Fettstoffwechsel: Prozess und Überblick

Fettstoffwechsel

Der Fettstoffwechsel ist die Verarbeitung von Lipiden zur Energienutzung, Energiespeicherung und Produktion von Zellstrukturkomponenten. Der Fettstoffwechsel verwendet Fette aus Nahrungsquellen oder aus Fettspeichern im Körper. Für den Fettstoffwechsel ist eine komplexe Reihe von Prozessen erforderlich, welche Verdauung Verdauung Digestion und Resorption, Resorption und Transport umfassen. Triglyceride werden im Blut durch sogenannte Lipoproteine transportiert, z.B. Chylomikronen, VLDL, LDL und HDL. Im Magen-Darm-Trakt werden Triglyceride durch eine Gruppe von Enzymen namens Lipasen verstoffwechselt. Dort findet eine Vorverarbeitung statt, um hydrophobe Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide wasserlöslich zu machen, um Hydrolyse und Weiterverarbeitung zu ermöglichen.

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Inhalt

Überblick

Verdauung von Lipiden

Resorption von Lipiden

Transport von Lipiden

Lipidsynthese (Lipogenese)

Lipidabbau (Lipolyse)

Klinische Relevanz

Quellen

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Überblick

Nahrungslipide:
- Energiereiche Speicherformen
- Liefern essentielle Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide
- Essentiell bei der Aufnahme von fettlöslichen Vitaminen
- Hergestellt hauptsächlich aus Triglyceriden und Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel
- Kann bei Raumtemperatur in 2 Formen bestehen:
  - Fette: feste, mehrfach gesättigte Fettsäuren Gesättigte Fettsäuren Fettsäuren und Lipide (FS)
  - Öle: flüssige, mehrfach ungesättigte FS
Lipidquellen:
- Nahrungslipide
- Fettsynthese in der Leber Leber Leber
Der Fettstoffwechsel ist streng reguliert:
- Stoffwechselstörungen führen zu Dyslipidämie
- Weitreichende gesundheitliche Folgen

Lipidaufbau

Triglyceride (TAGs):
- Glycerin-Grundgerüst: eine 3-Kohlenstoff-Kette, bei der jeder Kohlenstoff an eine Alkoholgruppe gebunden ist
- Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide (FA): eine Kohlenwasserstoffkette mit einer Carboxylgruppe an einem Ende
- Jedes Kohlenstoffatom des Glycerin-Grundgerüsts ist über eine Esterbindung an das Carboxy-Ende einer Fettsäurekette gebunden.
Phospholipide:
- Glycerin-Grundgerüst + 2 FA + Phosphatgruppe
- An die Phosphatgruppe sind auch weitere Moleküle gebunden (z. B. Cholin).
Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel:
- Sterole: bestehen aus 4 benachbarten Kohlenwasserstoffringen
- Cholesterinester (Speicherform von Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel): Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel + 1 FA

Aufbau eines Triglycerids (Triacylglycerin):
Dargestellt ist die 3-Kohlenstoff-Kette (das so genannte Glycerin-Grundgerüst). Jeder Kohlenstoff ist über eine Esterbindung kovalent an das Carboxyende einer Fettsäurekette gebunden.
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Verdauung von Lipiden

Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide werden abgebaut und in Mizellen verpackt (kugelförmige Aggregate, innen lipophil und außen hydrophil), die leicht von den Membranen der Enterozyten aufgenommen werden.
Lipasen sind Schlüsselenzyme, die Triglyceride abbauen.
Dieser Abbau beginnt schon im Mund mit der Zungenlipase, aber der Großteil des Prozesses findet im Dünndarm Dünndarm Dünndarm statt.
Lipasen katalysieren die Hydrolyse der Esterbindung des Triglycerides:
- Intrazellulär: hormonsensitive Lipase in Adipozyten Adipozyten Fettgewebe: Histologie und lysosomale Lipasen
- Extrazellulär: Pankreaslipase, Lipoproteinlipase, Gallensäuren-abhängige Lipase
1 Lipase für jede FS in einem Triglycerid:
- Hormonsensitive Lipase für die 1. FS
- Diacylglycerollipase für die 2. FS
- Monoacylglycerollipase für die 3. FS
Die Verdauung Verdauung Digestion und Resorption erfolgt so lang, bis diese Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide in FS zerlegt sind, die vom Darm aufgenommen werden können.
Für die Verdauung Verdauung Digestion und Resorption von Lipiden werden auch benötigt:
- Gallensäuren zur Emulgierung
- Co-Lipasen: notwendige Coenzyme der Lipasen

