脂质代谢途径研究计划（LIPID MAPS）：脂质分类介绍

2021-05-19 17:49:26, 小维武汉迈维代谢生物科技股份有限公司

脂质泛指自然界中存在的一大类极易溶解于有机溶剂、在化学成分及结构上非均一的化合物。研究表明, 哺乳动物细胞含有1000~2000种脂质,而且随着新技术、新方法的不断发展,各种新的脂质分子还在不断地被发现。脂质结构的多样性赋予了脂质多种重要的生物功能。脂质是构成生物膜的主要成分；参与信号传导，调节细胞生长、分化、衰老、程序性死亡等信号传导过程；提供能量，参与机体生长，维持生命活动。

目前，有很多关于脂质分类的方法，但是根据结构和合成途径进行的分类最为准确。美国国立卫生研究院(NIH) 2003 年所资助的“脂质代谢途径研究计划”(Lipid metabolites and pathways strategy, LIPID MAPS)项目提出的脂质分类系统 (The LIPID MAPS Lipid Classification System)，将脂质大体分为八大类:

1.脂肪酰（FA）

脂肪酰是结构复杂脂质的主要组成部分，因此是生物脂质最基本的分类之一。脂肪酰包括脂肪酸与脂肪酰类。脂肪酸和脂肪酰基具有一系列重复的亚甲基，这些亚甲基赋予这类脂质疏水性。

脂肪酸 (Fatty Acids)，主链由重复亚甲基序列构成，末端为羧基。

脂肪酸经典结构

脂肪酸的分类：一般按脂肪酸的碳链的长度和其饱和度来分类。

常见脂肪酸结构示意图

脂肪酰也称脂酰化合物，泛指脂肪酸及含有脂肪酸残基的脂质。脂肪酰是由乙酰辅酶A和丙二酰辅酶A及甲基丙二酸单酰辅酶A经由脂肪酸合成反应而得的多种分子。

常见脂肪酰示意图

2.甘油酯（GL）

甘油酯是甘油（丙三醇）上的羟基与脂肪酸酯化的产物。甘油与脂肪酸的酯化产物（不包括甘油磷脂）。甘油酯根据甘油的羟基被酯化的个数而分类。甘油中一个羟基被酯化称为单甘油酯，两个羟基被酯化称为甘油二酯，三个羟基被酯化称为甘油三酯。其中甘油三酯在自然界中是最常见的。

3种甘油酯结构图

真核细胞中，甘油三酯在水相介质中成微小油滴状独立结构，作为代谢燃料的贮藏库，脊椎动物中这些特化的细胞被称为脂肪细胞(adipcytes或fat cells)。甘油三酯还贮藏在多种植物的种子中，提供种子萌发时所需能量及生物合成的前体物质。甘油三酯因碳链长且还原度高较糖贮藏的能量更多（二倍），甘油三酯的疏水性保证了运输中不必运送额外的水化物的重量。一些动物中，皮下贮存的甘油酯不仅是一种能量，还可对于极低温度对生物体产生保温作用，海豹、海象、企鹅及热血的极地动物都被非常丰厚的甘油酯所覆盖，冬眠的动物（如熊）在冬眠前要积累大量的脂肪，既可以时贮能、又可以保温。

3.甘油磷脂（GP）

甘油磷脂因为甘油上的羟基被酯化的个数分为甘油磷脂和溶血甘油磷脂。

当2分子脂肪酸与甘油的C1及C2上的羟基以酯键相连，一分子亲水的高度极性的磷酸基团与C3的-OH相连就形成最简单的甘油磷脂，磷脂酸。真核生物及细菌中的磷脂在甘油的sn-3位上，而古菌中的磷脂在甘油的sn-1位上。

磷脂酸中，磷酸基团上的H+被其他基团取代，形成其他复杂的甘油磷脂。如磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油等。

3-sn-磷脂酸

甘油磷脂结构通式

甘油磷脂分类

一般，甘油磷脂中甘油的1或2个羟基以酯键的形式连接脂肪酸，不过也有连接烷基或是1Z-烯基，即烷基醚磷脂和烯基醚磷脂（缩醛磷脂）。

缩醛磷脂结构

溶血甘油磷脂（LysoGP）：以单甘油酯为母核,在sn-3位置的羟基与磷酸成酯，或磷酸再与其他含羟基的物质结合成酯。

溶血甘油磷脂结构通式

溶血甘油磷脂分类

4.鞘脂类（SP）

鞘脂是一组复杂化合物的统称，有共同的鞘氨醇骨架（sphingoid base）。鞘氨醇分子的C1、C2、C3带有功能基团-OH、-NH2、-OH，与甘油磷脂中甘油的三个羟基在结构上相似。由丝氨酸和长脂肪链的酰基辅酶A从头合成，之后转换为神经酰胺、磷鞘脂、糖鞘脂和其它化合物。哺乳类体内的鞘脂主要以鞘磷脂为主，而昆虫体内则主要是磷酸乙醇胺神经酰胺，真菌体内有植物神经磷酸肌醇及含有甘露糖的鞘脂。

