Lipide Stoffchemie, Eigenschaften

Lernziele

• Die Studierenden sollen wichtige Lipidarten und deren Eigenschaften kennen.
• Die Studierenden sollen wissen, in welchen Nahrungsmitteln diese vorkommen.
• Die Studierenden sollen die Funktionen von Lipiden im Körper beschreiben können.
• Die Studierenden sollen wissen, welche Lipide im Rahmen einer gesunden Ernährung empfohlen werden.

Was ist charakteristisch für Lipide?

• Lipide sind schlecht bis gar nicht wasserlöslich.
• Das führt in wässriger Umgebung zur Bildung von Fett-Tropfen oder Micellen aufgrund hydrophober Wechselwirkungen.
• Für den Transport dieser Verbindungen im Blut und intrazellulär sind spezifische Transportmechanismen notwendig.
• Eine gleichmässige Verteilung in wässrigen Lösungen erfordert Emulgatoren.

Micelle, Liposom, Lipiddoppelschicht

• Micelle: Spontane Zusammenlagerung amphiphiler Moleküle in Wasser.
• Liposom: Zusammenlagerung von zwei Schichten amphiphiler Moleküle mit Hohlraumbildung.

Grundbausteine der Lipide

• Fettsäuren
• Glycerol
• Sphingosin (2-wertiger Aminoalkohol mit einfacher, ungesättigter Alkylkette)
• Sphingolipide (v.a. im Nervengewebe, Signalübertragung)
• Isopren (Grundgerüst, das verlängert werden kann)

Fettsäuren – Einteilung nach Kettenlänge

• Kurzkettige, mittelkettige, langkettige und sehr langkettige Fettsäuren.
• Gesättigt, einfach ungesättigt, mehrfach ungesättigt (Sättigungsgrad)
• Stellung der Doppelbindung(en) (cis- oder trans)
• Positionierung der ersten Doppelbindung vom ω-Ende her (z.B. ω-9, ω-6, ω-3)

Δ-Nomenklatur der ungesättigten Fettsäuren (Beispiele)

• Ölsäure (cis-Δ9-Ölsäure)
• Linolsäure (cis-Δ9,12-Linolsäure)
• α-Linolensäure (cis-Δ9,12,15-Linolensäure)
• Arachidonsäure (cis-Δ5,8,11,14-Arachidonsäure)

Δ- bzw. ω-Nomenklatur der ungesättigten Fettsäuren

• Tabelle mit Beispielen (Name, Anzahl C-Atome, Anzahl Doppelbindungen, Δ- und ω-Nomenklatur).
• Menschliche Desaturasen können Doppelbindungen nur zwischen C1 und C9 aufbauen.

Schmelzpunkte von in der Natur vorkommenden Fettsäuren (Auswahl)

• Tabelle mit verschiedenen Fettsäuren (Struktur, systematischer Name, gebräuchlicher Name, Schmelzpunkt)

Cis- und trans-Doppelbindungen in Fettsäuren und deren Konsequenzen im Stoffwechsel

• Ölsäure (cis-Doppelbindung), Schmelzpunkt 13,4°C, Verhalten in Lipiden: Erniedrigung des Schmelzpunkts
• Elaidinsäure (trans-Doppelbindung), Schmelzpunkt 43,7°C, Verhalten in Lipiden: ähnlich wie Laurinsäure

Entstehung von trans-Fettsäuren

• Biologisch (durch Bakterien)
• Verfahrenstechnisch (Hydrierung, Erhitzung von Ölen)

Fettsäurenmuster verschiedener Fette und Öle

• Grafik zeigt die Zusammensetzung verschiedener Fette/Öle in Bezug auf gesättigte, einfach und mehrfach ungesättigte Fettsäuren.

Die wichtigsten Triglyceride in einigen Nahrungsfetten

• Tabelle mit verschiedenen Fettarten, wichtigen Triglyceriden, Schmelzpunkt, und Kristallisationspunkt. (Legende erklärt die Fettsäuren in der Tabelle)

Wie schützt man Lipide vor Oxidation?

• Oxidationsreaktionen durch Licht, Wärme und Sauerstoff
• Anzahl Doppelbindungen erhöht die Oxidationsgefahr.
• Entstehen reaktive Verbindungen (Radikale), die weitere Lipide und Proteine schädigen.

Vitamin E (Tocopherole) schützt Lipide vor Oxidation

• Vorkommen in Membranen und Lipoproteinen, ebenfalls in Triacylglycerin-Speichern.
• Vitamin E unterbricht Radikal-Kettenreaktionen und wird selbst zu einem schwachen Radikal umgewandelt.
• Regeneration durch andere wasserlösliche Antioxidantien, z.B. Vitamin C.

Die Oxidations-Stabilität von Distelöl/Sonnenblumenölen

• Diagramme zeigen die Veränderung des POZ-Wertes (Oxidationsmaß) über die Zeit für unterschiedliche Distelöl- und Sonnenblumenöl-Proben (Raffinate, kaltgepresst).

