Zwischenprodukte von Atmungsprozessen dienen als Quelle von Kohlenstoffgerüsten für die Synthese von Lipiden – fettähnlichen Substanzen, die Bestandteil aller lebenden Zellen sind und eine wichtige Rolle in Lebensprozessen spielen. Lipide fungieren sowohl als Speicherstoffe als auch als Bestandteile der Membranen, die das Zytoplasma und alle Zellorganellen umgeben.

Membranlipide unterscheiden sich von gewöhnlichen Fetten dadurch, dass eine der drei Fettsäuren in ihrem Molekül durch phosphoryliertes Serin oder Cholin ersetzt ist.

Fette sind in allen Pflanzenzellen vorhanden und da Fette wasserunlöslich sind, können sie sich in Pflanzen nicht bewegen. Daher muss die Biosynthese von Fetten in allen Organen und Geweben von Pflanzen aus gelösten Substanzen erfolgen, die in diese Organe gelangen. Solche löslichen Substanzen sind Kohlenhydrate, die durch die Assimilation in die Samen gelangen*. Das beste Objekt zur Untersuchung der Biosynthese von Fetten sind die Früchte von Ölsaaten; zu Beginn der Ölsaatenentwicklung sind die Hauptbestandteile der Samen Wasser, Proteine, nicht proteinhaltige stickstoffhaltige Verbindungen und unlösliche Zucker. Während der Reifung erfolgt einerseits die Synthese von Proteinen aus nicht-eiweißhaltigen stickstoffhaltigen Verbindungen und andererseits die Umwandlung von Kohlenhydraten in Fette.

Wir werden uns auf die Umwandlung von Kohlenhydraten in Fette konzentrieren. Beginnen wir mit etwas Einfachem. Aus der Zusammensetzung der Fette. Fette bestehen aus Glycerin und Fettsäuren. Offensichtlich müssen bei der Biosynthese von Fetten diese Bestandteile gebildet werden – Glycerin und Fettsäuren, die Teil des Fettes sind. Bei der Biosynthese von Fett wurde festgestellt, dass Fettsäuren nicht mit gebundenem Glycerin, sondern mit dessen phosphoryliertem *-Glycerin-3-phosphat verbunden werden. Ausgangsstoff für die Bildung von Glycerin-3-phosphat sind 3-Phosphoglycerinaldehyd und Phosphodioxyaceton, die Zwischenprodukte der Photosynthese und des anaeroben Kohlenhydratabbaus sind

Die Reduktion von Phosphodioxyaceton zu Glycerin-3-phosphat wird durch das Enzym Glycerinphosphat-Dehydrogenase katalysiert, dessen aktive Gruppe Nicotinamidadenindinukleotid ist. Die Synthese von Fettsäuren erfolgt auf komplexere Weise. Wir haben gesehen, dass die meisten pflanzlichen Fettsäuren eine gerade Anzahl an Kohlenstoffatomen haben, C16 oder C18. Diese Tatsache hat seit langem die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen. Es wurde immer wieder vermutet, dass durch freie Kondensation von Essigsäure oder Acetaldehyd Fettsäuren entstehen können, d. h. aus Verbindungen mit zwei Kohlenstoffatomen C 2. Arbeiten unserer Zeit haben gezeigt, dass an der Biosynthese von Fettsäuren nicht freie Essigsäure, sondern an Coenzym A gebundenes Acetyl-Coenzym A beteiligt ist. Derzeit ist es in Mode, das Schema der Fettsäuresynthese wie folgt darzustellen. Die Ausgangsverbindung für die Synthese von Fettsäuren ist Acetyl-Coenzym A, das das Hauptprodukt des anaeroben Kohlenhydratabbaus ist. Coenzym A kann an der Synthese verschiedenster Fettsäuren beteiligt sein. Der erste * dieser Prozesse ist die Aktivierung von Säuren unter Einwirkung von ATP. In der ersten Stufe entsteht Acetyl-Coenzym A aus Essigsäure unter Einwirkung des Enzyms Acetyl-Coenzym A * und dem Energieaufwand ATP und dann * d.h. Es kommt zur Carboxylierung von Acetyl-CoA und zur Bildung einer 3-Kohlenstoff-Verbindung. In den nachfolgenden Stufen kommt es zur Kondensation des Acetyl-Coenzym-A-Moleküls.

Die Synthese von Fettsäuren erfolgt durch die Bindung des Acetyl-Coenzym-A-Moleküls. Dies ist die erste Stufe der eigentlichen Synthese von Fettsäuren.

Der allgemeine Weg zur Bildung von Fetten aus Kohlenhydraten kann als Diagramm dargestellt werden:

Glycerin-3-phosphat

Kohlenhydrate

Acetyl-Coenzym A → Fettsäure → Fette

Wie wir bereits wissen, können Fette von einem Pflanzengewebe in ein anderes wandern und werden direkt an den Ansammlungsorten synthetisiert. Es stellt sich die Frage: In welchen Teilen der Zelle, in welchen Zellstrukturen werden sie synthetisiert? In pflanzlichen Geweben ist die Biosynthese von Fetten fast vollständig in Mitochondrien und Sphärosomen lokalisiert. Die Geschwindigkeit der Fettsynthese in Zellen hängt eng mit der Intensität oxidativer Prozesse zusammen, die die Hauptenergiequellen darstellen. Mit anderen Worten: Die Biosynthese von Fetten hängt eng mit der Atmung zusammen.