Action of lipase — Wirkung der Lipase:
Lipase katalysiert die Hydrolyse von Esterbindungen, was zu 2 freien Fettsäuren und einem Monoglycerid führt.
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Action of phospholipase A2 — Wirkung der Lipase:
Lipase katalysiert die Hydrolyse von Esterbindungen, was zu 2 freien Fettsäuren und einem Monoglycerid führt.
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Tabelle: Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide und ihre Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme
Lipid	Enzym	Produkte
Triglycerid	Lipasen	Monoglycerid und 2 FS
Cholesterinester	Cholesterinesterhydrolase	Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel und FS
Phospholipide	Phospholipase A ₂	Lysolecithin und eine FS

Resorption von Lipiden

Ort:
- Der Großteil der Resorption erfolgt im Dünndarm Dünndarm Dünndarm.
- Im Magen Magen Magen können kurzkettige Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide resorbiert werden.
Langkettige Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide:
- Mizellen werden gebildet und nähern sich dem Bürstensaum der Resorptionszelle:
  - Eine pH-Änderung zerlegt diese Mizellen in Triglyceride und Cholesterinester.
  - Die Mizellen können nun aufgenommen werden.
- FS und Monoglyceride wandern durch die Membran in das Zytosol Zytosol Die Zelle: Zytosol und Zytoskelett von Epithelzellen.
- Aktivierung: erfolgt auf der zytosolischen Seite der äußeren mitochondrialen Membran
  - Acetat-Coenzym A (Acyl-CoA)-Synthetase bildet aktivierte FS.
  - Veresterung: findet im ER statt, wo sich Acyl-CoA mit Monoglyceriden zu Triglyceriden verbindet, die zum Golgi-Apparat transportiert werden.
- Im Golgi-Apparat werden Fette zu Chylomikronen umgepackt.
- Chylomikronen verlassen Enterozyten auf der basolateralen Seite und treten in den Lymphkreislauf in Richtung Leber Leber Leber und anderer Gewebe des Körpers ein.
Kurzkettige Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide (Englisches Akronym: SCFA) bis mittelkettige Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide (Englisches Akronym: MCFA):
- Im Dünndarm Dünndarm Dünndarm wandern diese FS ohne Hilfe durch die Enterozyten in das venöse System zur Leberpfortader, zur Leber Leber Leber und schließlich in den allgemeinen Kreislauf.
- Im Dickdarm Dickdarm Colon, Caecum und Appendix vermiformis nutzen diese FS den SMCT1-Transporter (Natriumgradientenabhängig) und gelangen über die Leberpfortader und die Leber Leber Leber in den allgemeinen Kreislauf.

Absorption of short- to medium-chain fatty acids and large fats in the small intestine — Dieses Diagramm zeigt die Aufnahme von kurz- bis mittelkettigen Fettsäuren und großen Fetten im Dünndarm:
Große Fette werden in Mizellen gruppiert, um von den Enterozyten aufgenommen zu werden. Diese Mizellen werden später als Chylomikronen neu verpackt und verlassen die Enterozyten in den Lymphkreislauf. Kurz- bis mittelkettige Fettsäuren gelangen ohne Hilfe in den Pfortaderkreislauf.
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Absorption of short-chain fatty acids (SCFA) in the large intestine — Dieses Diagramm zeigt die Aufnahme von kurz- bis mittelkettigen Fettsäuren und großen Fetten im Dünndarm:
Große Fette werden in Mizellen gruppiert, um von den Enterozyten aufgenommen zu werden. Diese Mizellen werden später als Chylomikronen neu verpackt und verlassen die Enterozyten in den Lymphkreislauf. Kurz- bis mittelkettige Fettsäuren gelangen ohne Hilfe in den Pfortaderkreislauf.
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Transport von Lipiden