Der Aufbau von Zellmembranen

• Diagramme zeigen die Lipid-Doppelschicht mit eingelagertem Cholesterol. Phospholipide, Cholesterol etc. enthalten.

Phospholipide

• Lipide, bestehend aus Glycerol, 2 Fettsäuren, Phosphatrest und weitere Reste (verschieden).
• Nicht essenziell, bilden Lipiddoppelmembranen von Zellen.
• Beispiele: Lecithin (Phosphatidylcholin)

Weitere Glycerophosphatide

• Phosphatidylserin
• Phosphatidylethanolamin
• Phosphatidylinositol

Phospholipide in der Gallenflüssigkeit

• Diens als Emulgatoren für Gallensäuren und Cholesterin
• Bei Mangel fällt gelöstes Cholesterin aus und führt zu Cholesterin-Gallensteinen.

Sphingolipide

• Bestehen aus Sphingosin, Acylrest und weiterem Rest.
• Wichtige Verbindung: Sphingomyelin in Nervenzell-Myelinscheiden.
• Carboxylrest in Säureamidbindung, Phosphat + Cholin.
• Sphingolipide, Glyco-Sphingolipide: Cerebroside, Ganglioside, Sulfatide

Ganglioside in der äusseren Lipidschicht von Nervenzellen

• Detaillierte Beschreibung der Lage von Gangliosiden in der Zellmembran von Nervenzellen

Isoprenoide (Terpene)

• Isopren als Grundbaustein
• Terpene = mehrere Isoprene aneinandergehängt
• Beispiele sind Retinol (Vitamin A), Tocopherol (Vitamin E) und Vitamin K.

Steroide

• Derivate des Cholesterols
• Cholesterol: Vorkommen in Zytosol als Lipidtröpfchen, Transport in Lipoproteinen, Bestandteil von Zellmembranen.
• Steroidhormone: Übersicht über übergeordnete Stoffwechselregulatoren.
• Gallensäuren: Emulgierung von Fetten, einziges Cholesterol-Ausscheidungsmedium.

Steran (Grundgerüst) und Cholesterol

• Diagramme zeigen den Aufbau des Sterans-Grundgerüsts und von Cholesterin.

Einbau des Cholesterols in die Zellmembran

• Illustration der Einfügung/Integration von Cholesterin in die Zellmembran, mit den hydrophilen und lipopbilen Regionen.

Essenzielle Fettsäuren und Eicosanoide

• Bedeutung der Art und Menge der mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFAs) in Membranlipiden, für Membranfluidität, Zellfunktion, Genregulation und hormonelle Funktion.

Entstehung langkettiger PUFAs und Eicosanoide aus Fettsäuren der ω-6 resp. ω-3-Reihe

• Schematische Darstellung der Synthesewege für langkettige PUFAs und Eicosanoide aus ω-6 und ω-3 Fettsäuren.
• Wichtige Enzyme sind beteiligt, z.B. Elongations-, Desaturationsenzyme.

AA und EPA konkurrieren um dieselben Enzyme

• AA (Arachidonsäure) und EPA (Eicosapentaensäure) und deren Konkurrenz um Cyclooxygenase und 5-Lipoxygenase Enzyme zur Eicosanoidsynthese.

Was machen Eicosanoide (Auswahl)?

• Einfluss von Eicosanoiden (z.B. auf Kontraktion/Dilatation von glatter Muskulatur, Gefässpermeabilität, Immunsystem, Nervenbahnen etc.).

Wirkungen der Eicosanoide aus EPA und DHA

• Im Vergleich zu Arachidonsäure-abgeleiteten Eicosanoiden, zeigen EPA- und DHA-abgeleitete Eicosanoide eine geringere pro-inflammatorische Wirkung und eher eine anti-inflammatorische und entzündungslösende Rolle.

Umsetzen einer «fett»gesunden Ernährung

• Empfehlungen für eine gesunde Ernährung in Bezug auf Fettsäuren.

Empfehlenswerte Ernährungsumstellungen

• Übersicht über Ernährungsumstellungen: Reduktion gesättigter Fettsäuren, Auswahl geeigneter Speiseöle, Einschränkung von Frittiertem/Gebackenem/Convenience-Food, Vorzug von 3-FS-haltigen Nahrungsmitteln, Schutz des ungesättigten Fettes vor Oxidation, Vermeidung von trans-Fettsäuren.

Nahrungsquellen für ω-3-Fettsäuren

• Übersicht über Lebensmittel, die reich an ω-3-Fettsäuren sind. (Beispiele: ALA-reiche Lebensmittel, LCPUFA-reiche Quellen).

Übungsfragen

• Liste von Übungsfragen zum Verständnis der Stoffchemie, Eigenschaften und Funktionen von Lipiden, Nahrung, und Gesundheit.