Der Fettabbau erfolgt am intensivsten bei der Keimung von Ölsaaten. Ölsaaten enthalten wenige Kohlenhydrate und die wichtigsten Reservestoffe sind Fette. Fette unterscheiden sich von Kohlenhydraten und Proteinen nicht nur dadurch, dass bei der Oxidation deutlich mehr Energie freigesetzt wird, sondern auch dadurch, dass bei der Oxidation von Fetten mehr Wasser freigesetzt wird. Wenn bei der Oxidation von 1 g Proteinen 0,41 g Wasser entstehen, bei der Oxidation von 1 g Kohlenhydraten 0,55 g, dann bei der Oxidation von 1 g Fett 1,07 g Wasser. Dies ist für den sich entwickelnden Embryo von großer Bedeutung, insbesondere wenn die Samen unter trockenen Bedingungen keimen.

In Arbeiten zur Untersuchung des Fettabbaus wurde nachgewiesen, dass sich in keimenden Samen neben dem Fettverlust auch Kohlenhydrate ansammeln. Auf welche Weise können Kohlenhydrate aus Fetten synthetisiert werden? In allgemeiner Form lässt sich dieser Prozess wie folgt darstellen. Fette werden durch Lipase unter Beteiligung von Wasser in Glycerin und Fettsäuren zerlegt. Glycerin wird phosphoryliert, dann oxidiert und in 3-Phosphoglycerinaldehyd umgewandelt. 3-Phosphoglycerinaldehyd isomerisiert zu Phosphodioxyaceton. Darüber hinaus wird unter dem Einfluss von * und 3-Phosphoglyceraldehyd und Phosphodioxyaceton Fructose-1,6-diphosphat synthetisiert. Das gebildete Fruktose-1,6-Diphosphat wird, wie wir bereits wissen, in verschiedenste Kohlenhydrate umgewandelt, die dem Aufbau pflanzlicher Zellen und Gewebe dienen.

Wie erfolgt die Umwandlung von Fettsäuren, die bei der Einwirkung von Lipase auf Fette abgespalten werden? Im ersten Schritt wird die Fettsäure durch Reaktion mit Coenzym A und ATP aktiviert und Acetyl-Coenzym A gebildet

R CH 2 CH 2 COOH + HS-CoA + ATP → RCH 2 CH 2 C-S – CoA

Aktivierte Fettsäure, Acetyl-Coenzym A, ist reaktiver als freie Fettsäure. In Folgereaktionen wird die gesamte Kohlenstoffkette der Fettsäure in Zwei-Kohlenstoff-Fragmente des Acetyl-Coenzyms A gespalten. Das allgemeine Schema des Fettabbaus lässt sich vereinfacht wie folgt darstellen.

Fazit zur Synthese des Fettabbaus. Sowohl beim Abbau als auch bei der Synthese von Fettsäuren spielt Acetyl-Coenzym A die Hauptrolle. Acetyl-Coenzym A, das beim Abbau von Fettsäuren entsteht, kann verschiedene Umwandlungen durchlaufen. Der Hauptweg seiner Umwandlung ist die vollständige Oxidation durch den Tricarbonsäurezyklus zu CO 2 und H 2 O unter Freisetzung einer großen Energiemenge. Ein Teil des Acetyl-Coenzyms A kann für die Synthese von Kohlenhydraten verwendet werden. Solche Umwandlungen von Acetyl-Coenzym A können während der Keimung von Ölsaaten auftreten, wenn durch den Aminosäureabbau von Fettsäuren eine erhebliche Menge Essigsäure entsteht. Bei der Biosynthese von Kohlenhydraten aus Acetyl-Coenzym A OH, d.h. Acetyl-Coenzym A ist Teil des sogenannten Glyoxylatzyklus oder Glyoxsäurezyklus. Im Glyoxylatzyklus wird Isocitronensäure in Bernstein- und Glyoxinsäure gespalten. Bernsteinsäure kann an der Reaktion des Tricarbonsäurezyklus teilnehmen und über * Äpfelsäure und dann Oxalessigsäure bilden. Glyoxynsäure geht mit einem zweiten Molekül Acetyl-Coenzym A CO-Verbindungen ein und dabei entsteht auch Apfelsäure. In Folgereaktionen wird Apfelsäure in Oxalessigsäure – Phosphoenolbrenztraubensäure – Phosphoglycerinsäure und sogar Kohlenhydrate umgewandelt. Dadurch wird die Energie der Säuren des beim Abbau entstehenden Acetatmoleküls in Kohlenhydrate umgewandelt. Welche biologische Rolle spielt der Glyoxylatzyklus? Bei den Reaktionen dieses Zyklus wird Glyoxylsäure synthetisiert, die als Ausgangsverbindung für die Bildung der Aminosäure Glycin dient. Die Hauptrolle liegt in der Existenz des Glyoxylatzyklus, bei dem Acetatmoleküle, die beim Abbau von Fettsäuren entstehen, in Kohlenhydrate umgewandelt werden. So können Kohlenhydrate nicht nur aus Glycerin, sondern auch aus Fettsäuren gebildet werden. Die Synthese der endgültigen photosynthetischen Assimilationsprodukte Kohlenhydrate, Saccharose und Stärke in einer photosynthetischen Zelle erfolgt separat: Saccharose wird im Zytoplasma synthetisiert, Stärke wird in Chloroplasten gebildet.

