Zusammenfassung
Die Lipide sind neben den Kohlenhydraten, den Proteinen und den Nukleotiden eine der vier Stoffklassen, die die Bausteine lebender Organismen darstellen.
Während die anderen drei Stoffklassen über ihre chemischen Eigenschaften definiert sind und daher strukturelle Ähnlichkeiten aufweisen, werden die Lipide über eine physikalische Eigenschaft, nämlich über ihre Löslichkeit definiert. Sie sind deshalb, was die chemische Struktur betrifft, eine große und sehr heterogene Gruppe von Molekülen, deren gemeinsames Merkmal ihre schlechte Wasserlöslichkeit ist (sie sind also hydrophob oder apolar). Verantwortlich dafür sind die langen Kohlenwasserstoffketten, die zumeist das Grundgerüst der Moleküle bilden, die zu den Lipiden gezählt werden. Manche Lipide haben zusätzlich zu den apolaren Kohlenwasserstoffketten noch eine polare Kopfgruppe. Diese Moleküle bezeichnet man als amphiphil.
Nach ihrer chemischen Struktur werden die Lipide in Untergruppen eingeteilt: Fettsäuren, Triacylglycerine, Phospholipide, Sphingolipide und Isoprenlipide. Die Fettsäuren und die Triacylglycerine sind wichtige Energieträger des Organismus. Sie werden im Fettgewebe gespeichert und können von dort bei Bedarf mobilisiert werden. Die amphiphilen Phospho- und Sphingolipide sind in der Lage, mit ihren polaren Kopfgruppen eine Grenzstruktur zum Wasser zu bilden. Die dabei entstehende Lipiddoppelschicht ist von herausragender Bedeutung für lebende Organismen, denn sie bildet die Grundform biologischer Membranen, die jede Zelle umgibt. Auch das Isoprenlipid Cholesterin ist ein wichtiger Bestandteil von Membranen und dient des Weiteren als Synthesevorstufe für die Steroidhormone und die Gallensäuren.
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Überblick
Die Lipide sind eine große und heterogene Gruppe, deren gemeinsames Charakteristikum ist, dass sie schlecht in Wasser löslich sind (= hydrophob). Bei den meisten Lipiden sind für diese schlechte Wasserlöslichkeit (man spricht auch von „Apolarität“) lange Kohlenstoffseitenketten verantwortlich. Es gibt jedoch auch Lipide, die zusätzlich zu den apolaren Ketten hydrophile Molekülstrukturen aufweisen. Diese Lipide bezeichnet man als amphiphil, da sie sowohl fett- als auch partiell wasserlöslich sind.
Einteilung der Lipide
- Einteilung nach chemischer Struktur
- Apolar
- Fettsäuren
- Triacylglycerine (TAGs)
- Isoprenlipide (z.B. Terpene und Steroide)
- Amphiphil: Moleküle mit unpolarem fettlöslichen und polarem wasserlöslichen Teil
- Stärke: Steigt jeweils mit der Anzahl und Wertigkeit der wasser- und fettlöslichen Gruppen im Molekül
- Beispiele
- Phospholipide (z.B. Phosphoglyceride)
- Sphingolipide (z.B. Sphingomyelin, viele Glykolipide)
- Apolar
- Einteilung nach Verseifung
- Verseifbare Lipide: Alle Lipide mit einer Esterbindung, an der eine Verseifung stattfinden kann
- TAGs, Phosphoglyceride
- Nicht-verseifbare Lipide: Alle Lipide ohne Esterbindung
- Verseifbare Lipide: Alle Lipide mit einer Esterbindung, an der eine Verseifung stattfinden kann
Verhalten von amphiphilen Lipiden in wässriger Lösung
In wässriger Lösung lagern sich amphiphile Lipide so zusammen, dass die polaren Strukturen eine Grenzfläche zum Wasser bilden und die apolaren Strukturen keinen Kontakt zum Wasser haben.
