魚蝦體內脂質之過氧化反應與舒血淨的生理作用

        脂質在營養化學上佔有很重要的地位，這是眾所周知的事，但是因其易於氧化，產生具有毒性的過氧化物，不僅影響飼料品質，亦阻礙了魚蝦正常代謝與成長，甚至於造成死亡，本省在鰻魚的養殖上也發生過很多這方面的例子；為了解決這個對養殖界與飼料界造成因擾的問題，本篇將討論危害魚蝦生體的脂質過氧化反應，到底是如何發生的？魚蝦體內存在著何種反應機構，可以用來防止脂質的過氧化反應，以具有物理、化學雙重抑制作用的舒血淨在生理上之功能。

一、前   言

        氧氣是魚蝦用來維持其生存所必須的東西，它用來氧化蛋白質、脂質、碳水化合物等營養素，以獲得能量，供給魚蝦合成體成份時所利用。但是氧氣除了上述之有利點以外，因其具有強氧化力，在魚蝦體內也會引起不利之反應，特別是體組織中脂質的組成成份，含有多量雙鍵結合的不飽和脂肪酸(高度不飽和脂肪酸)時，很容易引起氧化反應。這種氧化反應除了脂質之外，維生素也會發生，但是在量與質的影響上，仍然在脂質的氧化較受重視，此種脂質的氧化作用，一般稱之為脂質的過氧化反應，不只是魚蝦體內會發生，連供給營養源的飼料也會引起，特別是含高量脂質的飼料，或是油脂原料，都有這類困擾的問題存在著。近年來關於氧氣的研究，已經有很大的進展，生物體內的活性氧氣(比一般的氧氣具有更強的氧化能力)已被證明出來，這種活性氧氣在脂質過氧化反應裡扮演著極重要的角色，在此，我們將以氧氣為中心，來討論脂質的過氧化反應和其抑制機構。

二、活性氧氣與魚蝦體內脂質的過氧化反應

        在生物體內或者體外，脂質的過氧化反應是以自由基(Radical)反應進行著。在魚蝦體內的脂質過氧化反應是在生合成Prostaglandin時所發生的酵素與非酵素的兩種劣化反應。非酵素的脂質過氧化反應會產生幾個氫過氧化物(Hydroperoxide)，雖然我們知道這個過氧化反應是由除去氫離子開始的(圖1)，但是其初期反應則是由存在於魚蝦體內的普通氧氣(三項氧氣，Triplet oxygen，³O₂；)經由酵素或非酵素的反應，生成高活性氧氣，或者各種自由基(活性氧氣種，包括Super oxide ion，．O₂^-，HO．，H₂O₂)而引發的。如下所示：

        ³O₂＋e^-→．O₂^-←H⁺→HOO．                                                                  (1)

        2．O₂^-＋2H⁺─SOD→³O₂＋H₂O₂                                                             (2)

        2O₂^-＋2H⁺─非酵素的→¹O₂＋H₂O₂                                                         (3)

        H₂O₂＋．O₂^-＋H⁺→．OH＋¹O₂＋H₂O                                                    (4)

        ．OH＋H₂O₂→．O₂^-＋H₂O＋H⁺                                                              (5)

        ．O₂^-＋．OH→¹O₂＋OH^-                                                                          (6)

        ．O₂^-＋e^-＋2H⁺→H₂O₂                                                                              (7)

        2H₂O₂─Catalase→2H₂O＋ ³O₂                                                                  (8)

        H₂O₂＋受容體(還元型)─Peroxidase→2H₂O＋受容體(氧化型)              (9)

        ³O₂＋ ³Sens→¹Sens＋O₂                                                                            (10)

        ．O₂^-：Super oxide anion

          SOD：Super oxide anion desmotase

       ³Sens：光增感劑

¹O₂(單項氧氣，Singlet oxygen，對脂質的過氧化能力為³O₂的數千倍)，．OH(氫氧游離基)，H₂O₂(過氧化氫)等物質的生成是眾所週知的。．O₂^-(Super oxide anion)在一些氧化酵素的反應裡被製造出來，特別是在黃嘌呤氧化酵素(Xanthine oxidase)的反應裡特別多；此外在非酵素的反應裡頭，如血紅蛋白(Hewoglobion)的自動氧化時，抗壞血酸(Ascorbic acid)、麩胱甘𡌅(Glutathione)的氧化時也會發生。但是此種．O₂^-並不被認為直接引起脂質的過氧化反應，而是由．O₂^-二次生合成的單項氧氣和氫氧游離基直接引起脂質的過氧化反應。