Abschluss. Zucker können enzymatisch in einen anderen umgewandelt werden, meist unter Beteiligung von ATP. Kohlenhydrate werden durch eine komplexe Kette biochemischer Reaktionen in Fette umgewandelt. Kohlenhydrate können aus Fettabbauprodukten synthetisiert werden. Kohlenhydrate können sowohl aus Glycerin als auch aus Fettsäuren synthetisiert werden.

Lipidbiosynthese

Triacylglycerine sind die kompakteste Form der Energiespeicherung im Körper. Ihre Synthese erfolgt hauptsächlich aus Kohlenhydraten, die im Übermaß in den Körper gelangen und nicht zum Auffüllen der Glykogenspeicher verwendet werden.

Lipide können auch aus dem Kohlenstoffgerüst von Aminosäuren gebildet werden. Fördert die Bildung von Fettsäuren und anschließend von Triacylglycerinen und überschüssiger Nahrung.

Biosynthese von Fettsäuren

Bei der Oxidation werden Fettsäuren in Acetyl-CoA umgewandelt. Eine übermäßige Aufnahme von Kohlenhydraten über die Nahrung geht auch mit dem Abbau von Glukose in Pyruvat einher, das dann in Acetyl-CoA umgewandelt wird. Diese letztere Reaktion, die durch Pyruvatdehydrogenase katalysiert wird, ist irreversibel. Acetyl-CoA wird als Teil von Citrat von der mitochondrialen Matrix zum Zytosol transportiert (Abbildung 15).

Mitochondriale Matrix Zytosol

Abbildung 15. Schema des Acetyl-CoA-Transfers und der Bildung von reduziertem NADPH während der Fettsäuresynthese.

Stereochemisch lässt sich der gesamte Prozess der Fettsäuresynthese wie folgt darstellen:

Acetyl-CoA + 7 Malonyl-CoA + 14 NADPH∙ + 7H + 

Palmitinsäure (C 16:0) + 7 CO 2 + 14 NADP + 8 NSCoA + 6 H 2 O,

In diesem Fall werden aus Acetyl-CoA 7 Moleküle Malonyl-CoA gebildet:

7 Acetyl-CoA + 7 CO 2 + 7 ATP  7 Malonyl-CoA + 7 ADP + 7 H 3 PO 4 + 7 H +

Die Bildung von Malonyl-CoA ist eine sehr wichtige Reaktion in der Fettsäuresynthese. Malonyl-CoA entsteht bei der Carboxylierungsreaktion von Acetyl-CoA unter Beteiligung der Acetyl-CoA-Carboxylase, die Biotin als prosthetische Gruppe enthält. Dieses Enzym ist nicht Teil des Fettsäuresynthase-Multienzymkomplexes. Acetitcarboxylase ist ein Polymer (Molekulargewicht von 4 bis 810 6 Da), das aus Protomeren mit einem Molekulargewicht von 230 kDa besteht. Es handelt sich um ein multifunktionales allosterisches Protein, das gebundenes Biotin, Biotin-Carboxylase, Transcarboxylase und ein allosterisches Zentrum enthält, dessen aktive Form ein Polymer ist und dessen 230-kDa-Protomere inaktiv sind. Daher wird die Aktivität der Malonyl-CoA-Bildung durch das Verhältnis zwischen diesen beiden Formen bestimmt:

Inaktive Protomer  aktives Polymer

Palmitoyl-CoA, das Endprodukt der Biosynthese, verschiebt das Verhältnis in Richtung der inaktiven Form, und Citrat verschiebt als allosterischer Aktivator dieses Verhältnis in Richtung des aktiven Polymers.

Abbildung 16. Mechanismus der Synthese von Malonyl-CoA

Im ersten Schritt der Carboxylierungsreaktion wird Bicarbonat aktiviert und N-Carboxybiotin gebildet. Im zweiten Schritt erfolgt ein nukleophiler Angriff von N-Carboxybiotin durch die Carbonylgruppe von Acetyl-CoA und es entsteht Malonyl-CoA in der Transcarboxylierungsreaktion (Abb. 16).