- Mizelle: Kugelförmiges Assoziat amphiphiler Lipide; die polaren Köpfchen werden nach außen gestreckt und grenzen an das wässrige Medium an, die apolaren Schwänze ragen nach innen und bilden eine eigene Phase
- Liposom: Bläschen, das von einer Lipiddoppelschicht umhüllt wird und eine wässrige Phase einschließt
- Lipiddoppelschicht
Verdauung und Resorption der Lipide
Die mit der Nahrung aufgenommenen Lipide (insb. TAGs, Phospholipide und Cholesterinester) können aufgrund ihrer Apolarität (bzw. Amphiphilität) und Molekülgröße nicht ohne weiteres von den Enterozyten resorbiert werden. Während des Verdauungsprozesses werden sie daher von Lipasen im Magen- und Darmlumen aufgespalten und anschließend in wasserlöslichen Strukturen, den Mizellen, verpackt. Diese Mizellen können dann mit den Membranen der Enterozyten reagieren und die Substanzen zur Resorption freigeben.
Verdauung
- Lipide in der Nahrung
- Quellen: u.a. Milchprodukte, Fleisch, Fisch, Eier, Nüsse, Samen, Pflanzenöle, Avocado
- Vorliegen: Hauptsächlich als Triacylglycerine (TAGs)
- Lipasen: Esterasen, die von TAGs und Cholesterinestern Fettsäuren abspalten Typische Vertreter sind z.B.
- Zungengrundlipase
- Magenlipase
- Bildungsort: Hauptzellen des Magens
- Funktion: Spaltet bereits im Magen etwa 15% der TAGs aus der Nahrung in β-Monoacylglycerin und zwei Fettsäuren
- Pankreaslipase
- Bildungsort: Exokriner Anteil des Pankreas
- Sekretion: Über den Ductus pancreaticus gemeinsam mit den anderen Verdauungsenzymen ins Duodenum
- Funktion: Spaltet die restlichen TAGs (überwiegend mit langkettigen Fettsäuren) hauptsächlich in β-Monoacylglycerin und zwei Fettsäuren
- Hormonsensitive Lipase
- Bildungsort: Hauptsächlich in den Zellen des Fettgewebes
- Funktion: Spaltet die in den Adipozyten gespeicherten Triacylglycerine und Diacylglycerine zu Monoacylglycerinen (Lipolyse)
- Lipoproteinlipase
- Bildungsort und Sekretion: Hauptsächlich in Fettgewebe und Muskulatur
- Vorkommen: Auf der extrazellulären Seite der Zellmembran insb. von Endothelzellen der Blutkapillaren verschiedener Gewebe
- Funktion: Spaltet die im Blut in Lipoproteinen (bspw. in Chylomikronen) gebundenen Triacylglycerine in Fettsäuren und Glycerin und bereitet sie so auf die Aufnahme in die Zellen vor
Exokrine Pankreasinsuffizienz
Eine Pankreasinsuffizienz geht u.a. mit einer verminderten Sekretion der Verdauungsenzyme einher und kann zum Maldigestionssyndrom führen. Dies macht sich durch eine mangelnde Versorgung mit Nährstoffen und sogenannte Fettstühle (Steatorrhö) bemerkbar. Als Ursachen für eine Pankreasinsuffizienz kommen beispielsweise eine Pankreatitis, die Mukoviszidose oder ein Verschluss des Pankreasganges durch einen Tumor infrage.
Resorption
Die Spaltprodukte der Fettverdauung bilden gemeinsam mit den Gallensäuren gemischte Mizellen.
- Aufnahme in die Enterozyten
- Mizellen zerfallen beim Kontakt mit dem Bürstensaum der Enterozyten
- Spaltprodukte der Fettverdauung gelangen per freier Diffusion in die Enterozyten
- Weiterverarbeitung in Enterozyten
Transport der Lipide
In den Körperflüssigkeiten werden die Lipide an Proteine gebunden transportiert, z.B. liegen Triacylglycerine und Cholesterin in Form von Lipoproteinen im Blut vor. Dies gewährleistet zum einen, dass sie an ihrem definierten Zielort ankommen, und zum anderen, dass sie nicht im Blut als Fetttröpfchen ausfallen. Die Lipoproteine bestehen aus einem Kern von hydrophoben Lipiden, der von einer Hülle aus stärker hydrophilen Lipiden und Proteinen (den sog. Apolipoproteinen) umgeben ist. Die Lipoproteine lassen sich in fünf Hauptklassen einteilen, die sich in ihrer Lipid- und Apolipoprotein-Zusammensetzung – und damit in ihrer Dichte – unterscheiden.
