Endspurt Vorklinik: Biochemie 1

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1 Endspurt Vorklinik Endspurt Vorklinik: Biochemie 1 Die Skripten fürs Physikum 1. Auflage Broschüren im rdner. 92 S. ISBN Format (B x L): 21 x 28 cm Weitere Fachgebiete > Medizin > Vorklinische Medizin: Grundlagenfächer > Biochemie (med.) Zu Inhaltsverzeichnis schnell und portofrei erhältlich bei Die nline-fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere echt, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, Ds, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 3.1 Grundlagen und hemie 39 In der Prüfung wird möglicherweise verlangt, dass Sie berechnen, wie lange ein vorgegebenes Glykogendepot bei einem Marathonlauf den Muskel mit Energie versorgt. echenbeispiel Angenommen, es liegt am Anfang einer Ausdauerleistung ein Glykogenvorrat von etwa 100 mmol Glucose pro Liter Muskel vor. Wenn 1 Liter Muskelgewebe etwa 50 mmol ATP pro Minute verbraucht und wenn man annimmt, dass nur aerober Abbau aus Glykogen erfolgt, wie lange wird dann der Glykogenvorrat des Muskels ausreichen? Lösungsweg: 1 mmol Glucose ergeben beim Abbau 32 mmol ATP, 100 mmol ergeben dann 3200 mmol ATP. Da der Muskel pro Minute 50 mmol ATP verbraucht, reichen die eserven für 3200 mmol/50 mmol pro min, also für ca. 60 Minuten. Lösung: 60 min! Die akute Giftwirkung von Blausäure (N) ist auf die emmung von Komplex IV (ytochrom-c-xidase) der Atmungskette zurückzuführen. N bindet an das äm-eisen des Enzyms.! Entkoppler vermindern die ATP-Synthese, indem sie Protonen durch die innere Mitochondrienmembran transportieren und den + -Gradienten zusammenbrechen lassen.!! Üben Sie das echnen mit Stoffmengen in Stoffwechselbilanzen: Insgesamt entstehen beim vollständigen Abbau eines Glucosemoleküls 32 ATP. Um 1 mol Glucose vollständig zu 2 und zu oxidieren, sind 6 mol 2 notwendig, wie aus der eaktionsgleichung hervorgeht. Thieme Verlagsgruppe/hris Meier Lernpaket 2 3 Lipide und ihr Stoffwechsel 3.1 Grundlagen und hemie Lipide erfüllen im Körper vielfältige Aufgaben. Sie werden vom rganismus gespeichert und dienen der Energiegewinnung, sind wichtige Bestandteile der Phospholipidmembran, dienen als Vorstufe für die Synthese von Steroidhormonen und Gallensäuren. Prinzipiell kann man drei Gruppen von Lipiden unterscheiden (Abb. 3.1). Lipide sind lipophil (fettliebend) und damit hydrophob (wasserabweisend). Sie lösen sich gut in organischen Lösungsmitteln wie Benzol oder Ether, sind aber schlecht wasserlöslich und müssen im wässrigen Medium wie Blut mithilfe von Proteinen transportiert werden Fettsäuren Fettsäuren sind Monocarbonsäuren, enthalten also eine arboxylgruppe ( ) und einen Kohlenstoff- schwanz, der bei den einzelnen Fettsäuren unterschiedlich lang ist. Die meisten Fettsäuren haben eine gerade Anzahl von Kohlenstoffatomen. Man unterteilt Fettsäuren in verschiedene Gruppen: gesättigte Fettsäuren: ohne Doppelbindung ungesättigte Fettsäuren: mit einer oder mehreren Doppelbindungen nicht essenzielle Fettsäuren (z. B. Ölsäure): werden vom Körper synthetisiert, essenzielle Fettsäuren (z. B. Linolensäure): müssen vom Körper aufgenommen werden. Die Doppelbindungen von mehrfach ungesättigten Fettsäuren sind fast nie konjugiert (Einfach- und Doppelbindungen wechseln sich ab), sondern nahezu immer isoliert (durch eine Methylengruppe getrennt; z. B. bei