Transport

Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide sind hydrophob → benötigen Transportproteine (Lipoproteine):
- Lipoproteine sind amphipathisch und können so durch das Blut wandern und gleichzeitig Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide transportieren.
- Struktur: bestehen aus einem hydrophoben Kern und einer hydrophilen Hülle aus unterschiedlichen Lipiden
- Chylomikronen sind ein Beispiel für Lipoproteine.
- VLDLs transportieren Triglyceride.
- LDLs transportieren Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel.
Freie Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide (FFS) werden durch Albumin transportiert:
- Albumin hat ungefähr 7 Bindungsstellen für FFS.
- Albumin kann die Aufnahme von FFS in Organe, die FFS benötigen, erleichtern.

Lipoproteine und ihre Zusammensetzung

**Tabelle: Lipoproteine und ihre Zusammensetzung**
Lipoprotein	Ursprung	Komposition	Hauptlipidkomponenten	Apolipoproteine
Chylomikronen	Darm	1–2 % Eiweiß 98–99 % Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide	Triglyceride	A-I A-II A-IV B-48 C-I C-II C-III E
VLDL	Leber Leber Leber (Darm)	7–10 % Protein 90–93 % Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide	Triglyceride	B-100 C-I C-II C-III
LDL	VLDL	21 % Proteine Proteine Proteine und Peptide 79 % Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide	Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel	B-100
HDL	Leber Leber Leber Darm VLDL Chylomikronen	—	Phospholipide Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel	A-I A-II A-IV C-I C-II C-III D E

Lipidsynthese (Lipogenese)

Lipogenese bezeichnet den Prozess der Synthese neuer Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide, welcher hauptsächlich in der Leber Leber Leber, aber auch in anderen Bereichen des Körpers, stattfindet.

Synthese von Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide

Die Fettsäuresynthese erfolgt im Zytosol Zytosol Die Zelle: Zytosol und Zytoskelett durch mehrere Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme, die gemeinsamen einen Komplex namens Fettsäuresynthase bilden.

Im Zytoplasma:

Acetyl-CoA-Carboxylase fügt eine Carboxylgruppe an Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels → Malonyl-CoA
- Der einzige regulierte Schritt in der Fettsäuresynthese
- Das einzige Enzym in diesem Prozess, das von der Fettsäuresynthase getrennt ist
In der Fettsäuresynthase (enzymatischer Komplex):
- Schritt 1: Transacylasen ersetzen das CoA in Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels und Malonyl-CoA durch Acyl-Carrier-Proteine (ACP)
  - Die Fettsäuresynthase enthält eine ACP-Bindungsstelle, welche das Molekül während der nachfolgenden Reaktionen in dieser Position hält.
- Schritt 2: Synthase-Enzyme verbinden das 2-Kohlenstoff Acetyl-ACP mit dem 3-Kohlenstoff Malonyl-ACP
  - Dabei wird ein CO2 freigesetzt → es entsteht eine an ACP gebundene 4-Kohlenstoff-Kette
  - Dieses Molekül hat eine Ketongruppe an Kohlenstoff 3
- Schritt 3: Ein Reduktase-Enzym reduziert dieses Keton zu einer Hydroxylgruppe (OH-) (verwendet NADPH → NADP)
- Schritt 4: Ein Dehydrase-Enzym katalysiert die Entfernung von Wasser (die OH-Gruppe von Kohlenstoff 3 und ein zusätzliches H+ von Kohlenstoff 2) → erzeugt eine trans-2,3-Doppelbindung
- Schritt 5: Ein Reduktase-Enzym reduziert die Doppelbindung zu einer Einfachbindung (verwendet NADPH → NADP)
- Zusätzliche 2-Kohlenstoff-Einheiten aus Malonyl-ACP werden an die wachsende Kette angehängt, bis die Kette 16 Kohlenstoffe hat (Palmitoyl-ACP)
- Thioesterase spaltet das ACP von Palmitoyl-ACP ab → erzeugt Palmitinsäure (Ende der Synthese im Zytoplasma)
Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide werden zunächst in einer gesättigten Form synthetisiert.