Allgemeiner Aufbau der Lipoproteine
- Kern: Hydrophobe Lipide
- Hülle: Hydrophilere Lipidanteile und hydrophile Proteine, sog. Apolipoproteine
- Funktion: Halten die hydrophoben Lipide in Lösung und enthalten Signale, die den Transport zu bestimmten Zellen regulieren
- Besonderheit: Einige Apolipoproteine können zwischen den verschiedenen Lipoproteinen ausgetauscht werden, z.B. wird ApoC und ApoE von HDL auf VLDL übertragen
Übersicht der Lipoproteine
Lipoproteinklasse | Durchmesser (nm) | Wichtige enthaltene Apolipoproteine | Zusammensetzung (in %) | ||||
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TAG | Freies Cholesterin | Cholesterinester | Phospholipid | Apolipoprotein | |||
Chylomikronen |
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VLDL (Very Low Density Lipoproteins) |
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IDL (Intermediate Density Lipoproteins) |
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LDL (Low Density Lipoproteins) |
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HDL (High Density Lipoproteins) |
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Das Lipid-Protein-Verhältnis ist in Chylomikronen am höchsten!
Der TAG-Gehalt der Lipoproteine steigt in der Reihenfolge HDL < LDL < IDL < VLDL < Chylomikronen!
Die Fettsäuren im Blut werden nicht in Form von Lipoproteinen, sondern an Albumin gebunden transportiert!
Funktion, Biogenese und Abbau der Lipoproteine
Chylomikronen
Chylomikronen sind sehr TAG-reiche Lipoproteine, die in den Mukosazellen des Darms synthetisiert und größtenteils von den membranständigen Lipoproteinlipasen der Endothelzellen des extrahepatischen Gewebes abgebaut werden.
- Funktion: Chylomikronen transportieren die mit der Nahrung aufgenommenen TAGs von den Mukosazellen des Duodenums über die Lymphe in den Blutkreislauf
- Biogenese
- Resynthese der während der Verdauung gespaltenen TAGs in den Mukosazellen
- Transport der TAGs zum rauen ER
- Kotranslationale Assoziation mit den spezifischen Apolipoproteinen
- Transport zum Golgi-Apparat, Verpackung in Sekretgranula
- Abgabe an den extrazellulären Raum mittels Exozytose
- Eintritt in kleine Lymphbahnen und Transport über den Ductus thoracicus in den Blutkreislauf
- Abbau
- Austausch von Apolipoproteinen mit HDL im Blut; Chylomikronen erhalten ApoC und -E
- Abbau der enthaltenen TAGs durch die Lipoproteinlipase auf den Kapillarendothelien von extrahepatischem Gewebe, insb. Herz- und Skelettmuskulatur, Fettgewebe
- Aufnahme der freigesetzten Fettsäuren durch Gewebe
- Überbleibsel („Remnants“): Abbau in der Leber
ApoC-II ist Cofaktor der Lipoproteinlipase!
VLDL (Very Low Density Lipoprotein)
VLDLs sind ebenfalls sehr TAG-reiche Lipoproteine. Sie werden in der Leber synthetisiert und genau wie die Chylomikronen von den Lipoproteinlipasen abgebaut.
- Funktion: VLDL-Partikel transportieren endogen gebildete TAGs sowie Cholesterin von der Leber in die extrahepatischen Gewebe
- Biogenese
- Synthese der TAGs im glatten ER der Hepatozyten
- Transport zum rauen ER
- Kotranslationale Assoziation mit den spezifischen Apolipoproteinen
- Verpackung in Sekretgranula und Exozytose
- Abbau
- Anreicherung mit ApoC und ApoE durch Apolipoproteinaustausch mit HDL im Blut
- Abbau der enthaltenen TAGs durch die Lipoproteinlipase
- Umwandlung in IDL („VLDL-Remnants“) und Aufnahme in die Leberzellen oder weitere Umsetzung zu LDL
LDL (Low Density Lipoprotein)
LDLs sind die cholesterinreichsten Lipoproteine. Sie enthalten Apolipoprotein B-100 als charakteristisches Protein, d.h. dessen Anteil ist im Verhältnis wesentlich höher als bei VLDL und IDL. Für die klinische Bedeutung siehe auch: Parameter des Fettstoffwechsels.
