Der Fettsäurestoffwechsel. Basierend auf Stryer Kapitel 22

Transkript

1 Der Fettsäurestoffwechsel Basierend auf Stryer Kapitel 22 1

2 CoA 2

3 3

4 Überblick 4

5 Ein paar Grundlagen... Carbonsäure Alkohol Carbonsäureester Eine Acyl-Gruppe 5

6 Eine Acyl-Gruppe H O Formyl H 3 C O Acetyl O Propionyl O Butyryl 6

7 Ein paar Grundlagen... Laurinsäure Glycerin (glycerol) 7

8 Glycerin Monoacylglycerine Diacylglycerine Ein Triacylglycerin 8

9 Ein paar Grundlagen... Strukturschema eines Triacylglycerins 9

10 Triacylglycerine eignen sich nicht für Membranen 10

11 Ein Phospholipid 11

12 Ein paar Grundlagen... Strukturschema eines Phospholipids 12

13 Ein paar Grundlagen... Natürlich vorkommende tierische Fettsäuren 13

14 Ein paar Grundlagen... Triacylglycerine sind hochkonzentrierte Speicher für Stoffwechselenergie, da sie in reduzierter und wasserfreier Form vorliegen Bei vollständiger Oxidation liefern Fettsäuren ca. 38 kj g -1, gegenüber ca. 17 kj g -1 bei Kohlenhydraten und Proteinen 14

15 Ein paar Grundlagen... Triacylglycerine werden in nahezu wasserfreier Form gespeichert. 1 g trockenes Glykogen bindet etwa 2 g Wasser. D. h.: 1 g wasserfreies Fett speichert etwa 6 mal mehr Energie als 1 g hydratisiertes Glycogen. 15

16 Ein paar Grundlagen kg schwere Person hat folgende Brennstoffreserven: kj als Triacylglycerine (ca. 11 kg Körpergewicht) kj als Proteine (Muskulatur) 2500 kj als Glycogen 170 kj als Glucose Wäre Glycogen Hauptspeicher, so wäre die Person ca. 55 kg schwerer. Glykogen- und Glucosespeicher liefern Energie für etwa 24 h, die Triacylglycerinreserven liefern Energie für ein paar Wochen. 16

17 Nutzung der Fettsäuren als Brennstoffe in drei Schritten 1. Mobilisierung: Abbau der Triacylglycerine zu den Fettsäuren und Glycerin (engl: glycerol) durch Lipasen. 2. Aktivierung der Fettsäuren im Gewebe und Transport in die Mitochondrien. 3. Abbau der Fettsäuren zu Acetyl-CoA, das anschliessend im Zitratcyclus verarbeitet wird. 17

18 Lipolyse 18

19 Glycerin wird in der Leber absorbiert und weiter abgebaut Glykolyse 19

20 Mobilisierung von im Fettgewebe gespeicherten Triacylglycerinen Ein niedriger Blutglucosespiegel löst die Mobilisierung von Triacylglycerinen durch die Einwirkung von Adrenalin und Glucagon auf die Adenylcyclase der Adipocyten aus. 20

21 Acyl-CoA-Synthase (Fettsäure- Thiokinase) Pyrophosphatase spaltet PP i, so dass die Reaktion irreversibel wird. Findet an der äusseren Mitochondrienmembran statt 21

22 22

23 23

24 Transport in die Mitochondrien 24

25 Carnitin-Acyltransferase Carnitinmangel kann zu Muskelschwäche und Muskelkrämpfen führen, besonders nach längerer Anstrengung 25

26 Acylcarnitin-Translokase 26

27 Fettsäureoxidation: Reaktionsfolge 27

28 Acyl-CoA-Dehydrogenase Acyl-CoA + E-FAD trans- 2 -Enoyl-CoA + E-FADH 2 28

29 Acyl-CoA-Dehydrogenase Acyl-CoA + E-FAD trans- 2 -Enoyl-CoA + E-FADH 2 Aus dem FADH 2, das aus dieser Dehydrogenierung entsteht werden 1.5 ATP erzeugt, wie das auch der Fall ist bei der Oxidation von Succinat zu Fumarat 29

30 Acyl-CoA-Dehydrogenase 30

31 Enoyl-CoA-Hydratase trans- 2 -Enoyl-CoA + H 2 O L-3-Hydroxyacyl-CoA 31

32 L-3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase L-3-Hydroxyacyl-CoA + NAD + 3-Ketoacyl-CoA + NADH + H + 32

33 -Ketothiolase (retro-thio-claisen-kondensation) 3-Ketoacyl-CoA + HS-CoA n Kohlenstoffatome Acetyl-CoA + Acyl-CoA n-2 Kohlenstoffatome 33

34 Grundreaktionen der Fettsäureoxidation 34

35 Oxidation von Palmitat (n-hexadecanoat) 35

36 Stöchiometrie der Oxidation In jedem Zyklus wird ein Acyl-CoA um zwei Kohlenstoffatome verkürzt: C n -Acyl-CoA + FAD + NAD + + H 2 O + CoA C n-2 -Acyl-CoA + FADH 2 + NADH + Acetyl-CoA + H + Der Abbau von Palmitat erfordert 7 Runden. Im siebten Zyklus wird das C4-Ketoacyl-CoA zu zwei Moleküle Acetyl-CoA thiolysiert. Damit lautet die Stöchiometrie der Palmityl-CoA-Oxidation: Palmitoyl-CoA + 7 FAD + 7 NAD CoA + 7 H 2 O 8 Acetyl-CoA + 7 FADH NADH + 7 H + 36

37 ATP-Bilanz für die vollständige Oxidation von Palmitat 7 NADH (je 2.5 ATP) 17.5 ATP 7 FADH 2 (je 1.5 ATP) 10.5 ATP 8 Acetyl-CoA (je 10 ATP) 80 ATP Verbrauch von 2 ATP bei der Aktivierung -2 ATP 106 ATP 37

38 Ungeradzahlige Fettsäuren liefern Propionyl-CoA 38

39 Fettabbau vs. Zuckerabbau Acetyl-CoA aus der Fettsäureoxidation tritt nur dann in den Citratzyklus ein, wenn Fett- und Kohlenhydratabbau zueinander in ausgewogenem Verhältnis stehen, da für die Bildung von Citrat Oxalacetat verfügbar sein muss. Die Oxalacetatkonzentration sinkt jedoch, wenn Kohlenhydrate nicht verfügbar sind oder ungenügend verwertet werden. Oxalacetat entsteht normalerweise aus Pyruvat, dem Produkt der Glykolyse. Dies ist die molekulare Grundlage des Sprichworts, dass Fett in der Flamme der Kohlenhydrate verbrennt. 39

40 Tiere können Fettsäuren nicht in Glucose umwandeln Tierische Organismen sind nicht in der Lage, die Nettosynthese von Glucose aus Fettsäuren zu bewerkstelligen: Acetyl-CoA kann nicht in Pyruvat oder Oxalacetat umgewandelt werden. Die zwei Kohlenstoffatome des Acetyl-CoA treten zwar in den Citratzyklus ein; Oxalacetat wird aber nur regeneriert und nicht de novo synthetisiert, wenn Acetyl-CoA im Citratzyklus oxidiert wird. Pflanzen und viele Mikroorganismen besitzen die Enzyme des Glyoxylatzyklus, mit denen die Überführung der Acetyl-CoA-Kohlenstoffatome in Oxalacetat möglich ist. 40