脂质过氧化

9．1．6　脂质过氧化

图9－2　脂质的自氧化

此反应我们称为Fenton反应。而且LOOH还可与Fe^3＋离子反应生成

注意：Fe^2＋与脂质过氧化物的反应要比在Fenton反应中与过氧化氢的反应快几个数量级。

k（LOOH＋Fe^2＋）≈1．5×10³（mol/L）^－1·s^－1

k（H₂O₂＋Fe^2＋）≈76（mol/L）^－1·s^－1

而Fe^3＋与氢过氧化物的反应要比Fe^2＋慢得多。

表9－9　生物含铁复合物及其参与氧自由基反应的情况

一些其他金属离子例如Co^2＋也可分解脂质过氧化物，然而另一些金属离子，例如Fe^2＋则不能。相反，已有过二价锌和二价锰盐在某些体系中可抑制脂质过氧化的报道。

虽然Cu^＋离子在Fenton反应中远较Fe^2＋为快：

但在生物体内铁是过渡金属中最重要的脂质过氧化作用的促进剂，因为它在生物组织中含量较高，铁形成复合物后可大大增强铁作为脂质过氧化促进剂的作用，例如铁血红素就是动物组

织中最强的脂质过氧化反应的催化剂。然而，尚无充分的实验证据，证明体内微量铜的复合物，铜蓝蛋白，可有效地催化脂质过氧化反应。

过渡金属离子在脂质过氧化反应中的作用是一个非常复杂的问题，而且研究起来比较困难，有许多内在或外界的因素起作用。诸家所得的结果不一致，甚至完全相反。这一问题是国内外有关科学工作者争论的焦点之一。

除了与铁等金属离子发生催化反应外，LOOH尚可通过光解、辐射分解以及其他反应生成，例如

前者需要在有机溶液中才反应，后者实际上就是Harber－Weiss反应。

（2）

更重要的是，在脂质过氧化中，为羰基和小分子烃类产物的直接来源。因为烷氧自由基在水溶液中容易发生β－断裂或分子重排。

（3）

9．1．6．2　脂质过氧化的产物

光解、水解和热解都是降解反应的重要途径。对自由基中间产物，分解的部位通常是未成对电子的β－位置，这就是有名的自由基反应中的β－断裂，这已在讨论的性质中有所提及。例如：

对亚麻酸的情况，则生成乙烷和乙烯。显然，各种羰基产物，特别是醛类也是主要的最终产物。丙二醛（MDA）是环过氧化物经β－断裂生成的。

表9－10列出了整个脂质过氧化过程和各种脂肪酸过氧化物的降解产物。澳大利亚科学家由过氧化的膜中分离出一种毒性很大的醛，即4－羟基－2，3－反式－壬烯醛。

对不同饱和度的脂肪酸和微粒体自动氧化作用的研究表明，醛式脂质过氧化产物主要是己醛、辛烯醛和4－羟基壬烯醛。微粒体非酶性脂质过氧化产物主要是己醛和4－羟基壬烯醛。花生四烯酸自动氧化所产生的4－羟基壬烯醛的量最多，比亚油酸高10倍，比γ－亚麻酸高4倍。

表9－10　由金属离子刺激脂肪酸、微粒体和整个细胞的脂质过氧化作用生成的羧基化合物

续　表

人们往往用丙二醛的量来衡量脂质过氧化的程度，但实际上在许多情况下，丙二醛并不是主要产物。需要指出的是，脂类并不是细胞膜中唯一含有双键的分子。其他分子亦可发生过氧化作用，例如视黄醇、辅酶Q等；不但由于脂质过氧化降解破坏了膜结构的完整性，而且过氧化的自由基中间产物和羰基化合物最终产物同样可以进攻各类生物大分子而造成损伤。

9．1．6．3　脂质过氧化对细胞及其成分的损伤

脂质过氧化作用对细胞损伤的机制非常复杂，至今仍是人们集中研究的课题。这里我们仅从化学的角度，就过氧化的产物，包括中间产物对生物大分子的破坏加以讨论。

生成蛋白质自由基，最终导致蛋白质的聚合。

（2）过氧化羰基产物与蛋白质分子的氨基反应。二醛基化合物，如丙二醛可进攻蛋白质分子的氨基，导致蛋白质的分子内交联和分子间交联

将丙二醛和膜一起处理，很容易观察到膜蛋白的交联和凝集。

醛类产物同样可以与蛋白质的巯基反应。巯基化合物是生物分子中很强的亲核物质，此类化合物有低相对分子质量的半胱氨酸、谷胱甘肽（GSH）以及其他含巯基的蛋白和酶。典型的例子是丙烯醛与GSH作用，开始形成1，4－加成物，后经分子重排形成1，2－加成物。

强毒性产物4－羟基壬烯醛由于羟基的存在，增加了C3的亲电能力，使其对巯基化合物有更强的反应活性。

（3）过氧化作用对膜结构的破坏。生物膜是由脂质和蛋白组成的流动镶嵌结构，为完成某种功能，膜蛋白可自由扩散或在膜平面上自由移动。膜蛋白有专一功能，如离子、低相对分子质量化合物或水的转运需要一种以上膜蛋白的缔合，在正常的情况下，膜蛋白是处在不断进行着缔合和解离的动态过程。但由脂质过氧化作用所引起膜蛋白的交联可导致膜蛋白处于永久性的缔合状态，因而阻挡了蛋白受体恢复到原来的分布状态，从而严重地损害了生物膜的功能。

膜脂的流动性亦对膜的功能的发挥起着关键性的作用，而膜不饱和脂肪酸的水平又对膜的流动性的调剂起着重要作用。过氧化可使膜不饱和脂肪酸减少，这样，原来保持的膜饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的均衡就受到破坏。饱和脂肪酸增多会使膜变为刚性状态。不饱和脂肪酸对维持膜的流动柔软性是必要的。缺乏不饱和脂肪酸可使膜的流动性变低。这种膜结构的变化，无疑会导致膜功能的异常。