- Funktion: LDL-Partikel transportieren v.a. Cholesterin und Cholesterinester von der Leber zu den extrahepatischen Geweben, wo diese u.a. als Membranbausteine und als Ausgangsstoff für Biosynthesen dienen
- Biogenese: Bildung in der Leber aus IDL und Abgabe ins Blut
- Abbau
- Bindung an den LDL-Rezeptor der extrahepatischen Gewebe (Ligand für den LDL-Rezeptor ist ApoB-100)
- Aufnahme des LDL/LDL-Rezeptor-Komplexes mittels Endozytose
- Fusion der Endosomen mit Lysosomen
- Spaltung der Apolipoproteine durch saure Proteasen, Spaltung der Cholesterinester durch saure Lipasen, LDL-Rezeptor wird recycelt
- Freies Cholesterin verlässt das Lysosom und beeinflusst am glatten ER zwei Enzyme
- Aktiviert die Acyl-CoA-Cholesterin-Acyltransferase (ACAT) und damit die Veresterung und Speicherung des Cholesterins
- Hemmt die HMG-CoA-Reduktase und damit die Cholesterinbiosynthese
HDL (High Density Lipoprotein)
HDLs, die Lipoproteine mit der höchsten Dichte, kommen in mindestens drei Unterformen vor. Für die klinische Bedeutung siehe auch: Parameter des Fettstoffwechsels.
- Funktion: HDL-Partikel transportieren Cholesterin und Cholesterinester von den extrahepatischen Geweben zur Leber, wo sie ausgeschieden werden
- Biogenese
-
HDL-Vorstufen (diskoidale HDL)
- Werden ausgehend von in der Leber und im Dünndarm synthetisiertem ApoA-I gebildet, an das sich u.a. Phospholipide und Cholesterin anlagern
-
Binden das von der Leber synthetisierte Enzym Lecithin-Cholesterin-Acyltransferase (LCAT)
- Von LCAT katalysierte Reaktion: Cholesterin + Phosphatidylcholin ⇄ Cholesterinester + Lysophosphatidylcholin
- Aktivierung der LCAT: Durch das in HDL enthaltene ApoA-I
- Die Cholesterinester werden ins Innere der HDL geschleust, die Oberfläche wird frei für die Bindung weiteren Cholesterins
- HDL1, HDL2, HDL3: Entstehen mit steigendem Cholesteringehalt, der durch die LCAT-Aktivität bedingt ist
-
HDL-Vorstufen (diskoidale HDL)
- Abbau: Über Scavenger-Rezeptor (SR-B1-Rezeptor) auf Hepatozyten und Steroidhormon-produzierenden Zellen
- Bindet HDL3, Aufnahme mittels Endozytose
- In der Leber: Oxidation des enthaltenen Cholesterins zu Gallensäuren oder direkte Ausscheidung mit der Galle
Pathogenese der Atherosklerose
Der Scavenger-Rezeptor sitzt hauptsächlich auf Hepatozyten, kommt aber auch auf Makrophagen vor. Er hat die größte Affinität zu cholesterinreichem HDL (HDL3), kann jedoch auch oxidativ verändertes LDL aufnehmen. Dies spielt eine besondere Rolle bei der Entstehung der Atherosklerose: Durch Schäden in der Gefäßwand treten Plasmabestandteile in die Gefäßwand ein. LDL kann dabei durch Interaktion mit Gefäßzellen, glatten Muskelzellen und Makrophagen oxidiert werden. Dieses oxidierte LDL wird nun über den Scavenger-Rezeptor der Makrophagen aufgenommen. Da der Scavenger-Rezeptor-Weg im Unterschied zum LDL-Rezeptor-Weg keiner Regulation unterliegt, gelangt oxidiertes LDL unkontrolliert in die Makrophagen. Der steigende Cholesteringehalt des Makrophagen macht sich durch die Ablagerung von Cholesteroltröpfchen bemerkbar, die sich im Mikroskop „schaumig“ darstellen. Die Makrophagen werden daher auch „Schaumzellen“ (engl. „foam cells“) genannt. Diese Schaumzellen gehen dann bei weiter steigendem Cholesteringehalt apoptotisch zugrunde, ihr Inhalt entleert sich ins subendotheliale Gewebe und bildet die Grundlage für eine atherosklerotische Plaque.