Die Fettsäuresynthese bei Säugetieren ist mit einem Multienzymkomplex namens „Enzym“ verbunden Fettsäuresynthase. Dieser Komplex wird durch zwei identische multifunktionale Polypeptide repräsentiert. Jedes Polypeptid verfügt über drei Domänen, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind (Abb.). Erste Domäne ist dafür verantwortlich, Acetyl-CoA und Malonyl-CoA zu binden und diese beiden Substanzen zu verbinden. Diese Domäne umfasst die Enzyme Acetyltransferase, Malonyltransferase und ein Acetylmalonyl-bindendes Enzym namens β-Ketoacylsynthase. Zweite Domäne, ist hauptsächlich für die Reduktion des in der ersten Domäne erhaltenen Zwischenprodukts verantwortlich und enthält Acyltransferprotein (ACP), -Ketoacylreduktase und -dehydratase sowie Enoyl-ACP-Reduktase. IN dritte Domäne Es ist das Enzym Thioesterase vorhanden, das die entstehende Palmitinsäure, bestehend aus 16 Kohlenstoffatomen, freisetzt.

Reis. 17. Struktur des Palmitatsynthase-Komplexes. Die Zahlen geben Domänen an.

Mechanismus der Fettsäuresynthese

In der ersten Stufe der Fettsäuresynthese wird Acetyl-CoA an den Serinrest der Acetyltransferase angefügt (Abb...). In einer ähnlichen Reaktion wird ein Zwischenprodukt zwischen Malonyl-CoA und dem Serinrest der Malonyltransferase gebildet. Die Acetylgruppe der Acetyltransferase wird dann auf die SH-Gruppe des Acyltransferproteins (ATP) übertragen. Im nächsten Schritt wird der Acetylrest auf die SH-Gruppe des Cysteins der -Ketoacylsynthase (kondensierendes Enzym) übertragen. Die freie SH-Gruppe des Acyltransferproteins greift die Malonyltransferase an und bindet den Malonylrest. Anschließend erfolgt die Kondensation der Malonyl- und Acetylreste unter Beteiligung der -Ketoacylsynthase unter Entfernung der Carbonylgruppe vom Malonyl. Das Ergebnis der Reaktion ist die Bildung von -Ketoacyl, das mit ACP verbunden ist.

Reis. Reaktionen der 3-KetoacylACP-Synthese im Palmitatsynthase-Komplex

Die Enzyme der zweiten Domäne sind dann an den Reduktions- und Dehydratisierungsreaktionen des β-Ketoacyl-ACP-Zwischenprodukts beteiligt, die zur Bildung von (Butyryl-ACP)acyl-ACP führen.

Acetoacetyl-ACP (-Ketoacyl-ACP)

-Ketoacyl-ACP-Reduktase

-Hydroxybutyryl-APB

-Hydroxyacyl-ACP-Dehydratase

Enoyl-ACP-Reduktase

Butyryl-APB

Nach 7 Reaktionszyklen

H2O Palmitoylthioesterase

Die Butyrylgruppe wird dann von ACP auf den cis-SH-Rest der -Ketoacylsynthase übertragen. Eine weitere Verlängerung um zwei Kohlenstoffatome erfolgt durch Addition von Malonyl-CoA an den Serinrest der Malonyltransferase, anschließend werden Kondensations- und Reduktionsreaktionen wiederholt. Der gesamte Zyklus wird 7 Mal wiederholt und endet mit der Bildung von Palmitoyl-ACP. In der dritten Domäne hydrolysiert Palmitoylesterase die Thioesterbindung zu Palmitoyl-ACP und freie Palmitinsäure wird freigesetzt und verlässt den Palmitatsynthasekomplex.

Regulierung der Fettsäurebiosynthese

Die Kontrolle und Regulierung der Fettsäuresynthese ähnelt in gewissem Maße der Regulierung der Reaktionen der Glykolyse, des Citratzyklus und der β-Oxidation von Fettsäuren. Der Hauptmetabolit, der an der Regulierung der Fettsäurebiosynthese beteiligt ist, ist Acetyl-CoA, das als Teil von Citrat aus der mitochondrialen Matrix stammt. Das aus Acetyl-CoA gebildete Malonyl-CoA-Molekül hemmt die Carnitin-Acyltransferase I und die β-Oxidation von Fettsäuren wird unmöglich. Andererseits ist Citrat ein allosterischer Aktivator der Acetyl-CoA-Carboxylase, und Palmitoyl-CoA, Steatoryl-CoA und Arachidonyl-CoA sind die Hauptinhibitoren dieses Enzyms.

Inhalte: - Biosynthese gesättigter FAs - Biosynthese ungesättigter FAs - Biosynthese. TG und Phosphatide – Cholesterinbiosynthese. Cholesterinpool in der Zelle – Mechanismus zur Regulierung des Kohlenhydratstoffwechsels – Fett-Kohlenhydrat-Randle-Zyklus

Die Biosynthese von FA findet am intensivsten im Magen-Darm-Trakt, in Hepatozyten, Enterozyten und in der laktierenden Brustdrüse statt. Die Kohlenstoffquelle für die FA-Biosynthese sind überschüssige Kohlenhydrate, Aminosäuren und FA-Stoffwechselprodukte.