圖一：脂   質   的   過    氧   化   反   應

        (i)反應的開始(Initiation)

            PH＋O₂→

            PH→R．

        (ii)連鎖反應的進行(Propagation)

            R．＋O₂→ROO．

            ROO．＋RH→ROOH＋R．

        (iii)反應的停止(Terwination)

            R．＋R．→R－R

            R．＋ROO．→ROOR

            ROO．＋ROO．→ROOR＋O₂

        (iv)連鎖反應的分岐(Chain branching)

            氫過氧化物的分裂(Cleavage of hydroperoxide)

            ROOH→ROO．，RO．，R．，HO．

        這個影響脂質過氧化反應要素之一的．O₂^-，在正常狀態之下時，由於特殊酵素－SOD(Super oxide anion desmotase)的作用，產生如(2)式的反應，分解成三項氧氣和過氧化氫；但是魚類如果處於異常狀態時，則發生(3)～(7)式的反應，生成單項氧氣和氫氧游離基，而引起脂質的過氧化反應。此外，Chlorophyll的分解物在被魚蝦吸收之後，循環於血液時，如果遭日光照射，則會引起(10)式的反應，光線激起之後，生成單項氧氣，促進脂質的過氧化反應。

三、飼料中之氧化脂質對魚蝦的影響

        脂質含量高的飼料或者油脂類，在貯藏中或加工中，因自動氧化(飼料中脂質的過氧化反應稱自動氧化)，而造成過氧化物的蓄積，如果魚蝦食用此種含有氧化油脂的飼料，則所攝食的過氧化物和其分解物會促進體內脂質的過氧化反應。這是因為過氧化物或者其分解物，在被分解時產生如單項氧氣等的活性氧氣所造成的；另外過氧化物和其分解物本身也具有毒性，對魚蝦也會造成毒性作用。

四、脂質的過氧化反應對魚蝦所產生的毒性

        造成魚蝦生物體的細胞，以及細胞內各種小器官，為了區別內部與外部，其外均覆有一層生體膜。這個生體膜主要是由磷脂質所構成(大部份為二重膜)，而這種磷脂質裡像Arachidonic acid這種高度不飽和脂肪酸的含量相當高，因此，只要細胞非處於正常狀態，則立刻生成前述如單項氧氣的活性氧氣種，進而攻擊生體膜的磷脂質，使脂質發生過氧化反應，脂質一發生過氧化反應，則會損傷生體膜，並且給予細胞各種弊害。例如稱為lysosome的小器官裡，含有蛋白質、糖、核酸、脂質等水解酵素，這個lysosome的膜如果因過氧化反應而遭受損傷的話，則其內部所含水解酵素會從細胞內被釋放出來，而引起細胞的自家消化。例如核酸分解酵素會分解核和小細胞，蛋白質、脂質、碳水化合物分解酵素會分解粒線體(Mitochondria)、細胞質的成份和細胞膜等等。由於細胞內小器官的被溶解、崩壞，進而造成細胞的崩潰、壞死。一般而言，造成細胞壞死的情形較少，大部份是造成細胞的機能低下，這個作用是因為，在細胞內正常的、精密的配置著酵素系，構成此酵素系的酵素蛋白如果與脂質過氧化物，或者生成過氧化物時所產生的自由基反應，則會產生稱為脂褐質(Lipofucin)的螢光物質，降低了酵素活性，而造成細胞機能的低下。

五、脂質運氧化反應的抑制

        如前所述，脂質的過氧化反應是由單項氧氣等的活性氧氣種來引發初期反應，進而由自由基反應造成過氧化物的蓄積。因此，在魚蝦體內為了抑制脂質的過氧化反應與過氧化物之蓄積，必須(i)抑制活性氧氣種的發生(ii)捕捉各種自由基(iii)將生成之過氧化物變成無害的化合物；以上三種之反應機構被考慮著。就是讓魚蝦具有抑制脂質過氧化反應的機構，使對生體有害的脂質過氧化物不會蓄積在體內，此種機構是由酵素系與維生素所提供的，例如前面所提及的Super oxidase anion desmotase和Glutathione peroxidase等等的酵素，以及維生素具有這些功能。

