作用均因摄入 183n - 6 而降低, 但在 9 月和18 月龄, 6 去饱和作用变化不大, 而5 去饱和酶活性仍然较低。另外, 204n - 6 可抑制大鼠的6 去饱和作用, 但5 去饱和酶活性变化不明显。( 5) 环丙烯脂肪酸是含有环丙烯基的一类特殊脂肪酸。(C yc lop rop en e fa t ty ac id s)摄食这类脂肪酸能引起动物一系列生物功能障碍, 特别是影响脂质的代谢过程, 如抑制鸡、鲑鱼和大鼠的 1809 去饱和作用和大鼠肝脏微粒体的 182n - 66 和 203n -65 去饱和作用,并降低 204n -6 在肝脏微粒体磷脂中的掺入作用13 。21212 饲料蛋白质和氨基酸 高蛋白质饲料可升高9、6 和5 去饱和作用, 低蛋白质饲料可降低幼鼠这 3 种酶的活性。 摄食低蛋白质饲料的时间长短也影响对去饱和酶活 性的调节作用: 2 天后6 和5 去饱和酶活性降低, 到第 25 天又恢复到初始水平。另外, 高酪蛋白 (45 能量) 饲料可促进6 去饱和作用, 与这种蛋白质具有相同组成的氨基酸 合成物也能明显升高6 去饱和作用, 轻度升高5 去饱和作用, 但对9 去饱和作用的影响不明显。向饲料中添加苯丙氨酸或酪氨酸可使6 去饱和作用降低, 这可能与它们促 进肾上腺素的分泌有关。另外, 摄食大豆动物的6 去饱和酶的活性低于摄食含酪蛋白饲 料的动物。 另外, 蛋白质和脂质可能对脂肪酸去饱和酶活性具有联合影响14 。21213 饥饿 可使9 和6 去饱和作用降低, 其中前者的活性在饥饿一开始即降低, 而 后者的活性降低出现在 3 天以后。 动物饮用葡萄糖水可使去饱和酶的活性恢复正常。其它饲料因素胆固醇在“离体”孵育中可升高6 和5 去饱和酶活性, 但21214“在体”孵育中, 这二种酶的活性均降低。 硫脲、 杀虫剂和乙醇均抑制6 和5 去饱和酶的活性, 但9 去饱和作用因饮用乙醇而升高。 高氯化钠溶液能促进6 去饱和作用。 一些具有促进过氧化物酶体增生的物质特别是安妥明也可促进脂肪酸去饱和作用。213发育和衰老研究动物有机体不同生长发育阶段脂肪酸特别是 E FA 生物合成的调节具有重要意 义, 因为在动物发育的不同阶段对 E FA 的需求不一样, 如发育的早期, 大脑需要更多的到老龄阶段, 摄入适当的必需脂肪酸可以预防或延缓一些病理现象的发生。E FA ;发育中的大脑和中枢神经系统含有大量脂质40 ) , 并且大脑磷脂的脂肪酸组成也很有特点:(白质和髓鞘质为 50 70 , 灰质约n - 6n - 3 系列脂肪酸的比值接近 11 (肝脏和肾脏为 41)。为了获得这种特别的脂肪酸组成, 在大脑的正常生长发育中需要提供合适的 PU FA 。胎儿 n - 6 和 n - 3 PU FA 或者它们的前体 (182n - 6 和 183n- 3) 来源于母体血液。但据报道, 大鼠胎儿肝脏微粒体能将 182n - 6 转变为 183n -6 和 204n - 6。6 去饱和作用也曾经在大鼠胎儿大脑微粒体和小脑匀浆中观察到。最近, 在“离体”孵育中发现,被直接注射到临产胎儿颅腔内的 183n - 3 和 182n -6 能分别在胎儿大脑中被转化为 PU FA 15 , 表明胎儿可以自己提供部分 n - 6 和 n - 3 PU FA 。2 14 天新生儿象成年人一样具有6 和5 去饱和能力16 。10 日龄大鼠肝脏和大 脑的6 去饱和作用明显高于肝脏。有学者指出, 小鼠大脑细胞不能利用 183n - 3 生物合成 226n -但大脑血管内皮细胞和星形胶质细胞能共同生物合成 226n -3。3,随着动物的成长, 肝脏 n - 6 和 n - 3 的去饱和能力相对升高, 而大脑的能力降低。从肝脏去饱和能力的纵向比较上看, 老龄大鼠和小鼠的脂肪酸去饱和能力下降, 从 115 月龄到 24 月龄, 大鼠肝脏微粒体的 182n - 66 去饱和酶的特定活性 (SP ) 没有降低, 但由于肝脏重量增加, 所以整个器官的去饱和能力逐渐升高, 到 6 月龄时形成一个平台17 。183n - 36 去饱和酶的 SP 从 115 月龄到 3 月龄属上升阶段, 然后有规律地降低, 但是整个肝脏的去饱和能力在 115 月和 24 月龄之间没有显著差异。 203n -65 去饱和作用的 SP 在 115 月龄时比 3 月龄时高 5 倍, 然后缓慢回升; 到 24 月龄时, 整个肝脏对 203n -6 的去饱和能力与 115 月龄时比较没有明显差别。参 考 文 献1989145 801234567891011121314151617B renne r P R 1T h e R o le o f F a t s in H um a in U n t r it io n (2nd ed) 1A cadem ic P re ss,C ao J M , e t a l1L ip id s,1995, 30:825 832266: 19995 20000V o ss A , e t a l1J B io l C h em , 1991,Ge ige r M , e t a l1B io ch im B iop h y s A c ta, 1993, 1170: 137 142B renne r R R 1P ro g L ip id R e s, 1981, 20: 41 47M im o un i V , Po isso n J P 1H o rm M e tab R e s,1990, 22: 405 407M im o un i V , e t a l1P ro st L euk E FA ,1994, 50: 43 47P e r iago J L , e t a l1L ip id s, 1989, 24: 383 3881991, 1082: 57 62C h r ist ian sen E N e t a l1B io ch im B iop h y s A c ta,Bo u r re J M , e t a l1J N u t r,119: 1880 18921989,Coo k H W , Sp ence M W 1L ip id s,22: 613 6191988, 962: 330 3361993, 1210: 27 341993, 39: 335 3431987,Ga rg M L , e t a l1B io ch im B iop h y s A c ta, C ao J M , e t a l1B io ch im B iop h y s A c ta,Sako no M , e t a l1J N u t r Sc i V itam ino l,G reen P , Yav in E 1J L ip id R e s, 1993,34: 2099 2107Po isso n J P , e t a l1B io ch im B iop h y s A c ta, 1993, 1167: 109 113M an io ngu i C , e t a l1L ip id s,1993, 28: 291 297F a t ty A c id D e sa tu ra se s and R egu la t io n o f T h e ir A c t iv it ie sin M amm a lsC a o J u nm in g T h e fa t ty ac id de sa tu ra t io n, p lay ing an im po r tan t p a r t in th eA bstrac tb io syn th e sis o fpo lyun sa tu ra ted fa t ty ac id s in m amm a ls, is ca ta lyzed by an enzym a t ic sy stem w h ich co n sist s o fth ree p ro te in s2cy to ch rom e b5 reduc ta se, cy to ch rom e b5 and de sa tu ra se1A lo t o f fac to r s a re fo und to be ab le to affec t th e ac t iv ity o f th e de sa tu ra se1Keywords fa t ty ac id, de sa tu ra t io n, ac t iv ity, regu la t io nIn st itu te o f E co nom ica l A qua t ic A n im a l, Zho ng sh an U n ive r sity, Guangzho u 510275