神经酰胺是常见的鞘氨醇碱衍生物，由脂肪酸与鞘氨醇的氨基连接而成，多半是饱和脂肪酸或是单不饱和脂肪酸，碳链长16-26。是所有鞘脂（鞘磷脂，鞘糖脂）的结构母体。

鞘磷脂由一分子长链的鞘氨醇、一分子长链脂肪酸和一分子极性的头部组成，极性的头部为磷酸以酯键相连。鞘磷脂也有一个极性的头和2个疏水的尾，但分子中不含甘油。

鞘氨醇结构

神经酰胺结构示意图

鞘脂分类

5.固醇脂（Sterol lipids，ST）

固醇脂又称甾醇脂，固醇脂的类别主要根据生物学功能进行细分。

固醇脂包括固醇（Sterols），类固醇（Steroids），Secosteroids，胆汁酸及其衍生物（Bile acids and derivatives），类固醇轭合物（Steroid conjugates），Hopanoids，以及其他类。固醇（Sterols）里包括，胆固醇，麦角甾醇，豆甾醇，C24丙固醇等等。胆固醇及其衍生物在哺乳动物系统中得到了最广泛的研究，与甘油磷脂和鞘磷脂一起构成了膜脂的重要组成部分。胆固醇是三个六碳环(A、B、C环) 和一个五碳环(D环)稠合而成，这种母核为环戊烷多氢菲母核。

类固醇也包含相同的稠合四环核结构，具有与激素和信号分子不同的生物学作用。这些是根据核心骨架中的碳数细分的。C18类固醇包括雌激素家族，而C19类固醇包括雄激素，例如睾丸激素和雄甾酮。C21亚类在C17位置包含两个碳侧链，包括孕激素以及糖皮质激素和盐皮质激素。Secosteroids包括多种形式的维生素D，其特征是固醇主结构中B环开环。其他的固醇有胆汁酸及其共轭碱，胆汁酸存在于动物的胆汁中，从人和牛的胆汁中所分离出来的胆汁酸主要为胆酸。胆酸是油脂的乳化剂（C17侧链亲水），其生理作用是使脂肪乳化，促进它在肠中的水解和吸收。故胆酸被称为“生物肥皂”，在肝脏中生成。

植物中的固醇称为植物甾醇，例如β-谷固醇、豆固醇及菜籽固醇。真菌细胞膜中主要为麦角固醇。是以环戊烷多氢菲作为母核的化合物。

环戊烷多氢菲结构

固醇脂代表结构

6.异戊烯醇脂（Prenol lipids，PR）

异戊烯醇脂类以异戊烯醇序列作为母核的化合物，是异戊二烯单位的缩合体，即类萜（terpens）。重复单位以C-C键连接在一起，呈非极性。两个异戊二烯单位头尾连接就形成单萜；含有4个、6个和8个异戊二烯单位的萜类化合物分别称为双萜、三萜或四萜。还有一些化合物可以看作是异戊烯醇脂类的衍生物，它们与类萜关系密切，但其结构式并不是五碳单位的偶数倍数，如缺少一个碳原子的檀烯，以及我们曾经介绍过的龙脑、樟脑。

另一类重要的异戊烯醇脂类分子是醌和酚类，如维生素E、维生素K及辅酶Q10。

异戊烯脂质包括多种结构不同物质，对其系统命名是困难的，习惯上沿用的名称多来自该化合物的原料来源，更显得杂乱无章。

异戊烯醇母核

7.糖脂（Saccharolipids，SL）

糖脂是指脂肪酸直接与糖骨架连结的化合物，形成与双层脂膜相容的结构。在糖脂中，由糖取代了甘油酯和磷脂中甘油的骨架角色，脂酰的数目不必区分是何种键，酰胺键或酯键。糖脂可以作为多糖或磷酸化的衍生物出现。

糖脂母核结构

糖脂类代表结构

8.聚酮类（Polyketides，PK）

聚酮类是在聚酮合酶的作用下催化乙酰基和丙酰基单元的聚合形成。主要可分为芳香族聚酮化合物和复合聚酮化合物。结构和功能最多样化的天然产物之一，很大一部分是环形分子，骨架可以进一步糖基化、甲基化、羟基化、氧化等。聚酮合成酶产生的天然产物结构的多样性要大得多，其中许多具有脂质的特征。I类聚酮化合物合酶形成受约束的大环内酯，大小通常为14至40个原子，而II类和III类聚酮化合物合酶产生复杂的芳香环系统。聚酮化合物主链通常通过糖基化，甲基化，羟基化，氧化和/或其他过程进一步修饰。一些聚酮与非核糖体合成的肽连接以形成杂合支架。许多常用的抗菌、抗寄生虫、抗癌药物是聚酮或其衍生物。这些药物包括红霉素，四环素，制霉菌素，阿维菌素和抗肿瘤埃博霉素。