Dyslipidämien
Normalerweise liegen die Lipoproteine im Blut in einem bestimmten Verhältnis zueinander vor. Verschiebt sich diese Zusammensetzung, so spricht man von einer Fettstoffwechselstörung (Dyslipidämie). Die Hypolipoproteinämie – also die Verminderung einer bestimmten Lipoproteinklasse – ist sehr selten und beruht meist auf einem genetischen Defekt. Viel häufiger ist die Hyperlipoproteinämie, bei der es zu einer Erhöhung der Konzentration bestimmter Lipoproteine (hauptsächlich LDL und VLDL) und damit zu einer relativen Senkung der Konzentration anderer Lipoproteine (hauptsächlich HDL) kommt. Die Hyperlipoproteinämie kann ebenfalls genetisch bedingt sein (primäre Hyperlipoproteinämie wie z.B. die durch einen Defekt des LDL-Rezeptors bedingte familiäre Hypercholesterinämie), viel häufiger ist jedoch die sekundäre Hyperlipoproteinämie als Folge einer Grunderkrankung (z.B. Diabetes mellitus, Alkoholismus) oder von Diätfehlern (Adipositas). Hyperlipoproteinämien erhöhen das Risiko für Gefäßerkrankungen (wie z.B. Atherosklerose, koronare Herzkrankheit sowie periphere arterielle Verschlusskrankheit) und stellen somit ein schweres Gesundheitsrisiko dar. Neben den Hyperlipoproteinämien gibt es noch die reine Erhöhung der TAGs (Hypertriglyzeridämie) und des Cholesterins (Hypercholesterinämie), die ähnliche gesundheitliche Konsequenzen haben.
Stoffwechsel der Lipide im Überblick
Genau wie die Struktur der einzelnen Lipidklassen, ist auch ihre Verstoffwechslung sehr unterschiedlich. Folgende Abschnitte geben einen Überblick über die wichtigsten Stoffwechselwege:
- Stoffwechsel der Fettsäuren und Triacylglycerine
- Stoffwechsel des Cholesterins
- Stoffwechsel der Ketonkörper
- Stoffwechsel der Phospholipide
Stoffwechsel der Ketonkörper
Als Ketonkörper werden die drei Substanzen Acetacetat, Aceton und β-Hydroxybutyrat bezeichnet. In kataboler Stoffwechsellage dient vor allem β-Hydroxybutyrat dem Gehirn sowie der Skelett- und Herzmuskulatur als alternativer Energieträger.
Synthese der Ketonkörper
Ketonkörper werden gebildet, wenn Acetyl-CoA im Überfluss vorliegt, aber nicht im Citratzyklus weiterverarbeitet werden kann. Dies ist zum Beispiel bei Nahrungskarenz oder kohlenhydratarmer Ernährung der Fall. Dann nämlich entsteht durch vermehrten Fettsäureabbau viel Acetyl-CoA, der Citratzyklus wird jedoch gehemmt, weil das Zwischenprodukt Oxalacetat für die Gluconeogenese benötigt wird.
Die Ketonkörpersynthese findet ausschließlich in den Mitochondrien der Hepatozyten statt! Anschließend werden die Ketonkörper an das Blut abgegeben und zu ihren Zielorganen (hauptsächlich Gehirn und Muskulatur) transportiert!
Synthese von Acetacetat und β-Hydroxybutyrat | ||||
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Reaktion | Substrat | Enzym | Produkt | Besonderheiten |
1. Verbindung zweier Moleküle Acetyl-CoA |
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2. Anfügen eines weiteren Moleküls Acetyl-CoA |
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3. Spaltung von HMG-CoA |
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4. Reduktion von Acetacetat |
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Acetyl-CoA → Acetacetyl-CoA → HMG-CoA → Acetacetat → β-Hydroxybutyrat!
Aceton entsteht durch spontane Decarboxylierung aus Acetacetat. Der Organismus hat für Aceton keine Verwendung, sodass es mit der Atemluft ausgeschieden wird!
