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