Die FA-Biosynthese ist eine alternative Version der ß-Oxidation, wird jedoch im Zytoplasma durchgeführt. Der Oxidationsprozess erzeugt Energie in Form von FADH 2, NADH 2 und ATP, und die FA-Biosynthese absorbiert sie in derselben Form.

Das Ausgangssubstrat für die Synthese ist Acetyl-Co. A, gebildet in der mitochondrialen Matrix. Die Mitochondrienmembran ist für Acetyl-Co nicht durchlässig. Und deshalb interagiert es mit PKA unter Bildung von Citrat, das frei in das Zytoplasma gelangt und dort zu PAA und Acetyl abgebaut wird. Co. A.

Ein Anstieg des Citrats im Zytoplasma ist ein Signal für den Beginn der FA-Biosynthese. Citrat + ATP + NSCo. A ------ CH 3 -CO-SCo. A+ PIKE +ADP Die Reaktion erfolgt unter der Wirkung von Citrat-Lyase.

Für die Synthese von FA wird ein Molekül Acetyl-Co benötigt. A, inaktiv, während der Rest aktiviert sein sollte. CH 3 -CO-SCo. A + CO 2+ ATP + Biotin-------------- COOH-CH 2 -CO-SCo. Und Acetyl-Co. A-Carboxylase Der Enzymaktivator ist Acetyl-Co. Acarboxylase ist Citrat. Die erste Reaktion in der Biosynthese ist die Bildung von Malonyl-Co. A.

Malonil-Co. A ist das erste Zwischenprodukt bei der Synthese von Fettsäuren und wird aus Acetyl-Co gebildet. Und im Zytoplasma.

Überschüssiges Acetyl-Co. Und in Mitochondrien kann es nicht selbstständig in das Zytoplasma gelangen. Die Passage durch die Mitochondrienmembran wird durch den Citrat-Shunt ermöglicht. Acetyl-Co. Und Carboxylase katalysiert die Bildung von Malonyl-Co. A.

Diese Reaktion verbraucht CO 2 und ATP. Somit hemmen Bedingungen, die die Lipogenese fördern (Vorhandensein großer Mengen an Glukose), die β-Oxidation von Fettsäuren

Die Biosynthese von Fettsäuren erfolgt mithilfe eines Multienzymkomplexes – der Palmitoylfettsäuresynthetase. Es besteht aus 7 Enzymen, die mit ACP (Acyltransportprotein) assoziiert sind. APB besteht aus 2 Untereinheiten, von denen jede 250.000 Einheiten enthält. APB enthält 2 SH-Gruppen. Nach der Bildung von Malonyl-Co. Und es kommt zur Übertragung von Acetyl- und Malonylresten auf APB.

Die Biosynthese von FAs findet bei hohen Glukosespiegeln im Blut statt, die die Intensität der Glykolyse (Lieferant von Acetyl-Co. A) und PPP (Lieferant von NADFH 2 und CO 2) bestimmen. Unter Bedingungen des Fastens und Diabetes ist eine gastrointestinale Synthese unwahrscheinlich, da nein. Gl (bei Diabetes gelangt es nicht in das Gewebe, sondern befindet sich im Blut), daher ist die Aktivität der Glykolyse und des PPP gering.

Unter diesen Bedingungen gibt es jedoch Reserven an CH 3 -COSCo in den Lebermitochondrien. A (Quelle der ß-Oxidation von FA). Dieses Acetyl-Co. Und nimmt nicht an Reaktionen der FA-Synthese teil, da diese durch die Produkte PC, CO 2 und NADH 2 begrenzt werden muss. In diesem Fall ist es für den Körper rentabler, Cholesterin zu synthetisieren, das nur NADFH 2 und Acetyl-Co benötigt . Was passiert beim Fasten und Diabetes?

Biosynthese von TG und PL Die Synthese von TG erfolgt aus Glycerin (Gn) und FA, hauptsächlich Stearinsäure und Palmitinsäure. Die Biosynthese von TG im Gewebe erfolgt über die Bildung von Glycerin-3-Phosphat als Zwischenverbindung. In den Nieren und Enterozyten, wo die Glycerinkinase-Aktivität hoch ist, wird Gn durch ATP zu Glycerinphosphat phosphoryliert.

Im Fettgewebe und in der Muskulatur ist die Bildung von Glycero-3-phosphat aufgrund der sehr geringen Aktivität der Glycerinkinase hauptsächlich mit der Glykolyse verbunden. Es ist bekannt, dass bei der Glykolyse DAP (Dihydroxyacetonphosphat) entsteht, das in Gegenwart von Glycerinphosphat-DG in G-3 ph (Glycerin-3-Phosphat) umgewandelt werden kann.

In der Leber werden beide Wege der g-3-ph-Bildung beobachtet. In Fällen, in denen der Glukosegehalt in FA reduziert ist (während des Fastens), wird nur eine geringe Menge G-3-ph gebildet. Daher können durch die Lipolyse freigesetzte FAs nicht für die Resynthese verwendet werden. Daher verlassen sie die VT und die Menge an Reservefett nimmt ab.

