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硫辛酸:简单的分子,强大的功能,以及极易混淆的名称

硫辛酸结构简单,是辛酸的6位和8位氢原子被巯基取代的产物,所以中文称为硫辛酸。英文以前称为thioctic acid,现在为了与其它含硫化合物区分,统一称为lipoic acid(LA)。不过,这个词含有词头“lipo”(脂肪),所以很容易被翻译软件弄错,需要注意。同样,lipoyl是硫辛酰基,也经常被翻译成脂酰基。

硫辛酸(氧化型)

硫辛酸也叫α-硫辛酸。这个描述很奇怪,但事实如此。这个“α”既不是指其旋光性,也不是指其氧化还原类型,只是为了与其氧化产物(β-硫辛酸)对应。β-硫辛酸有四种异构体,见下图。

β-硫辛酸是硫辛酸的氧化产物

硫辛酸的6位碳原子连接了四个不同基团,所以具有手性。生物体能够利用作为辅因子的是R(+)对映体(RLA)。硫辛酸的两个巯基中间隔了一个亚甲基,所以能形成二硫键,产生一个五元环。这种形式称为氧化型硫辛酸。不形成二硫键的开链形式称为还原型或二氢硫辛酸(DHLA)。通常说的硫辛酸可以泛指氧化型与还原型,也可以特指氧化型。硫辛酸常与蛋白质中特定赖氨酸侧链相连,称为硫辛酰胺(lipoamide)。

硫辛酸的不同形式

在生化反应中,硫辛酸最主要的功能是作为酰基载体,参与α-酮酸脱羧反应。其6位的巯基可以运载α-酮酸脱羧后产生的酰基,与辅酶A相似。其实反应的最后步骤就是将这个酰基再转移给辅酶A。糖代谢中的丙酮酸脱氢酶,还有三羧酸循环中的α-酮戊二酸脱氢酶都是这样。在丙酮酸脱氢酶复合体中,E2分子中赖氨酸侧链和硫辛酰胺一起构成一条“手臂”,在电荷的推动下携带中间产物(乙酰基)移动,最后生成乙酰辅酶A。α-酮戊二酸脱氢酶的反应机制与之类似。这两个反应所在的代谢途径是人体能量代谢的中心环节,所以硫辛酸是不可或缺的。

α-酮戊二酸脱羧反应

硫辛酸可以作为氧化还原载体,所以也具有抗氧化能力。目前有许多相关研究和报道,但在临床应用上的结论并不一致。据维基百科报道,“截至2015年,除德国之外,静脉注射硫辛酸在世界任何地方均未获批用于糖尿病神经病变”。有研究认为低浓度硫辛酸可以有效防止自由基损伤,但高浓度反而加剧损伤。这可能是因为硫辛酸是双巯基化合物,可以分别与两个自由基反应,生成双自由基,然后发生自由基湮灭。这也正好可以解释不同浓度的效果差异。所以说,硫辛酸是一种很有潜力的候选药物,但并不建议正常人随意大量服用。如果希望治疗某种疾病,应该先咨询医生。

硫辛酸是酵母和一些微生物的生长因子,但人体可以在线粒体中合成,所以它不是维生素,只是一种辅因子。合成硫辛酸所用的底物是脂肪酸合成酶合成的辛酸。首先由辛酰基转移酶将辛酸从酰基载体蛋白转移到硫辛酰基结构域蛋白的赖氨酸侧链氨基上。然后由硫辛酰基合成酶催化,通过一种“自由基SAM”机制,用两个巯基取代辛酸上的两个氢原子。

自由基SAM反应机制。J Biol Chem. 2015

这个反应是一种自由基机制,SAM用于产生自由基,而不是提供巯基。合成硫辛酸消耗的两个巯基来自铁硫簇。反应完成后,新合成的硫辛酸是附着在蛋白质上的,只有当这个蛋白被降解后,才会释放出游离的硫辛酸,被其它酶利用。所以说,硫辛酸是辅基,不是辅酶。


参考文献:

  1. Gerreke Ph. Biewenga, Jan de Jong, and Aalt Bast. Lipoic Acid Favors Thiolsulfinate Formation after Hypochlorous Acid Scavenging: A Study with Lipoic Acid Derivatives. Archives of Biochemistry And Biophysics. Vol. 312, No. 1, July, pp. 114-120, 1994.

  2. Joseph T Jarrett. The biosynthesis of thiol- and thioether-containing cofactors and secondary metabolites catalyzed by radical S-adenosylmethionine enzymes. J Biol Chem. 2015 Feb 13;290(7):3972-9.

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