(Ⅰ)單項氧氣的消除：

        對生體有害的單項氧氣，當然儘可能愈早將之分解愈好，但是單項氧氣的消除包括有物理與化學的作用。前者是將單項氧氣的能量釋放出來，以形成反應性較少之三項氧氣，亦稱之為消化作用(Quenching)；換句話說就是使氧氣形成安定狀態，本身或者其他反應都未發生；後者是有化學作用的結合，即本身即被氧化分解的反應。舒血淨對單項氧氣的消除能力是依物理性：化學性＝100：1的比例來作用的，即1分子的舒血淨可以消去100分子的單項氧氣，但其自身也被氧化分解。此種從消光作用來抑制氧化作用的效果，在氧化作用的初級階段，效果極為明顯。

(Ⅱ)自由基的消除：

        一般之抗氧化劑均具有此作用，即抑制自由基的連鎖反應進而抑制了脂質的過氧化反應。但是由此種方式來抑制脂質的過氧化反應，除了要考慮抗氧化劑的抗氧化能力之外，尚須考慮抗氧化劑吸入組織的能力，以及與組織的親和力等等重要因素；舒血淨除了能消除單項氧氣之外，它也有捕捉自由基的作用，顯示著它能當抗氧化劑來作用著。

(Ⅲ)過氧化物的消除：

        在魚蝦的生體膜內存在著一種叫Glutathione peroxidase的酵素，它含有硒原子，這個酵素能將不飽和脂肪酸過氧化反應所生成的過氧化物(Monoperoxide)還原成酵類(Alcohol)；換句話說，能將體內有毒的過氧化物還原成無害的醇類，再經過通常的代謝路徑將其分解，具有防止有毒的過氧化物蓄積之功能；但是此種酵素之作用仍有限制，只依靠此種酵素的作用，並不能將有毒的過氧化物完全分解。

六、結   語

        下圖所示，在代謝反應中過剩的活性氧氣．O₂^-先形成H₂O₂與三項氧氣，形成之H₂O₂立即會經含有Fe⁺²的Catalase或者Peroxidase的作用，形成安定型態之水與³O₂。Catalase分解H₂O₂^-的速度相當快，1分子的Catalase在1分鐘內約可將500萬個H₂O₂分解成H₂O與³O₂。過氧化物也因Peroxidase的作用，分解成安定的化合物，本身亦開裂，抑制了自由基的連鎖反應。但是當魚蝦生病時，或者處於各種水質污染的異常狀態時，這些多餘的．O₂^-無法用SOD處理，則這些．O₂^-會在細胞內被釋放出來，促進脂質的氧化反應。由．O₂^-所產生的單項氧氣、氫氧游離基等等的活性氧氣種會被血淨捕捉、消除，進而抑制過氧化反應之發生。

   圖：魚  蝦  體  內   脂  質  過  氧  化  物  的  生  長   與  抑  制

                            H₂O

                             ↑

                        ³O₂＋H₂O                         ³O₂                                        PUFA

                 2H⁺↑←SOD                      ↑←舒血淨                    ↑←舒血淨

         2³O₂ → ₂O₂^-．  ┐                ┌   ¹O₂  ┐                  PUFA radical

                        │2e^-   ├───→│         │───→ Peroxide radical

                        ↓4H⁺ │                └．OH┘                             ↓           GSHpx

                     2H₂O₂    ┘                       ↓                                 Peroxide    ↘↓↙GSH

   Catalase→↙   ↘←GSHpx          OH^-.H₂O₂              Hydropy fatty acid ↙  ↘GSSH

   2H₂O＋³O₂       2H₂O＋2GSSG

                                                                              SOD：Super opide anion desmotase

                                                                            PUFA：多價不飽和脂肪酸

                                                                          GSHpx：Glutathione peroxidase

                                                              飼料營養雜誌(78~83)－張晏逢．八六年十一期

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