Fette Teil 3

Teil 3 der Fette beschäftigt sich mit der ß-Oxidation der Fette und der Biosynthese der Fette. Als Quelle möchte ich hier die Vorlesung Einführung in die Biochemie und die dazu weiterführende Vorlesung Biochemische Stoffwechselregulation (Spezielle Biochemie und Pathobiochemie) erwähnen. Die Quellen aus Absatz 1 sind eine Mischung aus den Vorlesungen Makronährstoffe und Diätetik)

Wie in Teil 2 berichtet spaltet die Lipoproteinlipase (LPL) in Zellnähe die Triglyceride die von den VLDL,IDL und LDL Transportproteinen kommen (um die Liste zu vervollständigen, möchte ich hier noch das Albumin erwähnen, welches die kurz- und mittelkettigen Fettsäuren zur Zelle transportiert, sowie das Lipoprotein A (Lp(a) ) (welches mir unter anderem erst in der VL für Diätetik untergekommen ist und dessen Funktion ähnlich des LDL zu beschreiben ist) in Glycerol und Fettsäuren. LPL wiederum wird durch das Hormon Insulin stimuliert. Die in die Zellen aufgenommenen Fettsäuren, welche über Transprotproteine in die Membran und über Bindung an cytoplasmatische Proteine und Aktivierung durch Thiokinase in die Zelle gelangen, können nun wieder zusammengesetzt (verestert) und gespeichert werden, wobei im Fettgewebe die gleichzeitige Aufnahme von Glucose notwendig ist. Im Muskelgewebe ist nur eine begrenzte Speicherung, aber , bei entsprechendem Energiebedarf, ein direkter Abbau via ß-Oxidation (s. unten) möglich. Das übriggebliebene Glycerin kann in der Leber und im Muskel verstoffwechselt werden: Über die zwei Enzyme Glycerinkinase und Glycerinphosphatdehydrogenase wird es in Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) umgewandelt – welches nun sowohl für die Glykolyse (Abbau von Zucker) und Gluconeogenese (~Aufbau von zu Zucker) verwendet werden kann. ( Absatz nach: Biochemische Stoffwechselregulation 330085 (Spezielle Biochemie und Pathobiochemie) – Begleitskriptum zur gleichnamigen Vorlesung von Univ. Prof. Dr. Hans Goldenberg, S77)Doch zunächst zum Fettsäureabbau – der ß-Oxidation:

ß-Oxidation:

Zunächst wieder ein Bild als Gedächtnisstütze. Quelle: http://biochemie.web.med.uni-muenchen.de/biotutor_2004/FS_abbau.jpg kopiert am 15.3.2012 um 13:12

• Im Cytosol (also alles innerhalb der Zelle was kein Zellorganell ist) wird die Fettsäure zunächst via ATP aktiviert. Das ATP wird hierbei aber nicht in ADP verwandelt sondern in AMP (also Adenosinmonophosphat) – dieses wird sehr gerne zur Bildung von cAMP (ein wichtiges „Hormon im Körper) herangezogen. Im Zuge der Reaktion wird Coenzym A via Thioester an die Fettsäure gebunden (HSCoA). Mitsamt dem Ester wird dieses dann abgespalten und L-Carnitin bindet an seiner Stelle. Aufgrund des L-Carnitins kann nun die Fettsäure die doppelte Membran des Mitochondriums durchdringen wo es dann erst richtig zur Sache geht:

• Das L-Carnitin wird wieder abgelöst durch das SH-CoA. Danach wird FAD zu FADH2 regeneriert. Die Protonen kommen vom ß-C-Atom welches mit dem dritten C-Atom nun eine Doppelbindung in trans-Konfiguration eingeht.

• Im nächsten Reaktionsschritt wird ein Molekül Wasser (H2O) in die Verbindung eingebracht. Wodurch das ß-C-Atom wieder das zuvor verlorene Proton wieder aufnimmt, zudem ist es nun aber dem drittem C-Atom möglich eine Hydridgruppe (OH) zu binden.

• Danach wird NAD mit Hilfe des Protons der Hydrid-Gruppe zu NADH regeneriert wodurch am dritten C-Atom nun eine Doppelbindung zum Sauerstoff entsteht.

• Nun wird Acetyl-CoA abgespaltet und SH-CoA eingefügt. Dadurch wird das dritte C-Atom zum primären und wir haben eine um 2 C-Atome verkürzte aktivierte Fettsäure, die wieder, wie im ersten Punkt beschrieben ein FAD-Molekül regenerieren kann.

• Das entstandene Acetyl-CoA entweder wird für den Citratzyklus [LINK!!!!!!!!!!!!!!!] oder für die Synthese von Ketonkörpern herangezogen. Die entstandenen Moleküle FADH2 und NADH finden sich entweder in der Atmungskette oder in anderen Reaktionsschritten wieder.

Hier erst wird ersichtlich warum Fette soviel Energie bereitstellen: nicht nur dass sie viele Acetyl-CoA-Einheiten für den Citratzyklus [Link!!!!!!] bereitstellen – nein sie tragen auch schon in ihrem Abbau zur Atmungskette bei. So liefern die Moleküle FADH2 und NADH im Schnitt 1-3 Moleküle ATP in der Atmungskette. Ein Molekül Acetyl-CoA, das in den Citratcyklus gelangt, liefert der Atmungskette etwa 10 Moleküle. Rechnet man dies anhand der sehr häufigen Fettsäure Palmitin auf so liefert diese (abzüglich der Verbrauchten ATP für den Transport ins Mitochondrium) 106 ATP. Im Falle eines Triglycerids mit drei angehängten Palmitinsäuren wären dies dann 318 ATP. Dagegen wirkt die Ausbeute eine Moleküls Glucose (32 ATP) sehr mickrig.

