Seminar BiochemieLipide und Lipidstoffwechsel
Dr. Christian Hübbers
Lernziele
• Lipidklassen: Fettsäuren, TG, Phospholipide, Cholesterin, Sphingolipide, Glykolipide.
• ß-Oxidation, FS-Biosynthese, MalonylCoA, Ketonkörper
Gemeinsamkeiten von Lipiden
• (Größtenteils) hydrophob, also:
• Nicht wasserlöslich
• Aber löslich in org. Lösungsmitteln
• Keine Polymere
Biologische Funktionen von Lipiden
• Essentieller Bestandteil zellulärer Membranen
• Energiespeicher (und damit -lieferant)
• Inter- und intrazelluläre Signalübertragung
Exkurs: Verseifen• Verseifung (Saponifikation): Hydrolyse eines Esters
mit wässriger Hydroxid-Lösung
• Tier. Fette, pflanzl. Öle mit KOH: Kernseife
• Tier. Fette, pflanzl. Öle mit NaOH: Schmierseife
1.
2.3.
Klassifizierung von Lipiden (1)
• Nicht verseifbare Lipide
• Fettsäuren und Derivate
• Gesättigte Fettsäuren, Ungesättigte Fettsäuren, Eikosanoide (Prostaglandine, Thromboxane, Leukotriene)
• Isoprenderivate
• Retinol, Phyllochinone, Tocopherol, Dolichol
• Steroide
• Cholesterin, Steroidhormone, D-Vitamine, Gallensäuren
Klassifizierung von Lipiden (2)
• Verseifbare (zusammengesetzte) LipideAcyl- reste
Verestert mit
Weitere Komponenten Bezeichnung
1Langkettigen Alkoholen
- Wachse
1-3 Glycerin - Acylglycerine
1-2Glycerin-3-phosphat
Serin, Ethanolamin, Cholin, Inositol
Phosphogylceride
1 SphingosinPhosphorylcholin,
Galaktose, OligosaccharideSphingolipide
1 Cholesterin - Cholesterinester
Bezeichnung der Kohlenstoffatome einer Fettsäure
Standardnomenklatur: Carboxyl-Kohlenstoff = 1,ab C2 dann nach griechischem Alphabet aufwärts
Mehrfach ungesättigt (PUFA, polyunsaturated fatty acids): letztes C = 1/omega
Weitere Fakten
• Die häufigsten Fettsäuren haben eine gerade Zahl von Kohlenstoffatomen (12 - 24)
• Omega-3 FS α-Linolensäure (Linos = Lein = Flachs) --> Essentiell
• ALA = 18:3 (Δ9,12,15)
• Hieraus Synthese von:
• Eicosapentaensäure (EPA; 20:5 (Δ5,8,11,14,17))
• Docosahexaensäure (DHA; 22:6(Δ4,7,10,13,16,19))
Lipide
Triacylglycerol
Fettsäuren und Speicherlipide
Glykolipide
Isoprenoide und Steroide
Fette als Reservestoffe
• Sehr energiereiche Nahrungsbestandteile (39kJ/g gegenüber 17kJ/g bei Kohlenhydraten)
• Reservestoffe
• Nicht wasserlöslich --> Tragen nicht zum osmotischen Druck bei
• Nicht hydratisiert --> 9x mehr Energie pro Gewicht
• Überschüssige Nährstoffe werden in Fette umgewandelt
• Speicherung --> Fettgewebe...
