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Abbau und Aufbau von Fetten

Biosynthese der Fettsäuren

Die Biosynthese der Fettsäuren läuft in allen Organismen ab, besonders typisch jedoch in der Leber, im Fettgewebe und in den Milchdrüsen höherer Tiere. Der Aufbau erfolgt jeweils durch die C2 -Einheit der Essigsäure und findet im Cytosol statt. Als Folge werden vorwiegend unverzweigte Fettsäuren mit geradzahliger Kohlenstoff-Kette in der Natur gefunden.

Die Fettsäure-Biosynthese ist ein klassisches Beispiel für eine Reaktion, die von einem Multienzymkomplex katalysiert wird. Die Fettsäure-Synthase besteht aus sieben Reaktionszentren. Bei der Reaktion handelt es sich um eine sich wiederholende Abfolge von vier Reaktionsschritten. In jedem Cyclus wird die Fettsäure um zwei Kohlenstoffe verlängert. Die folgenden Schritte laufen ab:

  1. Kondensation der aktivierten Acetyl- und Malonyl-Gruppe zur Bildung von Acetoacetyl-ACP1). Gleichzeitig wird ein Molekül CO2 produziert. Die Reaktion wird von der β-Ketoacyl-ACP-Synthase (KS, auch Acyl-Malonyl-ACP-kondensierendes Enzym genannt) katalysiert.
  2. Reduktion der Carbonyl-Gruppe: Das bei der Kondensation gebildete Acetoacetyl-ACP wird am C3 reduziert und es bildet sich β-Hydroxybutyryl-ACP. Diese Reaktion wird von der β-Ketoacyl-ACP-Reduktase (KR) katalysiert. Der Elektronen-Donor für die Reduktion ist NADPH.
  3. Dehydration: Im dritten Schritt wird Wasser vom C2 und C3 des β-Hydroxybutyryl-ACP entfernt; es entsteht eine Doppelbindung im trans-Δ2 -Butenoyl-ACP. Diese Reaktion wird von der β-Hydroxyacyl-ACP-Dehydratase katalysiert.
  4. Reduktion der Doppelbindung: Im letzten Schritt wird die Doppelbindung von trans-Δ2 -Butenoyl-ACP reduziert, es bildet sich Butyryl-ACP. Diese Reaktion wird von der Enoyl-ACP-Reduktase katalysiert. Der Elektronendonor für die Reduktion ist NADPH.

Als Abschluss wird der Palmitin- oder Stearin-Rest auf Coenzym A übertragen.

Der Prozess wiederholt sich, bis eine Fettsäure als C16-Acyl-ACP gebildet ist. Durch Elongase-Enzyme werden weitere Zwei-Kohlenstoff-Einheiten hinzugefügt, um Fettsäuren mit längeren Kohlenstoff-Ketten zu synthetisieren.

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Abb.1
Fettsäure-Biosynthese

Der initiale Schritt der Bindung eines Acetyl-Restes von Acetyl-CoA an die Cystein-SH-Gruppe der β-Ketoacyl-ACP-Synthase und eines Malonyl-Restes von Malonyl-CoA an die SH-Gruppe von ACP sowie die abschließende Übertragung des Fettsäure-Restes auf Coenzym A sind nicht gezeigt.

Herstellung von ungesättigten Fettsäuren

Desaturase-Enzyme produzieren ungesättigte Fettsäuren, indem sie gesättigte Fettsäuren mit Hilfe von Sauerstoff oxidieren. Verschiedenste ungesättigte Fettsäuren lassen sich durch Kombinationen von Verlängerungs- und Oxidationsreaktionen synthetisieren. Menschen und andere Säugetiere können jedoch keine Doppelbindungen nach dem neunten, von der Carboxy-Gruppe an gezählten, Kohlenstoff-Atom einfügen. Aus diesem Grund zählen sowohl ω-3- als auch ω-6-Fettsäuren zu den essenziellen Fettsäuren. Da sie vom menschlichen Körper nicht synthetisiert werden können, müssen sie mit der Nahrung aufgenommen werden. Sie werden vom Körper benötigt, da sie die Ausgangsstoffe für die Synthese von Prostaglandinen und anderen Eicosanoid-Hormonen sind.

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Abb.2
Redox-Schema der Desaturierung gesättigter Fettsäuren

Die Bildung einer Doppelbindung aus einer gesättigten Verbindung ist bezogen auf den Kohlenstoff eine Oxidationsreaktion. Oxidationsmittel ist Sauerstoff, der mit Hilfe von "Wasserstoff" zu Wasser reduziert wird. Der "Wasserstoff" wird der Reaktion getrennt als Protonen (H+) und Elektronen (e) zugeführt. Als Elektronentransportkette fungiert das System Cytochrom b5/Cyt-b5-Reduktase. Rein rechnerisch stammen je zwei Protonen und zwei Elektronen für die Reduktion des beiden Sauerstoff-Atome aus der gesättigten Fettsäure und dem NADPH + H+.

1)ACP: Acyl-Carrier-Protein
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