EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-8: Chemische Grundlagen des Lebens Fettsäuresynthese 303 303 Die Synthese von Fettsäuren Die Fettsynthese ist nicht einfach die Umkehrung der β -Oxidation. Der letzte Schritt der β -Oxidation kann mangels Enzymen nicht direkt rückgängig ge- macht werden. Das AcCoA wird mit Biotin carboxyliert zu Malonyl-CoA (die Reaktion ist ähnlich der besprochenen Carboxylierung von Pyruvat). Die Reak- tion „kostet“ ein ATP. Dieser Vorgang ist für jedes AcCoA-Molekül notwendig. Die Fettsäuresynthese läuft an einem Enzym mit zwei –SH-Gruppen ab, die als Bindungsstellen fungieren. An die Bindungsstelle (I) bindet ein AcCoA unter Verlust der CoA Gruppe. An die Bindungsstelle (II) bindet der Malonyl-CoA-Rest, ebenfalls unter Abgabe des CoA. Im nächsten Schritt bindet die Acetylgruppe an die Malonylgruppe, wobei diese ein CO 2 abgibt. Die Bindungsstelle (I) ist nun freigeworden. Die entstandene C 4 -Verbindung wird nun in Umkehrung der β -Oxidation in 3 Schritten mit zwei NADPH . H + reduziert, bleibt aber am Enzym gebunden. Schritt (1) Reduktion der Ketogruppe zur Hydroxygruppe, Schritt (2) Wasser- abspaltung, es entsteht eine Doppelbindung. Schritt (3) Reduktion der Dop- pelbindung zur Einfachbindung. Nun enthält das Enzym eine Butyrylgruppe gebunden. Der Butyrylrest wechselt nun an die freie Bindungsstelle (I) des Enzyms (an der ursprünglich der Acetylrest gebunden war). An die Bindungsstelle (II) bindet erneut ein Malonyl-CoA, der Vorgang läuft erneut ab und wiederholt sich bis ein Palmitatrest entstanden ist. Dieser wird als Palmitat vom Enzym abgege- ben. Dieser Aufbauweg ist der Grund, dass biologisch fast ausschließlich Fettsäuren mit gerader Kohlenstoffzahl und unverzweigten Ketten vorkommen. Benötigt die Zelle Fettsäuren mit längeren Ketten, so sind dazu eigene Enzyme erfor- derlich, die diese Ketten ausgehend von Palmitat herstellen (auch über Malo- nyl-CoA). Doppelbindungen zur Synthese ungesättigter Fettsäuren werden mit speziellen Enzymen und Luftsauerstoff als Reaktionspartner eingeführt. Säu- getieren fehlen die Enzyme, die Doppelbindungen hinter dem 10. Kohlenstoff- Atom der Fettsäurekette einführen. Daher müssen solche Fettsäuren als es- senzielle Fettsäuren mit der Nahrung zugeführt werden (siehe Kap 9.2. S. 241). Der Enzymkomplex der Fettsäuresynthese hat noch eine zweite wichtige Funk- tion, er blockiert den ersten Schritt der β -Oxidation, den Transport von aktivier- ten Fettsäuren in das Mitochondrium. Damit wird verhindert, dass im Cytosol Fettsäuren aufgebaut und im Mitochondrium wieder abgebaut werden, was ja Energieverschwendung wäre. Nahrungsfett wird bei Nahrungsüberschuss direkt als Fett gespeichert. Das AcCoA für die Fettsynthese stammt also fast ausschließlich aus der Glycolyse. Wer also zu viel Zucker isst, baut Fett auf, und zwar solche mit hauptsächlich Palmitinsäure einer „verpönten” gesättig- ten Fettsäure. Eine AcCoA-Quelle, die nicht aus der Glycolyse stammt, ist der Alkohol (Etha- nol). Er wird in der Leber zu Acetaldehyd oxidiert und dann zu AcCoA weiter- oxidiert, kann also auch als Nahrungsmittel betrachtet werden. Er regt in der Leber daher sehr stark die Fettsynthese an, was bei regelmäßigem übermäßi- gem Konsum zur Fettleber führt (siehe Seite 298). Das Glycerol für die Fettsynthese kann aus dem Glyceron-3-Phosphat aus der Glycolyse durch Reduktion mit NADH . H + gewonnen werden. Der Prozess der Fettsynthese ist ziemlich energieaufwendig. Für jedes ver- knüpfte AcCoA wird ein ATP benötigt, auch zur Herstellung von NADPH . H + benötigt man in Summe ein ATP, wenn es nicht aus dem Pentosephosphatweg stammt. Bei Nahrungsüberschuss steht allerdings ATP reichlich zur Verfügung, sowohl aus der Glycolyse, als auch aus dem Citratcyclus. Daher steht einer er- folgreichen Fettsynthese nichts im Weg, was man ja aus der Alltagserfahrung kennt. Abb. 303–2: Fettsäuresynthese β -Oxidation Glycolyse Citratcyclus Pyruvat AcCoA ATMUNGSKETTE NADH . H + NADH . H + NADH . H + Mitochondrium Cytosol Oxal- acetat NAD + Malat Malat NAD + Oxal- acetat Aspartat Aspartat Glutamat α -Ketoglutarat Glutamat α -Ketoglutarat Abb. 303–1: Die Reaktionen, die ablaufen müssen, damit das NADH . H + aus der Glycolyse zur Atmungskette gelangen kann (Malat-Shuttle) CoA C S O C H 2 H OO C C S O CH 3 CoA CO 2 ATP ADP C S O C H 2 H OO C C S O C H 2 R C H 2 R O C S O C H 2 C S H H S C S O C H 2 R C H 2 R C S O C H C S H H C H 2 R O H C S O C H 2 C S H H C H 2 R C S O C H 2 C S H H 2 S S H C H 2 R C O C H 2 C H 2 CO 2 NADPH . H + NADP + H 2 O NADPH . H + NADP + Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv