Seminar Biochemie. Lipide und Lipidstoffwechsel. Dr. Christian Hübbers

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1 Seminar Biochemie Lipide und Lipidstoffwechsel Dr. Christian Hübbers

2 Lernziele Lipidklassen: Fettsäuren, Triglyceride, Phospholipide, Cholesterin, Sphingolipide, Glykolipide. ß-Oxidation, FS-Biosynthese, Ketonkörper

3 Gemeinsamkeiten von Lipiden (Größtenteils) hydrophob, also: Nicht wasserlöslich Aber löslich in org. Lösungsmitteln Keine Polymere

4 Biologische Funktionen von Lipiden Essentieller Bestandteil zellulärer Membranen Energiespeicher (und damit -lieferant) Inter- und intrazelluläre Signalübertragung Thermischer Isolator, mechanische Polster

5 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

6 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

7 Klassifizierung von Lipiden (2) Verseifbare (zusammengesetzte) Lipide Acyl- reste 1 Verestert mit Langkettigen Alkoholen Weitere Komponenten Bezeichnung - Wachse 1-3 Glycerin - Acylglycerine 1-2 Glycerin-3- phosphat 1 Sphingosin Serin, Ethanolamin, Cholin, Inositol Phosphorylcholin, Galaktose, Oligosaccharide Phosphogylceride Sphingolipide 1 Cholesterin - Cholesterinester

8 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

9 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 (Δ 9,12,15 ) Hieraus Synthese von: Eicosapentaensäure (EPA; 20:5 (Δ 5,8,11,14,17 )) Docosahexaensäure (DHA; 22:6(Δ 4,7,10,13,16,19 ))

10 Lipide

11 Triacylglycerol

12 Fettsäuren und Speicherlipide

13

14 Glykolipide

15 Isoprenoide und Steroide

16 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

17 Fettsäureabbau Aktivierung der Fettsäure Transport in Mitochondrien β-oxidation

18 Fettsäureabbau Übersicht

19 Transport in der Mitochondrienmatrix

20 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

21 Beispiel Palmitat 6 Runden mit jeweils 1 Acetyl-CoA Finale Runde 2 Acetyl-CoA

22 β-oxidation ungesättigter Fettsäuren 2 zusätzliche Enzyme nötig! (Isomerase, Reduktase) Beispiel Linolsäure 3 Schritte wie bei ungesättigter FS Isomerase wandelt Δ 3 -Enoyl-CoA in trans Δ 2 -Enoyl-CoA um Weiter wie normal 2,4-Dienoyl-CoA wird zu cis-δ 3 -Enoyl-CoA reduziert

23 β-oxidation ungradzahliger FS Abbau analog zu geradzahligen FS bis zu Propionyl-CoA (C3- Einheit) Dann Abbau zu Succinyl-CoA

24 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

25 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)

26 Transport von mitochondrialem Acetyl-CoA ins Cytosol

27 Carboxylierung von Acetyl-CoA

28 Fettsäuresynthese FS-Synthase: Multienzymkomplex, 270 kda ACP zur Bindung von Acylresten

29 Fettsäure- synthese

30 Herkunft der Substrate Acetyl-CoA Glykolyse --> Pyruvat Pyruvatdehydrogenase --> Acetyl-CoA (Irreversibel) NADPH/H + Pentosephosphatweg Malatenzym

31 Synthese ungesättigter FS Desaturasen Lokalisiert im ER Tierische Zellen nur Δ 9 -, Δ 6 - und Δ 5 - Desaturasen Ungesättigte FS mit weiter entfernt liegenden Doppelbindungen --> Essentiell

32 Cholesterin Integraler Bestandteil eukaryotischer Membranen Vorläufer aller Steroidhormone Synthese von Gallensäure und Calcitriol

33 Cholesterin-Biosynthese Aufbau eines Gerüstes aus 27 C-Atomen Ausschließlich aus Acetyl-CoA Einheiten Isoprenderivate 3 Kompartimente an Biosynthese beteiligt

34 Cholesterin-biosynthese Cytosol

35 Cholesterin-biosynthese Peroxisom

36 Cholesterin-Biosynthese ER

37 Cholesterin-Biosynthese Regulation