Im endoplasmatischen Retikulum:

Dehnung über 16 Kohlenstoffe hinaus:
- Katalysiert durch Elongase-Enzyme (nicht Teil eines Komplexes)
- Malonyl-CoA wird verwendet, um jeweils 2 Kohlenstoffe an die wachsende Kette anzuhängen
Entsättigung:
- Katalysiert durch Desaturase-Enzyme (die nach der Lage der Doppelbindungen benannt sind, die sie erzeugen)
- Der Mensch besitzt Δ5, Δ6 und Δ9 Desaturasen → FS mit Doppelbindungen jenseits von Δ9 (z. B. Linolsäure [Δ9,12]) gelten als essentielle Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide und müssen über die Nahrung aufgenommen werden.

Synthese von Triacylglycerin und Glycerophospholipiden

Acyltransferasen verbinden freie Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide (FS) mit einem Glycerin-Grundgerüst, indem sie Esterbindungen herstellen, um sowohl TAGs als auch Glycerophospholipide zu erzeugen. Diese Reaktionen führen zum Verlust eines H₂O-Moleküls.

Gemeinsamer Weg:

Sowohl TAGs als auch Glycerophospholipide basieren auf Glycerin-3-phosphat
Glycerin-3-phosphat + FS1 → Lysophosphatidsäure
- Katalysiert durch Acyltransferase 1
- FS1 ist normalerweise gesättigt
Lysophosphatidsäure + FS2 → Phosphatidsäure
- Katalysiert durch Acyltransferase 2
- FS2 ist in der Regel ungesättigt
Phosphatidsäure wird dann weiter verstoffwechselt, um TAGs und Phospholipide herzustellen

Die ersten Schritte der Synthese von Triacylglycerin (TAG) und Glycerophospholipiden:
Die erste Fettsäure (FA1) wird durch die Acyltransferase 1 an das erste Kohlenstoffatom von Glycerin-3-phosphat gebunden, wodurch Lysophosphatidsäure entsteht. Die zweite Fettsäure (FA2) wird dann durch die Acyltransferase 2 an das zweite Kohlenstoffatom der Lysophosphatidsäure angehängt, wodurch Phosphatidsäure entsteht. Zur Herstellung eines TAG wird die Phosphatgruppe durch eine Phosphatase vom dritten Kohlenstoff der Phosphatidsäure abgespalten, sodass ein Diacylglycerinmolekül übrig bleibt, und die dritte Fettsäure (FA3) wird dann durch Acyltransferase 3 an das Diacylglycerinmolekül angefügt. Um aus der Phosphatidsäure ein Glycerophospholipid herzustellen, finden mehrere zusätzliche Reaktionen statt, um ein weiteres Molekül an das Phosphat an Kohlenstoff 3 zu binden.
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Aufbau von Glycerophospholipiden — Die ersten Schritte der Synthese von Triacylglycerin (TAG) und Glycerophospholipiden:
Die erste Fettsäure (FA1) wird durch die Acyltransferase 1 an das erste Kohlenstoffatom von Glycerin-3-phosphat gebunden, wodurch Lysophosphatidsäure entsteht. Die zweite Fettsäure (FA2) wird dann durch die Acyltransferase 2 an das zweite Kohlenstoffatom der Lysophosphatidsäure angehängt, wodurch Phosphatidsäure entsteht. Zur Herstellung eines TAG wird die Phosphatgruppe durch eine Phosphatase vom dritten Kohlenstoff der Phosphatidsäure abgespalten, sodass ein Diacylglycerinmolekül übrig bleibt, und die dritte Fettsäure (FA3) wird dann durch Acyltransferase 3 an das Diacylglycerinmolekül angefügt. Um aus der Phosphatidsäure ein Glycerophospholipid herzustellen, finden mehrere zusätzliche Reaktionen statt, um ein weiteres Molekül an das Phosphat an Kohlenstoff 3 zu binden.
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Zur Herstellung eines TAGs:

HPO₄^3- wird durch Phosphatase aus der Phosphatidsäure entfernt → ein Diacylglycerin (DAG)-Molekül (Glycerin mit 2 über Esterbindungen gebundenen FS) bleibt zurück
DAG + FS3 → TAG
- Katalysiert durch Acyltransferase 3
- TAG = ein Fett oder Öl

Synthese von Triacylglycerinen (TAGs):
Die erste Fettsäure (FA1) wird durch die Acyltransferase 1 an das erste Kohlenstoffatom von Glycerin-3-phosphat gebunden, wodurch Lysophosphatidsäure entsteht. Die zweite Fettsäure (FA2) wird dann durch die Acyltransferase 2 an das zweite Kohlenstoffatom der Lysophosphatidsäure angehängt, wodurch Phosphatidsäure entsteht. Die Phosphatgruppe wird durch eine Phosphatase vom dritten Kohlenstoff der Phosphatidsäure abgespalten, sodass ein Diacylglycerinmolekül übrig bleibt. Die dritte Fettsäure (FA3) wird dann durch die Acyltransferase 3 an das Diacylglycerinmolekül angefügt, wodurch das Triacylglycerin (ein Fett oder ein Öl) entsteht.
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Zur Herstellung eines Glycerophospholipids:

Zwei allgemeine Mechanismen:
- Beide beinhalten die Bildung von energiereichen Zwischenprodukten
- Die Energie in diesen Zwischenprodukten wird zur Katalyse der Addition der einzigen R-Gruppe verwendet
Mechanismus 1:
- Phosphatidsäure wird durch Cytidintriphosphat (CTP) aktiviert → Cytidinmonophosphat (CMP) wird freigesetzt und durch die R-Gruppe ersetzt
- Z.B.: Phosphatidsäure + CTP → Cytidindiphosphat (CDP)-DAG, das mit Inositol reagiert → bildet Phosphatidylinositol + CMP
Mechanismus 2:
- Die R-Gruppe wird durch ATP und CTP aktiviert und dann an DAG angehängt
- Z.B.: Ethanolamin + ATP → Phosphorylethanolamin + ADP → + CTP → CDP-Ethanolamin + PP_i → + DAG → Phosphatidylethanolamin + CMP

Synthese von Glycerophospholipiden aus CDP-Diacylglycerin, Mechanismus 1:
In diesem Beispiel wurde der Phosphatidsäure bereits ein CTP-Molekül hinzugefügt, wodurch die hier zu sehende energiereiche Bindung im CDP-Diacylglycerin entstanden ist. Die in dieser Bindung gespeicherte Energie wird verwendet, um die neue Phosphatbindung zwischen der Phosphatidsäure und dem Inositol herzustellen, wodurch das Glycerophospholipid Phosphatidylinositol entsteht. Bei diesem Vorgang wird ein Cytidinmonophosphat (CMP) freigesetzt.
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Synthese von Glycerophospholipiden, Mechanismus 2 — Synthese von Glycerophospholipiden aus CDP-Diacylglycerin, Mechanismus 1:
In diesem Beispiel wurde der Phosphatidsäure bereits ein CTP-Molekül hinzugefügt, wodurch die hier zu sehende energiereiche Bindung im CDP-Diacylglycerin entstanden ist. Die in dieser Bindung gespeicherte Energie wird verwendet, um die neue Phosphatbindung zwischen der Phosphatidsäure und dem Inositol herzustellen, wodurch das Glycerophospholipid Phosphatidylinositol entsteht. Bei diesem Vorgang wird ein Cytidinmonophosphat (CMP) freigesetzt.
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Sphingolipid-Synthese