Linolensäure). Je nachdem, ob die Wasserstoffatome bei ungesättigten Fettsäuren auf der gleichen oder auf verschiedenen Seiten der Doppelbindung stehen, ist die Doppelbindung cis(z)- bzw. trans(e)-konfiguriert. Die Doppelbindungen der essenziellen ungesättigten Fettsäuren besitzen eine cis-(z-)konfiguration. Wichtige Fettsäuren sind in Tab. 3.1 zusammengestellt Aufbau von Lipiden Lipide lassen sich, je nachdem, ob sie sich von Glycerin oder vom Sphingosin (Abb. 3.2) ableiten, in 2 Gruppen aufteilen:

3 40 3 Lipide und ihr Stoffwechsel Glyceroglykolipide Sphingoglykolipide erebroside Kephaline Sulfatide Ganglioside Abb. 3.1 Überblick über die Lipide. Tab. 3.1 Wichtige Fettsäuren (FS). Name Struktur Anzahl -Atome Anzahl Doppelbindungen (Konfiguration) Bemerkungen Buttersäure 4 kürzeste FS in Lipiden Palmitinsäure 16 häufige FS Stearinsäure 18 häufige FS Ölsäure 18 1 (cis) nicht essenziell Linolsäure (ω6-fettsäure) Linolensäure (ω3-fettsäure) Arachidonsäure (ω6-fettsäure) 18 2 (cis; isoliert) essenziell 18 3 (cis; isoliert) essenziell 20 4 (cis; isoliert) aus Linol- oder Linolensäure synthetisiert; Vorstufe der Eicosanoide Glycerin N2 Abb. 3.2 Grundbausteine der Lipide. Glycerin und Sphingosin Triacylglycerin (TAG) Abb. 3.3 Triacylglycerin ( 1 3 = Fettsäuren beliebiger Länge; verestert) Triacylglycerine Sphingosin Glycerolipide: Grundbaustein Glycerin; einfache und komplexe Lipide. Sphingolipide: Grundbaustein Sphingosin; komplexe Lipide. Die einzelnen Fettsäuren sind mit Glycerin bzw. Sphingosin verestert. Die einfachsten aus Fettsäuren aufgebauten Lipide sind Triacylglycerine (Triglyceride, Neutralfette; Abb. 3.3). Die ydroxylgruppen des Glycerinmoleküls sind mit drei Fettsäuren verestert; Triacylglycerine sind daher unpolar und nicht in Wasser löslich, sie sind unpolarer als Glycerophospholipide (s. u.). Sie können daher wasserfrei und platzsparend gepackt werden und dienen im Körper typischerweise als langfristige Energiespeicher. Je nach Art der Fettsäuren unterscheidet sich die

4 3.1 Grundlagen und hemie 41 a b c P 3 N 3 P N 3 P N 3 holin 3 Ethanolamin Lecithin = Phosphatidylcholin ein Plasmalogen Phosphatidylethanolamin d P Phosphatidylserin N 3 e f P P P Inositol Glycerophosphatid Glycerin Glycerophosphatid Phosphatidylinositol ardiolipin Abb. 3.4 Glycerophospholipide. a Lecithin. b Plasmalogen. c Phosphatidylethanolamin. d Phosphatidylserin. e Phospatidylinositol. f ardiolipin. Lernpaket 2 Konsistenz der Triacylglycerine: Lange und gesättigte Fettsäuren erhöhen die Festigkeit (festes Fett). Sie kommen z. B. im sog. Baufett vor, das u. a. die Festigkeit des Nierenlagers erhält. Je mehr Fettsäuren die Triacylglycerine jedoch enthalten und je weniger diese gesättigt sind, umso niedriger ist ihr Schmelzpunkt (flüssiges Öl). Apropos Wachse sind Ester eines einwertigen Alkohols mit einer langkettigen Fettsäure.!! Ölsäure ist eine ungesättigte Fettsäure mit 18 -Atomen.!! Linolensäure ist eine ω3-fettsäure.! Arachidonsäure ist eine 4-fach ungesättigte ω6-fettsäure mit 20 -Atomen.! Im Triacylglycerin sind die Fettsäuren mit den ydroxylgruppen des Glycerins verestert Phospholipide Phospholipide enthalten folgende Bausteine: Glycerin oder Sphingosin Fettsäure(n) Phosphorsäure organische Verbindung. Phospholipide sind amphiphile Moleküle, d. h., sie besitzen einen polaren (hydrophilen) und einen unpolaren (hydrophoben) Bereich. Die polare Kopfgruppe wird durch die Phosphatgruppe und den damit veresterten organischen Substituenten gebildet, der unpolare Bereich durch die Kohlenwasserstoffketten der Fettsäuren. Zu den Phospholipiden gehören die Glycerophospholipide und die Sphingophospholipide. Lerntipp Die Struktur der Phospholipide ist ein wichtiges Prüfungsthema. Machen Sie sich klar, wie die Phospholipide aufgebaut sind, und schauen Sie sich auch die Ladungsverteilung innerhalb der unterschiedlichen Moleküle bei physiologischem p-wert an. Glycerophospholipide Glycerophospholipide (Abb. 3.4), auch Phosphoglyceride genannt, bestehen aus dem Grundbaustein Glycerin, zwei Fettsäuren, Phosphorsäure und einer organischen Verbindung. Am Glycerinmolekül stehen drei -Gruppen zur Esterbindung mit einer Säuregruppe zur Verfügung. Mit dem 1- und dem 2-Atom des Glycerinmoleküls wird jeweils eine Fettsäure verestert und mit dem 3 eine Phosphorsäure. Diese Grundstruktur bezeichnet man als Glycerophosphatid oder Phosphatidsäure (Phosphatidat). Die organische Verbindung ist wiederum mit der Phosphorsäure verestert es entsteht eine Phosphorsäurediesterbindung. Die Einteilung in die verschiedenen Glycerophospholipide erfolgt nach der organischen Verbindung. Glycerophospholipide können sehr spezifisch durch vier verschiedene Phospholipasen (A1, A2, und D) gespalten werden. Phospholipase A1 spaltet die Fettsäure an 1 ab, Phospholipase A2 die Fettsäure an 2 des Glycerins. Phospholipase und D spalten jeweils eine der Phosphodiester bindungen in der Kopfgruppe: Phospholipase spaltet die Phosphorsäurediesterbindung zum 3 des Glycerins und Phospholipase D die Diesterbindung zu Lecithin, sodass Phosphatidat und holin entstehen (Abb. 3.5). Lerntipp Schauen Sie sich genau an, wo die Phospholipasen spalten, und lesen Sie in der Prüfung die Frage genau, denn sowohl PL als auch PLD sind Phosphodiesterasen, die Bindung zum 3 des Glycerins spaltet jedoch nur die PL. holin als organische Verbindung. holin ist eine hydrophile und damit polare Substanz, die aus der Aminosäure Serin (Tab.

5 42 3 Lipide und ihr Stoffwechsel PLA 2 PL PLA 1 P PLD Abb. 3.5 Spaltstellen der Phospholipasen (PL). 5.2) gebildet wird. Ist holin die organische Verbindung am Glycerophosphatid, so entsteht Lecithin (= Phosphatidylcholin, Abb. 3.4a). Lecithin ist eine amphiphile Substanz mit polaren (holin) und unpolaren (Fettsäuren) Gruppen. Es ist Bestandteil von Zellmembranen. Das Molekül besitzt ein quarternäres Stickstoffatom und dadurch eine stark positive Gesamtladung. Plasmalogene sind Etherlipide, die ähnlich wie Lecithin aufgebaut sind. Statt der Fettsäure ist jedoch an das 1 des Glycerins ein langkettiger Alkohol gebunden, wodurch die Etherbindung entsteht (Abb. 3.4b). Serin/Ethanolamin als organische Verbindungen. Serin und Ethanolamin sind polare Substanzen. Ethanolamin ist das biogene Amin von Serin (Tab. 5.2) und entsteht in einer pyridoxalphosphatabhängigen eaktion aus Serin. Sind Serin und Ethanolamin an Glycerophosphatide gebunden, entstehen die Kephaline Serinkephalin bzw. Ethanolaminkephalin (= Phosphatidylserin bzw. Phosphatidylethanolamin, Abb. 3.4c, d), amphiphile Substanzen mit polaren und unpolaren Gruppen. Die polaren Gruppen sind bei physiologischem p-wert von 7,4 geladen eine Säuregruppe der Phosphorsäure (und bei Phosphatidylserin die