Diabetische Ketoazidose
Beim Diabetes mellitus (vorwiegend beim Typ 1) wird dem Organismus durch das fehlende Insulin eine Nahrungskarenz vorgespielt (weil die Glucose nicht in den Zellen ankommt, obwohl sie in ausreichender Menge im Blut vorliegt), auf die er unter anderem mit der übermäßigen Synthese von Ketonkörpern reagiert. Folge kann die gefürchtete diabetische Ketoazidose sein, bei der die „sauren“ Ketonkörper im Organismus akkumulieren und durch das azidotische Milieu wesentliche Organfunktionen zunehmend beeinträchtigt werden, bis hin zum Koma. Ein Zeichen dafür ist ein süßlicher Geruch der Ausatemluft (riecht wie Nagellackentferner), der durch die hohe Konzentration von Aceton bedingt ist.
Verwertung der Ketonkörper
Die Leber kann die Ketonkörper selbst nicht verwerten und gibt sie deshalb in Form von β-Hydroxybutyrat an das Blut ab. Mit Ausnahme der Erythrozyten sind alle anderen Organe und Gewebe zur Ketonkörperverwertung fähig. Die Reaktionen des Ketonkörperabbaus finden in der mitochondrialen Matrix statt.
Reaktion | Substrat | Enzym | Produkt | Besonderheiten |
---|---|---|---|---|
Oxidation von β-Hydroxybutyrat |
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Aktivierung von Acetacetat |
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Thiolyse |
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Stoffwechsel der Phospholipide
Phospholipide sind eine große Gruppe amphiphiler Moleküle. Mit ihrem polaren „Köpfchen“ und apolaren „Schwänzchen“ können sie Lipiddoppelschichten bilden und sind damit die wichtigsten Membranbestandteile des Organismus. Außerdem sind sie Vorstufen wichtiger Signalmoleküle. Man unterscheidet anhand ihrer chemischen Grundstruktur zwei Gruppen von Phospholipiden: Die Phosphoglyceride (Glycerophospholipide), die sich von Glycerin ableiten, sowie die Sphingolipide mit Sphingosin als Grundgerüst.
Phosphoglyceride
Chemische Struktur von Phosphoglyceriden
- Aufbau: Phosphoglyceride haben als gemeinsames Grundgerüst Glycerin, das an C1 und C2 mit je einer Fettsäure und an C3 mit einer Phosphatgruppe verestert ist, die einen alkoholischen Rest trägt
- Phosphatidylcholine (Lecithine): Glycerin + zwei Fettsäuren + Phosphat + Cholin
- Phosphatidylethanolamine (Kephaline): Glycerin + zwei Fettsäuren + Phosphat + Ethanolamin
- Phosphatidylserine: Glycerin + zwei Fettsäuren + Phosphat + Serin
- Phosphatidylinositole: Glycerin + zwei Fettsäuren + Phosphat + Inositol
Abbau und Resorption von Phosphoglyceriden
Phosphoglyceride können von in den Gastrointestinaltrakt sezernierten extrazellulären Phospholipasen abgebaut werden. Zusätzlich finden sich intrazelluläre Phospholipasen, die Membranbestandteile abbauen und z.T. an der Signaltransduktion beteiligt sind.
- Enzyme zum Abbau von Phosphoglyceriden: Phospholipasen
- Phospholipase A
- Unterteilung in Phospholipase A1 und A2
- Reaktion: Katalysieren die hydrolytische Spaltung der Esterbindung zwischen dem C1-Atom (Phospholipase A1) bzw. C2-Atom (Phospholipase A2) in Glycerin und der Fettsäure in glycerinhaltigen Phospholipiden
- Produkt: Eine freie Fettsäure und ein entsprechendes Lysophospholipid
- Phospholipase B (oft auch als Lysophospholipase bezeichnet): Katalysiert die hydrolytische Spaltung der Esterbindung zwischen einer Fettsäure und dem C1- oder C2-Atom des Glycerinrests in Lysophospholipiden, z.B. in Lysolecithin
- Phospholipase C : Katalysiert die hydrolytische Spaltung der Phosphosäurediesterbindung zwischen Phosphatgruppe und Glycerin
- Phospholipase D: Katalysiert die hydrolytische Spaltung der Phosphosäurediesterbindung zwischen der Phosphatgruppe und dem alkoholischen Rest (Cholin, Ethanolamin, Serin, Inositol)
- Phospholipase A
- Verdauung von Phosphoglyceriden aus der Nahrung
- Abbau: Insbesondere durch Phospholipase A2
- Resorption
- Fettsäuren: Nach Mizellenbildung mittels freier Diffusion
- Glycerin: Mittels freier Diffusion
- Alle anderen: Über entsprechende Carrierproteine
- Weiterverarbeitung: Resynthese zu Phosphoglyceriden in den Enterozyten
Synthese von Phosphoglyceriden
Phosphoglyceride können zum einen de novo aus Glycerin, Fettsäuren, Phosphat und dem jeweiligen Rest synthetisiert werden. Sie können aber auch recht unkompliziert ineinander überführt werden. Generell unterliegen sie einem raschen Umsatz, der die Dynamik der Zellmembranstrukturen widerspiegelt. Die Synthese erfolgt am glatten ER.