Sphingolipide setzen sich zusammen aus:
- Sphingosin
- 1 FS
- 1 R-Gruppe
Bildung des Ceramid-Grundgerüsts:
- Serin Serin Synthese nicht-essenzieller Aminosäuren + Palmitoyl-CoA → Dihydrosphingosin
- An das Dihydrosphingosin wird eine Fettsäure angehängt → Ceramid-Grundgerüst
Mehrere Moleküle können an das Ceramid binden, wodurch Moleküle mit unterschiedlichen Funktionen entstehen:
- Sphingomyeline:
  - Ceramid + Phosphatgruppe + Cholin
  - Findet sich in der Myelinscheide von Nervenzellen
- Zerebroside:
  - Ceramid + Monosaccharid
  - Wichtige Bestandteile von Nervenzellmembranen
- Ganglioside:
  - Ceramid + komplexes Kohlenhydrat
  - Wichtige Rolle bei der Modulation von Membranproteinen, Ionenkanälen und der Signaltransduktion

Cholesterin-Synthese

3 Moleküle Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels werden zu 3-Hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA (HMG-CoA) zusammengefügt
HMG-CoA-Reduktase:
- Wandelt HMG-CoA in Mevalonat um
- Geschwindigkeitsbegrenzender Schritt bei der Cholesterinsynthese
- HMG-CoA-Reduktase ist das Enzym, das durch Statine Statine Statine gehemmt wird.
Mevalonat wird in aktivierte Isoprene (5-Kohlenstoff-Moleküle) umgewandelt
Isoprene werden zu dem 30-Kohlenstoff-Molekül Squalen kombiniert
Squalen wird zu einer 4-Ring-Struktur namens Lanosterin gefaltet, die dem Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel ähnelt.
Ein energieabhängiger Prozess wandelt Lanosterin über mehrere zusätzliche enzymatische Schritte in Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel um

Lipidabbau (Lipolyse)

Lipolyse bezeichnet den Prozess des Abbaus von Lipiden.

Lipolyse von TAGs

Für jede der drei Esterbindungen in einem TAG gibt es eine andere Lipase. Die Lipasen spalten Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide ab, indem sie ein H₂O-Molekül an die Esterbindung anhängen (Hydrolysereaktion).

Hormonempfindliche Lipase spaltet FS1 ab → Diacylglycerin (DAG) + freie FS1
- Stimuliert durch Epinephrin Epinephrin Sympathomimetika (das auch den Glykogenabbau und die Gluconeogenese Gluconeogenese Gluconeogenese stimuliert)
- Gehemmt durch Insulin Insulin Insulin
DAG-Lipase spaltet FS2 ab → Monoacylglycerin (MAG) + freie FS2
MAG-Lipase spaltet FS3 ab → Glycerin + freie FS3

Diese Lipasen sind in Adipozyten Adipozyten Fettgewebe: Histologie und Lysosomen zu finden.

Aufspaltung von Triacylglycerinen:
A) Hormonempfindliche Lipase spaltet die erste Esterbindung, wodurch die erste freie Fettsäure (FFA) freigesetzt wird und ein Diacylglycerinmolekül entsteht.
B) Die Diacylglycerinlipase spaltet dann die Esterbindung am zweiten Kohlenstoff, wodurch die zweite FFA freigesetzt wird und ein Monoacylglycerinmolekül entsteht.
C) Schließlich spaltet die Monoacylglycerinlipase die letzte Esterbindung, wodurch der letzte FFA freigesetzt wird und ein Glycerinmolekül zurückbleibt.
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Fettsäure-Beta-Oxidation