freie arboxylgruppe) ist deprotoniert, die Aminogruppe ist protoniert. Phosphatidylserin trägt daher zwei negative Ladungen und eine positive, insgesamt ist die polare Kopfgruppe des Phosphatidylserins also einfach negativ geladen. Inosit als organische Verbindung. Inosit ist ein sechswertiger zyklischer Alkohol. Ist Inosit am Glycerophosphatid gebunden, so entsteht das Glycerophospholipid Phosphatidylinositol (Abb. 3.4e), aus dem der Second Messenger IP 3 (Inositoltrisphosphat) gebildet wird. Durch die Phospholipase wird Phosphatidylinositol in Phosphoinositol (das zu IP 3 wird) und Diacylglycerin (DAG) gespalten. IP 3 und DAG sind beides Second Messenger. Glycerin als organische Verbindung. Glycerin ist ein dreiwertiger Alkohol. Dient Glycerin als Verbindung zwischen zwei Glycerophosphatiden, so entsteht ardiolipin (Abb. 3.4f), das ausschließlich in der Mitochondrienmembran vorkommt. Sphingophospholipide Die Sphingophospholipide bestehen grundsätzlich aus dem Grundbaustein Sphingosin (einem langkettigen Aminoalkohol, der aus Palmitoyl-oA und Serin gebildet wird), einer Fettsäure, einer Phosphorsäure und einer organischen Verbindung. Sphingosin liegt als Grundbaustein der Lipide immer als eramid (s. u.) vor, d. h., es ist über eine Amidbindung mit einer Fettsäure verbunden. Das eramid wird mit der Phosphorsäure verestert, und eine zweite Esterbindung entsteht zwischen Phosphorsäure und organischer Verbindung. Es liegt also ebenfalls eine Phosphodiesterbindung vor. 1 FS N eramid Ein wichtiges Sphingophospholipid ist Sphingomyelin (Abb. 3.6), das als organische Verbindung holin enthält. Sphingomyelin kommt in der äußeren Schicht der Lipiddoppelschicht (s. u.) vor und ist in Myelinscheiden des ZNS besonders häufig.! Bei Glycerophospholipiden ist mit dem 3-Atom des Glycerinmoleküls eine Phosphorsäure verestert.! Phospholipase spaltet die Phosphorsäurediesterbindung zwischen Kopfgruppe und Glycerin.! Glycerin ist ein Baustein von Lecithin, Plasmalogenen, Phosphatidylinositol und ardiolipin.! Ethanolamin entsteht in einer pyridoxalphosphatabhängigen eaktion aus Serin.! Bei einem physiologischen p-wert von 7,4 trägt der hydrophile Teil des Phosphatidylserins zwei negative und eine positive Ladung;!! insgesamt ist die polare Kopfgruppe daher negativ geladen.! ardiolipin kommt nur in der Mitochondrienmembran vor.! Sphingosin ist ein Baustein von eramid.!! Die Fettsäure im Sphingomyelin ist über eine Amidbindung gebunden Glykolipide Sphingosin P 3 N 3 3 holin Abb. 3.6 Sphingomyelin. Das Molekül besteht aus eramid + Phosphorsäure + holin. Die Fettsäure (FS) ist über eine Amidbindung an das Sphingosin gebunden. Glykolipide enthalten einen Lipid- und einen Kohlenhydratanteil, aber im Gegensatz zu den Phospholipiden kein Phosphat. Bei Glyceroglykolipiden besteht der Lipidanteil aus Diacylglycerin (Glycerin + zwei Fettsäuren), bei den Sphingoglykolipiden (Glykosphingolipide) den in tierischen Zellen vorkommenden Glykolipiden besteht der Lipidanteil aus eramid (Sphingosin + 1 Fettsäure). Je nach Art des Kohlenhydrats, das mit dem eramid verknüpft ist, unterscheidet man drei Klassen von Sphingoglykolipiden: erebroside = eramid + Monosaccharid (meist Galactose, Abb. 3.7a) Sulfatide = eramid + Schwefelsäureester des Monosaccharids Ganglioside = eramid + komplexer Kohlenhydratanteil mit Sialinsäurerest(en) (Abb. 3.7b).