• Mechanisches Polster, thermischer Isolator
Fettsäureabbau
• Aktivierung der Fettsäure
• Transport in Mitochondrien
• β-Oxidation
Fettsäureabbau Übersicht
β-Oxidation• 1. Oxidation von Acyl-CoA
• Bildung einer trans-Doppelbindung zwischen C2 und C3
• Übertragung von 2 H-Atomen auf FAD --> Atmungskette
• 2. Addition von H2O an die trans-Doppelbindung
• 3. Stereospezifische Oxidation
• Umwandlung der β-Hydroxylgruppe zur β-Ketogruppe
• NAD+ als H-Akzeptor --> Atmungskette
• 4. Spaltung von β-Ketoacyl-CoA
• Verbrauch von CoA --> Acetyl-CoA
• 2 C-Atome verkürzter Acyl-Rest
Beispiel Palmitat
• 6 „Runden“ mit jeweils 1 Acetyl-CoA
• Finale Runde 2 Acetyl-CoA
β-Oxidation ungesättigter Fettsäuren
• 2 zusätzliche Enzyme nötig! (Isomerase, Reduktase)
• Beispiel Linolsäure
• 3 Schritte wie bei ungesättigter FS
• Isomerase wandelt Δ3-Enoyl-CoA in trans Δ2-Enoyl-CoA um
• Weiter wie „normal“
• 2,4-Dienoyl-CoA wird zu cis-Δ3-Enoyl-CoA reduziert
β-Oxidation ungradzahliger FS
• Abbau analog zu geradzahligen FSbis zu Propionyl-CoA (C3-Einheit)
• Dann Abbau zu Succinyl-CoA
Biosynthese von Ketonkörpern
• Hunger
• Erhöhtes Angebot an FS, Mangel an Glucose
• --> Mangel an Oxalacetat als Akzeptor für Acetyl-CoA
• Daher: Citratcyclus in Leber gebremst, β-Oxidation stark gesteigert
• --> Acetyl-CoA akkumuliert
• Bildung von Ketonkörpern, um CoA zu regenerieren
• Transport der Ketonkörper zu Gehirn, Herz, Nieren
• Längeres Fasten --> Acetoacetat wichtigste Brennstoffquelle des ZNS
FS-Synthese Übersicht
• Transport des mitochondrialen Acetyl-CoA ins Cytosol
• Carboxylierung von Acetyl-CoA (Acetyl-CoA Carboxylase)
• Fettsäuresynthese (Fettsäuresynthase)
• Verlängerung und Einführung von Doppelbindungen (Elongasen, Desaturasen)
• Die FS-Biosynthese ist keine einfache Umkehr der β-Oxidation!
• Lokalisation (Cytosol vs. Mito-Matrix)
• Träger (Malonyl-CoA vs. Acetyl-CoA)
• Redoxcoenzyme (NADPH vs. NADH)
• Stereospezifität (D- vs. L-Konformation)
Transport von mitochondrialem Acetyl-CoA ins Cytosol
Carboxylierung von Acetyl-CoA
Fettsäuresynthese
• FS-Synthase: Multienzymkomplex, 270 kDa
• ACP zur Bindung von Acylresten
Fettsäure- synthese
Herkunft der Substrate
• Acetyl-CoA
• Glykolyse --> Pyruvat
• Pyruvatdehydrogenase --> Acetyl-CoA (Irreversibel)
• NADPH/H+
• Pentosephosphatweg
• Malatenzym
Synthese ungesättigter FS
• Desaturasen
• Lokalisiert im ER
• Tierische Zellen nur Δ9-, Δ6- und Δ5-Desaturasen
• Ungesättigte FS mit weiter entfernt liegenden Doppelbindungen --> Essentiell
Cholesterin
• Integraler Bestandteil eukaryotischer Membranen
• Vorläufer aller Steroidhormone
• Synthese von Gallensäure und Calcitrol
Cholesterin-Biosynthese
• Aufbau eines Gerüstes aus 27 C-Atomen
• Ausschließlich aus Acetyl-CoA Einheiten
• Isoprenderivate
• 3 Kompartimente an Biosynthese beteiligt
Cholesterin-biosynthese
Cytosol
Cholesterin-biosynthese
→
Peroxisom
Cholesterin-Biosynthese
ER
Cholesterin-Biosynthese
Regulation