Synthese ungesättigter Fettsäuren aus gesättigten Fettsäuren mit paralleler Kettenverlängerung. Die Entsättigung erfolgt unter der Wirkung eines mikrosomalen Enzymkomplexes, der aus drei Proteinkomponenten besteht: Cytochrom b 5, Cytochrom b 5-Reduktase und Desaturase, die Nicht-Häm-Eisen enthalten.

Als Substrate werden NADPH und molekularer Sauerstoff verwendet. Diese Komponenten bilden eine kurze Elektronentransportkette, mit deren Hilfe Hydroxylgruppen für kurze Zeit in das Fettsäuremolekül eingebaut werden

Anschließend werden sie als Wasser abgespalten, wodurch im Fettsäuremolekül eine Doppelbindung entsteht. Es gibt eine ganze Familie von Desaturase-Untereinheiten, die spezifisch für eine bestimmte Insertionsstelle der Doppelbindung sind.

Der Ursprung ungesättigter Fettsäuren in den Körperzellen. Metabolismus von Arachidonsäure n Essentiell und nicht essentiell – Von den ungesättigten Fettsäuren können die Fettsäuren -3 und –6 im menschlichen Körper nicht synthetisiert werden, da ein Enzymsystem fehlt, das die Bildung einer Doppelbindung an der Arachidonsäure katalysieren könnte – 6-Position oder jede andere Position, die nahe am Ende liegt.

Zu diesen Fettsäuren gehören Linolsäure (18: 2, 9, 12), Linolensäure (18: 3, 9, 12, 15) und Arachidonsäure (20: 4, 5, 8, 11, 14). Letzteres ist nur bei Linolsäuremangel essentiell, da es normalerweise aus Linolsäure synthetisiert werden kann

Beim Menschen wurden dermatologische Veränderungen mit einem Mangel an essentiellen Fettsäuren in der Nahrung beschrieben. Die typische Ernährung eines Erwachsenen enthält ausreichende Mengen an essentiellen Fettsäuren. Allerdings zeigen Neugeborene, die eine fettarme Ernährung erhalten, Anzeichen von Hautläsionen. Sie verschwinden, wenn Linolsäure in die Behandlung einbezogen wird.

Fälle eines solchen Mangels werden auch bei Patienten beobachtet, die über einen längeren Zeitraum eine parenterale Ernährung mit einem Mangel an essentiellen Fettsäuren erhalten haben. Um diesem Zustand vorzubeugen, reicht es aus, dass der Körper essentielle Fettsäuren in einer Menge von 1-2 % des gesamten Kalorienbedarfs erhält.

Synthese ungesättigter Fettsäuren aus gesättigten Fettsäuren mit paralleler Kettenverlängerung. Die Entsättigung erfolgt unter der Wirkung eines mikrosomalen Enzymkomplexes, der aus drei Proteinkomponenten besteht: Cytochrom b 5, Cytochrom b 5-Reduktase und Desaturase, die Nicht-Häm-Eisen enthalten. Als Substrate werden NADPH und molekularer Sauerstoff verwendet.

Aus diesen Komponenten entsteht eine kurze Elektronentransportkette, mit deren Hilfe Hydroxylgruppen für kurze Zeit in das Fettsäuremolekül eingebaut werden. Anschließend werden sie als Wasser abgespalten, wodurch im Fettsäuremolekül eine Doppelbindung entsteht. Es gibt eine ganze Familie von Desaturase-Untereinheiten, die spezifisch für eine bestimmte Insertionsstelle der Doppelbindung sind.

Bildung und Nutzung von Ketonkörpern n Die beiden Haupttypen von Acetonkörpern sind Acetoacetat und Hydroxybutyrat. -Hydroxybutyrat ist die reduzierte Form von Acetoacetat. Acetoacetat wird in Leberzellen aus Acetyl-Co gebildet. A. Die Bildung erfolgt in der mitochondrialen Matrix.

Die Anfangsphase dieses Prozesses wird durch das Enzym Ketothiolase katalysiert. Dann Acetoacetyl. Co. A kondensiert mit dem nächsten Acetyl-Co-Molekül. Und unter dem Einfluss des Enzyms HOMG-Co. Und Synthetasen. Dadurch entsteht -hydroxy-methylglutaryl-Co. A. Dann ist das Enzym HOMG-Co. Und Lyase katalysiert die Spaltung von HOMG-Co. Und für Acetoacetat und Acetyl-Co. A.

Anschließend wird Acetessigsäure unter dem Einfluss des Enzyms b-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase reduziert, wodurch b-Hydroxybuttersäure entsteht.

Dann ist das Enzym HOMG-Co. Und Lyase katalysiert die Spaltung von HOMG-Co. Und für Acetoacetat und Acetyl. Co. A. Anschließend wird Acetessigsäure unter dem Einfluss des Enzyms b-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase reduziert, was zur Bildung von b-Hydroxybuttersäure führt.

Diese Reaktionen finden in Mitochondrien statt. Das Zytosol enthält Isoenzyme – Ketothiolasen und HOMG~Co. Und Synthetasen, die auch die Bildung von HOMG~Co katalysieren. A, sondern als Zwischenprodukt bei der Synthese von Cholesterin. Zytosolische und mitochondriale Mittel von GOMG~Co. Aber sie vermischen sich nicht.