- De-novo-Synthese
- Der erste Schritt entspricht dem ersten Schritt der TAG-Synthese: Aus Glycerin-3-Phosphat und zwei Fettsäuren entsteht Phosphatidat (Diacylglycerin-3-Phosphat)
- Für den nächsten Schritt (Veresterung von Phosphatidat mit einem der Alkohole) muss einer der beiden Reaktionspartner mittels CDP (Cytidindiphosphat) aktiviert werden
- Phosphatidylcholin/Phosphatidylethanolamin: Die Alkohole werden zu CDP-Cholin und CDP-Ethanolamin aktiviert
- Phosphatidylinositol/Phosphatidylserin: Die Phosphatidsäure wird zu CDP-Diacylglycerin aktiviert
- Anschließend: Zusammenführung der Reaktionspartner unter Abspaltung von CMP (Cytidinmonophosphat)
- Synthese aus bestehenden Phosphoglyceriden
- Phosphatidylcholin: Wird durch schrittweise dreifache Methylierung aus Phosphatidylethanolamin gebildet
- Phosphatidylserin: Wird durch enzymatischen Austausch des Ethanolamins zu Serin aus Phosphatidylethanolamin gebildet
- Phosphatidylethanolamin: Wird u.a. durch Vitamin-B6-abhängige Decarboxylierung aus Phosphatidylserin gebildet
Phosphoglyceride und Signalmoleküle
Phosphoglyceride sind die wichtigsten Bestandteile biologischer Membranen. Sie erfüllen jedoch zusätzlich wichtige Funktionen im Bereich der Signaltransduktion (Umsetzung extrazellulärer Signale in intrazelluläre Stoffwechselprozesse). Die folgenden Signalmoleküle werden durch Phospholipasen aus membranösen Phosphoglyceriden abgespalten.
- Inositoltrisphosphat (IP3): Bewirkt einen Anstieg der intrazellulären Calciumkonzentration
- Ausgangssubstanz: Phosphatidylinositole (Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat)
- Diacylglycerin (DAG): Aktiviert die Proteinkinase C
- Ausgangssubstanz: Phosphatidylinositole (Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat)
- Arachidonsäure: Stellt den Ausgangspunkt für die Synthese der Eicosanoide dar
- Ausgangssubstanz: Bevorzugt Phosphatidylethanolamine
Surfactant
Phosphatidylcholin ist wichtiger Bestandteil des Surfactants, einer Substanz, die die Oberflächenspannung der Lungenalveolarflüssigkeit herabsetzt. Ist nicht genug Phosphatidylcholin vorhanden, bspw. durch eine Störung im Syntheseweg, so kommt es zu einem Surfactant-Mangel, der die gleichmäßige Entfaltung der Lunge nach der Geburt verhindert. Diese Störung ist eine mögliche Ursache des infantilen Atemnotsyndrom des Neugeborenen und kann durch die Gabe von synthetisch gewonnenem Surfactant therapiert werden.
Sphingolipide
Sphingolipide machen in etwa 10–20% der Membranlipide aus. Sie haben einen Einfluss auf die Fluidität von Membranen und dienen als Synthesevorstufen für second messenger.
Chemische Struktur von Sphingolipiden
Die Sphingolipide ähneln in ihrem Aufbau den Phosphoglyceriden, jedoch ist bei ihnen das Glycerin durch den zweifachen Aminoalkohol Sphingosin ersetzt.
- Ceramid: Sphingosin + eine Fettsäure
- Sphingomyeline: Ceramid + Phosphorylcholinrest
- Cerebroside: Ceramid, glykosidisch verbunden mit Galactose
- Sulfatide: Cerebrosid + Schwefelsäure
- Ganglioside: Ceramid + verzweigte Oligosaccharidkette
Die Grundstruktur aller Sphingolipide ist das Ceramid, in dem Sphingosin über eine Amidbindung mit einer Fettsäure verknüpft ist!