Diese Rechnung stimmt allerdings nur für geradzahlige, gesättigte Fettsäuren:

• Bei ungeradzahligen kann der Organismus diese natürlich nicht nur in viele Acetyl-CoA-Einheiten zerlegen. Hier bleibt am Schluss ein Molekül Propionyl-CoA über – welches unter Einwirkung von verschiedenen Enzymen (die als Cofaktoren Vit. B6 und B12 haben) und unter Aufwendung eines Moleküls ATP zu Succinyl-CoA umgewandelt wird. Da dieses im Citratzyklus vorkommt wird es auch hier eingeschleust

• Bei ungesättigten Fettsäuren wird die Sache noch ein Stück komplizierter:

Da die meisten ungesättigten Fettsäuren in cis-Konfiguration vorkommen, müssen diese erst durch Isomerasen ( Enzyme, die die Moleküle Isomerisieren, d.H.: die Atomanzahl bleibt gleich jedoch stehen diese an anderen Stellen als beim Ausgangsatom) in die trans-Konfiguration umgewandelt werden.

• Bei mehrfach ungesättigten Fettsäuren müssen zudem die Doppelbindungen noch auf eine einzige reduziert werden, damit die ß-Oxidation reibungslos abläuft.

Fettsäuresynthese:

Soviel zum biochemischen Aspekt der Energieausbeute von Fettsäuren. Da Fett aber auch als Energiespeicher im Körper genützt wird, besitzt der Körper aber auch die Fähigkeit Fettsäuren zu synthetisieren. Aus noch nicht erforschten Gründen wird hier aber nicht der umgekehrte Weg der ß-Oxidation genommen sondern ein weiterer Kreislauf herangezogen, der Malonyl-Zyklus: Hier werden die durch ß-Oxidation, Glykolyse und dem Abbau von Aminosäuren entstandenen Acetyl-CoA-Einheiten wieder zu einer Fettsäuren zusammengesetzt. Bevorzugt wird hier die Palmitinsäure , die leider auch den LDL-Wert weiter in die Höhe treibt, produziert.

Hierzu wieder ein Bild ( Quelle: http://biochemie.web.med.uni-muenchen.de/biotutor_2004/fs_synthese.htm am 10.4.2012 um 12:27):

Wie hier sehr schön ersichtlich wird Acetyl-CoA zunächst mittels Biotin (welches ein C liefert) und ATP-Aufwand in Malonyl-CoA verwandelt – dadurch entsteht neu eine Säuregruppe am Ende des Moleküls. Danach bindet Malonyl-CoA an einem Enzym- welches an allen 7 Schritten der Fettsäuresynthese beteiligt ist ist. Dabei wird das CoA abgespaltet. Danach kondensiert ein Acetylrest unter abspaltung von Co2 mit dem Malonylrest und es bildet sich eine Acetoacetylgruppe (C4) an der SH-Gruppe – in jeder der Teilreaktionen bekommt dieses zwischenprodukt mehr C-Atome – eine Kette entsteht. Danach wird die Keto-gruppe des Ketoacylrests am C3 reduziert – wobei NADPH verbraucht wird – ein Hydroxyacylrest entsteht, welcher im nächsten schritt dehydratisiert wird ( H2O wird abgeslatet). Danach erfolgt mittels NADPH eine weitere Reduktion und zwar die der Doppelbindung zw. C2 und C3. Danach wird wieder Malonyl-CoA angelagert und der Zyklus wird wiederholt bis am Ende Palmitinsäure (C16) entsteht welche durch eine Acyl-Hydrolase freigesetzt wird.

Palmitinsäure dissoziiert sofort zu Palmitat und wird im Fettgewebe gespeichert.

An dieser Stelle möchte ich meine Ausführungen über Fette beenden. Im Laufe dieser Arbeit habe ich über Gespräche festgestellt, dass ich gründlich versagt habe die Materie Laien besser zugänglich zu machen. Ich hoffe aber, dass ich zumindest meinen Kollegen mit meinen Recherchen ein wenig weiterhelfen konnte und ihnen zumindest eine Übersicht liefern konnte. Denn trotz all dieser Seiten ist hier nicht alles besprochen worden. So verzichtete ich auf die Apo- Proteine welche in Leber, Membranen und Transprotproteinen vorkommen, sowie auf die Eicosanoidsynthese – die die Bedeutung der essentiellen Fettsäuren anschaulich macht. Auch habe ich die Bedeutung der Hormone außer Acht gelassen ( einer der wesentlichen Gründe hierfür ist, dass die Bedeutung des Leptins noch genauer erforscht werden muss ) und den eigenen intensiven Lipidstoffwechsel im Gehirn, welcher mit neurologischen Erkrankungen wie Morbus Alzheimer diskutiert wird. Zudem kann man auf jeden Teilbereich noch wesentlich genauer eingehen – zumal ich Anfangs auch alle beteiligten Enzyme außer Acht gelassen habe. Auf anraten eines mittlerweile guten Freundes werde ich deshalb mittels eines eigenen Blogs versuchen die Materie in wesentlich reduzierter Form und mit für Laien interessanten „Schlagzeilen“ wiederzugeben. Da dieses Projekt mir aber beim verstehen der Materie so viel gebracht hat wird es weiterbestehen.