Der Fettsäurestoffwechsel

Basierend auf Stryer Kapitel 22

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CoA

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3

Überblick

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Ein paar Grundlagen......

Carbonsäure Alkohol Carbonsäureester

Eine Acyl-Gruppe

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H

O

H3C

O

O

O

Formyl

Acetyl

Propionyl

Butyryl

Eine Acyl-Gruppe

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Laurinsäure

Ein paar Grundlagen......

Glycerin(glycerol)

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Monoacylglycerine Diacylglycerine

Ein Triacylglycerin

Glycerin

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Ein paar Grundlagen......

Strukturschema eines Triacylglycerins9

Triacylglycerine eignen sich nicht für Membranen

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Ein Phospholipid

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Ein paar Grundlagen......

Strukturschema eines Phospholipids12

Ein paar Grundlagen......

Natürlich vorkommende tierische Fettsäuren

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Ein paar Grundlagen......

• Triacylglycerine sind hochkonzentrierteSpeicher für Stoffwechselenergie, da siein reduzierter und wasserfreier Formvorliegen

• Bei vollständiger Oxidation liefernFettsäuren ca. 38 kJ g-1, gegenüber ca.17 kJ g-1 bei Kohlenhydraten undProteinen

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Ein paar Grundlagen......

• Triacylglycerine werden in nahezuwasserfreier Form gespeichert. 1 gtrockenes Glykogen bindet etwa 2 gWasser. D. h.: 1 g wasserfreies Fettspeichert etwa 6 mal mehr Energie als1 g hydratisiertes Glycogen.

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Ein paar Grundlagen......

• 70 kg schwere Person hat folgendeBrennstoffreserven:– 420‘000 kJ als Triacylglycerine (ca. 11 kg Körpergewicht)

– 100‘000 kJ als Proteine (Muskulatur)

– 2500 kJ als Glycogen

– 170 kJ als Glucose

• Wäre Glycogen Hauptspeicher, so wäre die Personca. 55 kg schwerer.

• Glykogen- und Glucosespeicher liefern Energie füretwa 24 h, die Triacylglycerinreserven liefernEnergie für ein paar Wochen.

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Nutzung der Fettsäuren alsBrennstoffe in drei Schritten

1. Mobilisierung: Abbau der Triacylglycerinezu den Fettsäuren und Glycerin (engl:glycerol) durch Lipasen.

2. Aktivierung der Fettsäuren im Gewebe undTransport in die Mitochondrien.

3. Abbau der Fettsäuren zu Acetyl-CoA, dasanschliessend im Zitratcyclus verarbeitetwird.

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Lipolyse

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Glycerin wird in der Leberabsorbiert und weiter abgebaut

Glykolyse

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Mobilisierung von im Fettgewebegespeicherten Triacylglycerinen

Ein niedriger Blutglucosespiegel löst dieMobilisierung von Triacylglycerinen durchdie Einwirkung von Adrenalin und Glucagonauf die Adenylcyclase der Adipocyten aus.

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Acyl-CoA-Synthase (Fettsäure-Thiokinase)

Pyrophosphatase spaltetPPi, so dass die Reaktionirreversibel wird.

Findet an der äusseren Mitochondrienmembran statt 21

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Transport in die Mitochondrien

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Carnitin-Acyltransferase

Carnitinmangel kann zu Muskelschwäche undMuskelkrämpfen führen, besonders nach längererAnstrengung

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Acylcarnitin-Translokase

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Fettsäureoxidation:Reaktionsfolge

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Acyl-CoA-Dehydrogenase

Acyl-CoA + E-FAD trans-∆2-Enoyl-CoA + E-FADH2

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Acyl-CoA-Dehydrogenase

Acyl-CoA + E-FAD trans-∆2-Enoyl-CoA + E-FADH2

Aus dem FADH2, das aus dieser Dehydrogenierung entstehtwerden 1.5 ATP erzeugt, wie das auch der Fall ist bei derOxidation von Succinat zu Fumarat

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Acyl-CoA-Dehydrogenase

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Enoyl-CoA-Hydratasetrans-∆2-Enoyl-CoA + H2O L-3-Hydroxyacyl-CoA

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L-3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase

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

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-Ketothiolase

3-Ketoacyl-CoA + HS-CoA Acetyl-CoA + Acyl-CoAn Kohlenstoffatome n-2 Kohlenstoffatome

(retro-Thio-Claisen-Kondensation)

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Grundreaktionen derFettsäureoxidation

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Oxidation von Palmitat (n-Hexadecanoat)

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Stöchiometrie der Oxidation

In jedem Zyklus wird ein Acyl-CoA um zwei Kohlenstoffatome verkürzt:

Cn-Acyl-CoA + FAD + NAD+ + H2O + CoACn-2-Acyl-CoA + FADH2 + NADH + Acetyl-CoA + H+

Der Abbau von Palmitat erfordert 7 Runden. Im siebten Zyklus wird dasC4-Ketoacyl-CoA zu zwei Moleküle Acetyl-CoA thiolysiert. Damit lautetdie Stöchiometrie der Palmityl-CoA-Oxidation:

Palmitoyl-CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 CoA + 7 H2O8 Acetyl-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+

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ATP-Bilanz

7 NADH (je 2.5 ATP) 17.5 ATP7 FADH2 (je 1.5 ATP) 10.5 ATP8 Acetyl-CoA (je 10 ATP) 80 ATPVerbrauch von 2 ATP bei der Aktivierung -2 ATP

106 ATP

für die vollständige Oxidation von Palmitat

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Ungeradzahlige Fettsäurenliefern Propionyl-CoA

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Fettabbau vs. Zuckerabbau

Acetyl-CoA aus der Fettsäureoxidation tritt nur dann inden Citratzyklus ein, wenn Fett- und Kohlenhydratabbauzueinander in ausgewogenem Verhältnis stehen, da fürdie Bildung von Citrat Oxalacetat verfügbar sein muss.Die Oxalacetatkonzentration sinkt jedoch, wennKohlenhydrate nicht verfügbar sind oder ungenügendverwertet werden. Oxalacetat entsteht normalerweiseaus Pyruvat, dem Produkt der Glykolyse. Dies ist diemolekulare Grundlage des Sprichworts, dass Fett in derFlamme der Kohlenhydrate verbrennt.

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Tiere können Fettsäuren nichtin Glucose umwandeln

Tierische Organismen sind nicht in der Lage, die Nettosynthese von Glucoseaus Fettsäuren zu bewerkstelligen:

Acetyl-CoA kann nicht in Pyruvat oder Oxalacetat umgewandelt werden. Diezwei Kohlenstoffatome des Acetyl-CoA treten zwar in den Citratzyklus ein;Oxalacetat wird aber nur regeneriert und nicht de novo synthetisiert, wennAcetyl-CoA im Citratzyklus oxidiert wird.

Pflanzen und viele Mikroorganismen besitzen die Enzyme desGlyoxylatzyklus, mit denen die Überführung der Acetyl-CoA-Kohlenstoffatomein Oxalacetat möglich ist.

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