Abbau von Sphingolipiden
Sphingolipide werden durch lysosomale Hydrolasen abgebaut.
- Sphingomyeline: Abbau durch Sphingomyelinasen zu Ceramid, indem der Phosphorylcholinrest abgespalten wird
Synthese von Sphingolipiden
Sphingolipide werden am glatten ER und im Golgi-Apparat synthetisiert. Dabei wird zunächst das gemeinsame Zwischenprodukt Ceramid gebildet, welches der Ausgangspunkt für die Biosynthese aller weiteren Sphingolipide ist.
Wiederholungsfragen zum Kapitel Lipide
Verdauung und Resorption der Lipide
In welchen Zellen wird die hormonsensitive Lipase gebildet und welche Reaktion katalysiert sie?
Transport der Lipide
Nenne die Lipoproteine in der Reihenfolge ihres prozentualen TAG-Gehalts! Welches Lipoprotein hat den höchsten Cholesterin-Gehalt?
Welches Lipoprotein weist das höchste Lipid-Protein-Verhältnis auf?
Wie werden freie Fettsäuren im Blut transportiert?
Beschreibe die Funktion der Lipoproteinlipase! Durch welches Apolipoprotein wird sie typischerweise aktiviert?
Welches Apolipoprotein tragen LDLs charakteristischerweise und was ist seine Funktion?
Wie entstehen aus Very Low Density Lipoproteins (VLDLs) Intermediate Density Lipoproteins (IDLs)?
Welche Funktion hat die Lecithin-Cholesterol-Acyltransferase (LCAT) und wie wird sie aktiviert?
Stoffwechsel der Ketonkörper
Nenne die drei Ketonkörper, ihren Bildungsort und ihre gemeinsame Ausgangssubstanz!
Wann kommt es typischerweise zu einer erhöhten Synthese von Ketonkörpern? Welche Funktion haben sie?
Beschreibe die Reaktionsschritte der Synthese von Acetacetat und β-Hydroxybutyrat unter Nennung der mitwirkenden Enzyme!
Wie entsteht Aceton und was geschieht anschließend damit im Körper?
Welche Organe bzw. Gewebe können Ketonkörper verwerten? Welches Organ ist bei einem Glucosemangel sogar besonders stark auf Ketonkörper angewiesen?
Beschreibe, wie β-Hydroxybutyrat wieder in den Stoffwechsel eingeschleust werden kann!
Stoffwechsel der Phospholipide
Beschreibe das gemeinsame Grundgerüst aller Phospholipide sowie speziell den Aufbau von Lecithin!
Welche Funktion hat Cytidindiphosphat (CDP) in der De-Novo-Synthese von Phospholipiden?
Die verschiedenen Phospholipide können entweder de-novo synthetisiert oder auch ineinander überführt werden. Wie kann bspw. Phosphatidylserin in Phosphatidylethanolamin umgewandelt werden und welcher Cofaktor wird dafür benötigt?
Stoffwechsel der Sphingolipide
Beschreibe den gemeinsamen Grundaufbau der Sphingolipide! Wo werden sie synthetisiert?
Was sind Cerebroside, Sulfatide und Ganglioside?
Woraus bestehen Sphingomyeline?
Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.
Meditricks
In Kooperation mit Meditricks bieten wir durchdachte Merkhilfen an, mit denen du dir relevante Fakten optimal einprägen kannst. Dabei handelt es sich um animierte Videos und Erkundungsbilder, die auf AMBOSS abgestimmt oder ergänzend sind. Die Inhalte liegen meist in Lang- und Kurzfassung vor, enthalten Basis- sowie Expertenwissen und teilweise auch ein Quiz sowie eine Kurzwiederholung. Eine Übersicht aller Inhalte findest du im Kapitel „Meditricks“. Meditricks gibt es in unterschiedlichen Paketen – für genauere Informationen empfehlen wir einen Besuch im Shop.
Fetttransport und Dyslipidämien
Fetttransport und Dyslipidämien – Teil 1
Fetttransport und Dyslipidämien – Teil 2
Ketonkörper-Stoffwechsel
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