6 3.1 Grundlagen und hemie 43 a extrazellulär Membran b extrazellulär Membran N... N N 3 N-Acetylgalactosamin Glucose Glucose Sphingosin Fettsäure Lernpaket 2 erebrosid Abb. 3.7 Sphingoglykolipide. a (Galacto-)erebrosid. b Gangliosid. Gangliosid eramidanker Abb. 3.8 Strukturierung von Lipidmolekülen an Grenzflächen. Sphingoglykolipide sind über den hydrophoben eramid- Anker in der Plasmamembran befestigt. Dabei sitzt der hydrophile Kohlenhydratanteil immer auf der extrazellulären Seite der Membran und dient der Zellerkennung. So sind z. B. die Blutgruppenantigene Sphingoglykolipide mit eramidanker. Lysosomale Speicherkrankheiten. Phosphatide, Sphingosine (erebroside, Ganglioside, Sulfatide) und andere Moleküle können nur in Lysosomen abgebaut werden. Katalysiert wird ihr Abbau durch verschiedene spezifische saure ydrolasen. Besteht aufgrund eines Gendefekts ein Mangel an diesen lysosomalen ydrolasen, können die Substrate in den Lysosomen und schließlich an bestimmten Stellen des rganismus wie Nervensystem, aut, Leber, Milz, Knorpel und Knochen akkumulieren. Folge sind Erkrankungen, die zur Gruppe der lysosomalen Speicherkrankheiten (S. 24) zusammengefasst werden und die sich wiederum in Sphingolipidosen, Mucolipidosen, Mucopolysaccharidosen, ligosaccharidosen oder auch Glykogenosen einteilen lassen. Die Erkrankungen gehen einher mit schweren geistigen und/oder körperlichen Behinderungen. Bei Sphingolipidosen z. B. reichert sich eine ceramidhaltige Verbindung vorwiegend im zentralen Nervensystem an Eigenschaften komplexer Lipide Die komplexen Lipide, besonders die Phospholipide, sind aufgrund ihres amphiphilen harakters mit der polaren Kopfgruppe und den unpolaren Fettsäuren in der Lage, sich im Wasser zu strukturieren. An Grenzflächen zwischen Wasser und Luft bzw. Öl liegen die hydrophilen Anteile im Wasser, und die lipophilen Anteile orientieren sich zur Luft bzw. zum Öl (Abb. 3.8). Phos

7 44 3 Lipide und ihr Stoffwechsel pholipide können in wässrigen Medien verschiedene Strukturen ausbilden. Micellen. Die lipophilen Anteile der Phospholipide umschließen einen nicht wässrigen Innenraum, die hydrophilen Anteile bilden die äußere ülle (s. Abb. 3.8). Micellen spielen eine wichtige olle bei der Verdauung von lipophilen Substanzen. Lipiddoppelschicht. Bei der Lipiddoppelschicht zeigen die hydrophilen Anteile der Phospholipide nach außen, während die lipophilen Anteile einander zugewandt sind. Sie stellt eine Begrenzung zwischen zwei wässrigen Medien dar. Das bekannteste und gleichzeitig wichtigste Modell einer Phospholipidanordnung stellt die Zellmembran dar. Sie besteht häufig vorwiegend aus Phospholipiden, enthält aber auch holesterin, Glykolipide und Proteine. Die Membranfluidität wird durch die Zahl der Doppelbindungen der am Membranaufbau beteiligten Fettsäuren beeinflusst. Liposomen. Sie bestehen aus einer oder mehreren Lipiddoppelschichten, die eine wässrige Phase umschließen und sich so z. B. als Träger für hydrophile Medikamente verwenden lassen Isoprenoide Aus Isoprenoideinheiten (Abb. 3.9) aufgebaute Substanzen sind lipophil; Beispiele für diese Gruppe sind u. a. verschiedene Vitamine und ormone. Terpene. Sie entstehen aus mehreren Isopreneinheiten (Abb. 3.9a, polymere Isoprene). Zu den Terpenen zählen: fettlösliche Vitamine: Tocopherol (Vitamin E), Phyllochinon (Vitamin K), etinol (Vitamin A, Abb. 3.9b) Dolichol: enthält etwa Isoprenuntereinheiten (Abb. 3.9c) und spielt bei der Synthese von Glykoproteinen eine olle Ubichinon: ist Elektronenüberträger in der Atmungskette (S. 35). Steroide. Sie entstehen durch Zyklisierung aus dem Triterpen Squalen und sind daher ebenfalls Derivate des Isoprens. Sie sind leicht am Steran-(Gonan-)gerüst aus 17 -Atomen zu erkennen. Das Sterangerüst besteht aus vier ingen drei yclohexanringen (A, B, ) und einem yclopentanring (D). Diese Grundstruktur ist lipophil. Die wichtigste Struktur mit Sterangrundgerüst ist das holesterin (Abb. 3.10).! erebroside, Sulfatide und Ganglioside enthalten als Strukturbestandteil eramid und somit auch Sphingosin.! Sulfatide gehören zu den Lipiden, die normalerweise ausschließlich in Lysosomen abgebaut werden.! Bei Sphingolipidosen reichert sich eine ceramidhaltige Verbindung an.! Liposomen besitzen eine ülle aus einer oder mehreren Lipiddoppelschichten.! Dolichol enthält etwa Isoprenuntereinheiten. 3.2 Stoffwechsel der Fettsäuren Fettsäuren können vom Körper als Triacylglycerine in fast unbeschränkten Mengen gespeichert werden. Ihr Stoffwechsel ist deshalb auch eng mit anderen Stoffwechselwegen gekoppelt. Beim Abbau der Triacylglycerine entsteht Acetyl-oA, das dann über den itratzyklus und die Atmungskette zu 2 und abgebaut werden kann Abbau der Triacylglycerine (Lipolyse) Den größten Triacylglycerinspeicher bilden die Fettzellen. Dort werden Triacylglycerine durch die hormonsensitive Triacylglycerinlipase (TAG-Lipase) in Glycerin und drei Fettsäuren gespalten. Diesen Vorgang nennt man Lipolyse. Lipolytische ormone wie Adrenalin aktivieren die TAG-Lipase und stellen so Energie dem Körper in Form von Fettsäuren zur Verfügung. Die freien Fettsäuren können direkt in der Zelle abgebaut oder von den Fettzellen ans Blut abgegeben werden, wo sie an Albumin gebunden zu den verschieden Geweben gelangen. Lipide aus der Nahrung werden in der Darmmukosa in Lipoproteine (hylomikronen) verpackt und gelangen über die Lymphe ins Blut. Mithilfe der Lipoproteinlipase (S. 58) werden Fettsäuren im Blut aus den Lipoproteinen gespalten und in die Zelle aufgenommen. a Isopren Abbau der Fettsäuren (β-xidation) b etinol= Vitamin A c 17 2 Dolichol Abb. 3.9 Isoprenoide. a Isopren. b etinol. c Dolichol. 2 Aktivierung der Fettsäuren. Da freie Fettsäuren reaktionsträge sind, werden sie vor ihrem oxidativen Abbau durch die eaktion mit freiem oenzym A (oa) und ATP aktiviert. oa enthält eine Sulfhydrylgruppe/Thiolgruppe (-S) und kann so eine energiereiche Thioesterbindung mit der Säuregruppe der Fettsäure eingehen. Dabei entsteht über das Zwischenprodukt Acyladenylat (Aktivierung mittels ATP) das Acyl-oA (aktivierte Fettsäure, Abb. 3.11). Diese eaktion wird durch die Thiokinase katalysiert und findet im Zytosol der Zelle statt. D 17 Abb holesterin. Das Sterangerüst ist farbig markiert. Lokalisierung des Fettsäureabbaus. Der eigentliche Abbau der Fettsäuren, die β-xidation, findet in den Mitochondrien statt. A B holesterin

8 3.2 Stoffwechsel der Fettsäuren 45 oa AMP S Mg 2+ Mg 2+ 2 Thiokinase 2 Thiokinase 2 Fettsäure ATP P P Acyladenylat oa AMP Acyl-oA Abb Aktivierung der Fettsäuren durch oa. Die Thioesterbindung ist farbig unterlegt. Zytosol äußere Mitochondrienmembran Matrix innere Mitochondrienmembran Acyl-oA oa arnitin- Acyltransferase 1 arnitin Acylcarnitin- Translokase arnitin Acylcarnitin Acylcarnitin arnitin- Acyltransferase 2 Acyl-oA oa β-xidation Lernpaket 2 3 Einbahnstraße! Abb Transport von Acylcarnitin durch die innere Mitochondrienmembran. 3 N 3 Acylcarnitin Apropos Nervenzellen und Erythrozyten bauen keine Fettsäuren ab. Den Nervenzellen fehlen die entsprechenden Enzyme, und die Lipide können die Blut-irn-Schranke nicht überwinden, die Erythrozyten haben keine Mitochondrien. Während der Abbau von Fettsäuren mit bis zu 18 -Atomen (z. B. Stearinsäure) vorrangig in den Mitochondrien stattfindet, werden Fettsäuren mit mehr als 20 -Atomen zunächst in den Peroxisomen auf eine Länge von 8 -Atomen verkürzt. Dabei werden im ersten xidationsschritt die Elektronen auf 2 übertragen, und es entsteht 2. Anschließend werden sie dann weiter in den Mitochondrien abgebaut. Transport der Fettsäuren vom Zytosol ins Mitochondrium. Die Aktivierung der Fettsäuren zu Acyl-oA findet im Zytosol statt, doch kann Acyl-oA die innere Mitochondrienmembran nicht durchdringen (Abb. 3.12). Für den Transport überträgt die arnitin-acyltransferase 1, die sich an der äußeren Seite der inneren Mitochondrienmembran befindet, den Acylrest von Acyl- oa auf arnitin. Der entstehende arnitinester Acylcarnitin gelangt dann über die Acylcarnitin-Translokase in der inneren Mitochondrienmembran in den Matrixraum des Mitochondriums. An der Innenseite der inneren Mitochondrienmembran sitzt die arnitin-acyltransferase 2 (arnitin-palmitoyltransferase 2), die den Acylrest des Acylcarnitins wieder auf oenzym A (oa) überträgt. Das frei gewordene arnitin wird im Antiport gegen Acylcarnitin wieder aus dem Mitochondrium hinaustransportiert.! Bei der Aktivierung der Fettsäuren vor dem oxidativen Abbau entsteht das Zwischenprodukt Acyladenylat.! Der Abbau von Fettsäuren mit bis zu 18 -Atomen findet vorrangig in den Mitochondrien statt.!! Der Abbau von sehr langkettigen Fettsäuren (> 18 -Atome) findet in den Peroxisomen statt. Dabei werden im ersten xidationsschritt die Elektronen auf 2 übertragen, und es entsteht 2.!! Acylcarnitin (ein arnitinester) wird durch einen Transporter, die Acylcarnitin-Translokase, über die innere Mitochondrienmembran in die Matrix des Mitochondriums transportiert. eaktionen der β-xidation Der Name β-xidation für die eaktionskette des Fettsäureabbaus weist darauf hin, dass dabei eine xidation am β-- Atom der Fettsäure stattfindet (zur Nomenklatur der -Atome s. Abb. 3.13). Als Zwischenstufen entstehen dabei β-ydroxybzw. β-ketoacyl-verbindungen. Der Begriff xidation kann hier auch synonym mit Dehydrierung verwendet werden. In der β-xidation wird Acyl-oA in einem Kreislauf, der wiederholt durchlaufen wird, zu mehreren Acetyl-oA abgebaut. Pro Durchlauf wird die Fettsäure um zwei -Atome (entspricht einem Acetyl-oA) gekürzt. Neben Acetyl-oA, das α β γ Abb Nomenklatur der -Atome. Die -Atome werden von 1 bis n durchnummeriert, wobei beim höchstoxidierten -Atom begonnen wird. Bei der Bezeichnung mit griechischen Buchstaben fasst man die arboxylgruppe als funktionellen est auf, sodass das darauf folgende -Atom das erste, also α, ist.