Die Fettsäure-β-Oxidation ist der Prozess, bei dem einzelne Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide zur Energiegewinnung aufgespalten werden.
Findet in den Mitochondrien und Peroxisomen der Zielzellen statt
Erzeugt mehr ATP pro Kohlenstoff als Zucker.
Überblick über den Prozess:
- Aktivierung durch Zugabe von Coenzym A (CoA) → erzeugt Fettacyl-CoA
- Transport in die Mitochondrien (langkettige FS erfordern Carnitin)
- Eine Dehydrogenase entfernt Wasserstoffmoleküle von den Kohlenstoffen 2 und 3 (den α- bzw. β-Kohlenstoffen), wodurch eine trans-2,3-Doppelbindung entsteht
  - FAD + 2H+ (von der Dehydrogenase entfernt) → FADH₂ (wird zur Erzeugung von ATP verwendet)
- Eine Hydratase fügt Wasser an die Doppelbindung hinzu, wodurch eine -OH-Gruppe an Kohlenstoff 3 entsteht
- Eine weitere Dehydrogenase entfernt Wasserstoff von der -OH-Gruppe und Kohlenstoff 3 (Oxidation des β-Kohlenstoffs), wodurch ein Keton an Kohlenstoff 3 entsteht
  - NAD+ + 2H+ (von der Dehydrogenase entfernt) → NADH (zur Erzeugung von ATP verwendet) + 1H+
- Thiolase-Enzyme spalten die ersten 2 Kohlenstoffe ab (ein Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels) und fügen ein neues CoA an die verbleibende Kette an (die nun 2 Kohlenstoffe kürzer ist als die ursprüngliche)
Netto: jedes Palmitoyl-CoA (16-Kohlenstoff-FS-Kette) produziert/verbraucht:
- 2 ATP für die Aktivierung
- 7 FADH₂ → 10,5 ATP (1,5 ATP pro FADH₂)
- 7 NADH → 17,5 ATP (2,5 ATP pro NADH)
- 8 Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels → 80 ATP (über den Zitronensäurezyklus)
- Insgesamt: 108 ATP (Ertrag: 106 ATP)

Klinische Relevanz

Lipidstörungen Lipidstörungen Fettstoffwechselstörungen/Dyslipidämien: zum Beispiel familiäre Hypercholesterinämie Hypercholesterinämie Fettstoffwechselstörungen, verursacht durch eine Mutation in der PCSK9-Protease, verhindert eine ausreichende Clearance von LDLs und verursacht deren Akkumulation im Plasma Plasma Transfusionsprodukte. Die Ansammlung von Lipiden (Triglyceriden) in der Leber Leber Leber kann zur nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) führen. Wenn die Ansammlung chronisch ist und eine Entzündung Entzündung Entzündung verursacht, entwickelt sich eine nichtalkoholische Steatohepatitis.
Hyperchylomikronämie: aufgrund einer signifikant erhöhten Hypertriglyceridämie Hypertriglyceridämie Fettstoffwechselstörungen und Chylomikronen. Kann durch Xanthome, Hepatosplenomegalie, rezidivierende Bauchschmerzen und Pankreatitis Pankreatitis Akute Pankreatitis auffällig werden.
Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide: Moleküle, die durch eine Carbonsäure und eine aliphatische Kette gekennzeichnet sind. Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide werden entweder als Brennstoff gespeichert oder sind Teil der Zellstruktur. Diese Moleküle werden nach ihrer Länge klassifiziert in kurzkettige FS, mittelkettige FS und langkettige FS. Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide können gesättigt sein, keine Kohlenstoff-Doppelbindungen aufweisen, oder ungesättigt sein.

Quellen

Botham, K. M., Mayes, P. A. (2018). Lipid transport & storage. Chapter 25 of Rodwell, V.W., et al., (Eds.), Harper’s Illustrated Biochemistry, 31st ed. New York: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1160189897
Masoro, E.J. (1977). Lipids and lipid metabolism. Annu Rev Physiol 39:301–321. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/192136/
Lent-Schochet, D., Jialal, I. (2021). Biochemistry, lipoprotein metabolism. StatPearls. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK553193/
Feingold, K.R. Introduction to lipids and lipoproteins. (2000). In Feingold, K.R., et al. (Eds.), Endotext. South Dartmouth (MA): MDText.com. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26247089/
Jo, Y., Okazaki, H., Moon, Y.A., Zhao, T. (2016). Regulation of lipid metabolism and beyond. International Journal of Endocrinology 2016:5415767. https://doi.org/10.1155/2016/5415767
van der Vusse, GJ. (2009). Albumin as fatty acid transporter. Drug Metab Pharmacokinet 24:300–307. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19745557/

Fettstoffwechsel

Mit Video-Repetitorien von Lecturio kommst du sicher
durch Physikum, M2 und M3.