Die Bildung von Ketonkörpern in der Leber wird durch den Ernährungszustand gesteuert. Dieser Kontrolleffekt wird durch Insulin und Glucagon verstärkt. Essen und Insulin reduzieren die Bildung von Ketonkörpern, während Fasten die Ketogenese durch einen Anstieg der Menge an Fettsäuren in den Zellen stimuliert

Während des Fastens nimmt die Lipolyse zu, der Glucagonspiegel und die C-Konzentration steigen. AMP in der Leber. Es findet eine Phosphorylierung statt, wodurch HOMG-Co aktiviert wird. Und Synthetasen. Allosterischer Inhibitor von HOMG-Co. Und die Synthetase ist Succinyl-Co. A.

n Normalerweise sind Ketonkörper eine Energiequelle für die Muskeln; Bei längerem Fasten können sie vom Zentralnervensystem genutzt werden. Es ist zu bedenken, dass die Oxidation von Ketonkörpern nicht in der Leber stattfinden kann. In den Zellen anderer Organe und Gewebe kommt es in Mitochondrien vor.

Diese Selektivität ist auf die Lokalisierung der Enzyme zurückzuführen, die diesen Prozess katalysieren. Erstens katalysiert die α-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase die Oxidation von Hydroxybutyrat zu Acetoacetat in einer NAD+-abhängigen Reaktion. Anschließend wird mit dem Enzym Succinyl Co. Eine Acetoacetyl Co. Eine Transferase, Coenzym A, bewegt sich mit Succinyl Co. Und für Acetoacetat.

Es entsteht Acetoacetyl Co. A, ein Zwischenprodukt der letzten Runde der Fettsäureoxidation. Dieses Enzym wird nicht in der Leber produziert. Deshalb kann es dort nicht zu einer Oxidation von Ketonkörpern kommen.

Doch schon wenige Tage nach Beginn des Fastens beginnt in den Gehirnzellen die Expression des Gens, das dieses Enzym kodiert. Dadurch stellt sich das Gehirn auf die Nutzung von Ketonkörpern als alternative Energiequelle ein und reduziert so seinen Bedarf an Glukose und Protein.

Thiolase vervollständigt die Spaltung von Acetoacetyl-Co. Und die Einbettung von Co. Und an der Stelle, an der die Bindung zwischen Kohlenstoffatomen gebrochen ist. Dadurch entstehen zwei Acetyl-Co-Moleküle. A.

Die Intensität der Oxidation von Ketonkörpern in extrahepatischen Geweben ist proportional zu ihrer Konzentration im Blut. Die Gesamtkonzentration der Ketonkörper im Blut liegt üblicherweise unter 3 mg/100 ml, die durchschnittliche tägliche Harnausscheidung beträgt etwa 1 bis 20 mg.

Unter bestimmten Stoffwechselbedingungen, wenn es zu einer intensiven Oxidation von Fettsäuren kommt, werden in der Leber erhebliche Mengen sogenannter Ketonkörper gebildet.

Der Zustand des Körpers, bei dem die Konzentration von Ketonkörpern im Blut höher als normal ist, wird Ketonämie genannt. Ein erhöhter Anteil an Ketonkörpern im Urin wird Ketonurie genannt. Bei schwerer Ketonämie und Ketonurie ist der Geruch von Aceton in der ausgeatmeten Luft zu spüren.

Sie wird durch die spontane Decarboxylierung von Acetoacetat zu Aceton verursacht. Diese drei Symptome von Ketonämie, Ketonurie und dem Geruch von Aceton im Atem werden unter dem gemeinsamen Namen Ketose zusammengefasst

Ketose entsteht durch einen Mangel an verfügbaren Kohlenhydraten. Beispielsweise wird ihnen während des Fastens nur wenig (oder gar nicht) mit Nahrung zugeführt, und bei Diabetes mellitus aufgrund eines Mangels an dem Hormon Insulin, wenn Glukose in den Zellen von Organen und Geweben nicht effektiv oxidiert werden kann.

Dies führt zu einem Ungleichgewicht zwischen Veresterung und Lipolyse im Fettgewebe mit der Folge einer Intensivierung letzterer. Sie wird durch die spontane Decarboxylierung von Acetoacetat zu Aceton verursacht.

Die Menge an Acetoacetat, die zu -Hydroxybutyrat reduziert wird, hängt vom NADH/NAD+-Verhältnis ab. Diese Wiederherstellung erfolgt unter dem Einfluss des Enzyms Hydroxybutyratdehydrogenase. Aufgrund des hohen Gehalts an HOMG-Co dient die Leber als Hauptstandort für die Bildung von Ketonkörpern. Und Synthetasen in den Mitochondrien von Hepatozyten.

Biosynthese von Cholesterin CS wird von Hepatozyten (80 %), Enterozyten (10 %), Nierenzellen (5 %) und Haut synthetisiert. Pro Tag werden 0,3-1 g Cholesterin gebildet (endogener Pool).

Funktionen von Cholesterin: - Ein unverzichtbarer Teilnehmer an Zellmembranen - Vorläufer von Steroidhormonen - Vorläufer von Gallensäuren und Vitamin D

Nach dem Abbau der Polymerlipidmoleküle werden die entstehenden Monomere im oberen Teil des Dünndarms in den ersten 100 cm absorbiert. Normalerweise werden 98 % der Nahrungslipide absorbiert.

1. Kurze Fettsäuren(nicht mehr als 10 Kohlenstoffatome) werden absorbiert und gelangen ohne besondere Mechanismen ins Blut. Dieser Prozess ist für Säuglinge wichtig, weil... Milch enthält hauptsächlich kurz- und mittelkettige Fettsäuren. Auch Glycerin wird direkt aufgenommen.

2. Mit Gallensäuren entstehen weitere Verdauungsprodukte (langkettige Fettsäuren, Cholesterin, Monoacylglycerine). Mizellen mit hydrophiler Oberfläche und hydrophobem Kern. Ihre Größe ist 100-mal kleiner als die kleinsten emulgierten Fetttröpfchen. Durch die wässrige Phase wandern die Mizellen zum Bürstensaum der Schleimhaut. Hier zerfallen die Mizellen und die Lipidbestandteile diffus Sie gelangen in die Zelle und werden anschließend zum endoplasmatischen Retikulum transportiert.

Gallensäure Auch hier können sie in Enterozyten eindringen und dann in das Blut der Pfortader gelangen, die meisten von ihnen verbleiben jedoch im Speisebrei und gelangen dorthin Ileum Darm, wo es durch aktiven Transport absorbiert wird.

Resynthese von Lipiden in Enterozyten

Unter Lipidresynthese versteht man die Synthese von Lipiden in der Darmwand aus hier eindringenden exogenen Fetten; beides kann gleichzeitig genutzt werden endogen Fettsäuren, daher unterscheiden sich resynthetisierte Fette von Nahrungsfetten und ähneln in ihrer Zusammensetzung „ihren“ Fetten. Die Hauptaufgabe dieses Prozesses ist zu binden mittel- und langkettig, über die Nahrung aufgenommen Fettsäure mit Alkohol - Glycerin oder Cholesterin. Dadurch wird erstens ihre reinigende Wirkung auf Membranen aufgehoben und zweitens werden ihre Transportformen für den Transport durch das Blut zu Geweben geschaffen.

Die in den Enterozyten (wie auch in jede andere Zelle) gelangende Fettsäure wird notwendigerweise durch die Zugabe von Coenzym A aktiviert. Das resultierende Acyl-SCoA ist an den Reaktionen der Synthese von Cholesterinester, Triacylglycerin und Phospholipiden beteiligt.

Fettsäureaktivierungsreaktion

Resynthese von Cholesterinestern

Cholesterin wird mithilfe von Acyl-SCoA und dem Enzym verestert Acyl-SCoA:Cholesterin-Acyltransferase(EIN HUT).

Die Umesterung von Cholesterin wirkt sich direkt auf dessen Aufnahme ins Blut aus. Derzeit wird nach Möglichkeiten gesucht, diese Reaktion zu unterdrücken, um die Cholesterinkonzentration im Blut zu senken.

Cholesterinester-Resynthesereaktion

Resynthese von Triacylglycerinen

Es gibt zwei Möglichkeiten, TAG neu zu synthetisieren:

Der erste Weg, der wichtigste - 2-Monoacylglycerid– tritt unter Beteiligung von exogenem 2-MAG und FA im glatten endoplasmatischen Retikulum von Enterozyten auf: Der Multienzymkomplex der Triacylglycerinsynthase bildet TAG.

Monoacylglycerid-Weg für die TAG-Bildung

Da 1/4 der TAG im Darm vollständig hydrolysiert ist und Glycerin nicht in den Enterozyten zurückgehalten wird und schnell ins Blut gelangt, entsteht ein relativer Überschuss an Fettsäuren, für die nicht genügend Glycerin vorhanden ist. Deshalb gibt es noch einen zweiten, Glycerinphosphat, ein Weg im rauen endoplasmatischen Retikulum. Die Quelle von Glycerin-3-phosphat ist die Oxidation von Glucose. Folgende Reaktionen lassen sich unterscheiden:

1. Bildung von Glycerin-3-phosphat aus Glucose.
2. Umwandlung von Glycerin-3-phosphat in Phosphatidsäure.
3. Umwandlung von Phosphatidsäure in 1,2-DAG.
4. Synthese von TAG.

Glycerinphosphatweg für die TAG-Bildung

Resynthese von Phospholipiden

Phospholipide werden auf die gleiche Weise synthetisiert wie in anderen Zellen des Körpers (siehe „Phospholipidsynthese“). Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten:

Der erste Weg besteht darin, 1,2-DAG und die aktiven Formen von Cholin und Ethanolamin zur Synthese von Phosphatidylcholin oder Phosphatidylethanolamin zu verwenden.