PB1 Lipide - Aufbau PDF

Lipide – Aufbau PB1 - Biochemie Dr. Steffen Theobald ▶ Bachelorstudiengang Berner Fachhochschule | Ernährung Haute écoleund t Diätetik bernoise | Bern University of Applied Sciences spécialis...

Lipide – Aufbau PB1 - Biochemie Dr. Steffen Theobald ▶ Bachelorstudiengang Berner Fachhochschule | Ernährung Haute écoleund t Diätetik bernoise | Bern University of Applied Sciences spécialisée  Lernziele für Lipidabbau und –aufbau ▶ Die Studierenden ▶ können den Fettsäuretransport, -abbau und dessen Lokalisation detailliert beschreiben und wissen, welche Gewebe dazu in der Lage sind ▶ können den Energiegewinn aus dem Abbau einer Fettsäure berechnen ▶ Kennen Regulationsmechanismen des Fettsäureabbaus ▶ können die Substrate, Bedingungen und den Ort der Fettsäuresynthese benennen ▶ können den Aufbau der Fettsäuren und den Auf- und Abbau der Triacylglycerine exakt und detailliert beschreiben und wissen, welche Gewebe dazu in der Lage sind ▶ wissen, was eine Ketoacidose ist und können deren Entstehung erklären ▶ wissen, welche Nährstoffe in welchen Stoffwechselsituationen (Hyperglycämie, Euglycämie, Hypoglycämie) bevorzugt von wichtigen Organen verwendet werden ▶ Hinweis: Schlüsselenzyme und wichtige Moleküle in Stoffwechselwegen werden beim ersten Auftreten mit einem gelben «P» markiert, danach jedoch nicht zwingend wiederholt gekennzeichnet. Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 2 Synthese der Fettsäuren Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 3 Die Fettsäure-Synthese im Überblick  6 Wiederholungen Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 4 Schritt 1: Verknüpfen von zwei Acetylresten miteinander ▶ Wie verbindet man zwei Acetyl-Reste miteinander? ▶ Direkt gar nicht, weil Acetyl-CoA zu reaktionsträge ist ▶ Ein Acetyl-CoA wird zunächst aktiviert durch Carboxylierung zu Malonyl-CoA  Acetyl-CoA- Carboxylase  ▶ Biotin ist der CO2-Donator Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 5 Die Fettsäuresynthase – ein Multienzymkomplex mit zwei Thiolgruppen ▶ Fettsäuresynthase – besteht aus - Acyl-Carrier-Protein (ACP) - Serinrest (eine Aminosäure) - 4-Phosphopantethein (aus Pantothensäure) - 2 Thiolresten als Bindungsstellen Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 6 Bereitstellen der Fettsäurebausteine 1. Baustein: Bindung des 2. Baustein: Bindung des Acetylrests an der peripheren SH- Malonylrests an der zentralen SH- Gruppe Gruppe Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 7 Und los geht die Kettenbildung… Kondensation des Acetylrests mit Erste Reduktion der Ketogruppe am dem Malonylrest unter CO2- C3-Atom durch 2H-Anlagerung zum Abspaltung zum Acetoacetylrest Hydroxyacylrest Acetoacetylrest Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 8 Dehydratisierung Zweite Reduktion durch (Wasserabspaltung) zum Enoylrest 2H-Anlagerung zum Acylrest (Fettsäurerest) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 9 Wiederholen des Zyklus bis zur Palmitinsäure (C16:0) ▶ Nach 6-facher Wiederholung der vorherigen Schritte wird eine ungebundene (d.h. freie) Palmitinsäure abgespalten Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 10 Bildung längerer bzw. ungesättigter Fettsäuren ▶  Mittels Elongasen: Verlängerung um 2 C-Atome ▶  Mittels Desaturasen: Einführung von cis-Doppelbindungen ▶ Vorhanden beim Menschen: 4-, 5-, 6- und 9-Desaturasen, die an Position 4, 5, 6, und 9 (gezählt vom Alpha-Ende her= Carboxylende!) jeweils Doppelbindungen einbauen können ▶ Fehlend beim Menschen: 12- und 15-Desaturasen. Dadurch sind Linolsäure und Alpha-Linolensäure essenziell! Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 11 Bildquelle: https://www.wikiwand.com/de/Fetts%C3%A4uren Woher kommen die Energie und der Wasserstoff für die Fettsäuresynthese? /1 ▶ NADPH/H+ entsteht 1. im Pentosephosphatweg beim Abbau von Glucose-6-Phosphat ▶ in der Leber, in der laktierenden Brust, wenig im Fettgewebe Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 12 Woher kommen die Energie und der Wasserstoff für die Fettsäuresynthese? /2 ▶ NADPH/H+ entsteht 2. im Cytosol bei der Bildung von Pyruvat aus Oxalacatat via Malat siehe auch Übersichtsfolie 4  Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences   13 Regulation der Fettsäure-Synthese /1 ▶ Das Schlüsselenzym Acetyl-CoA-Carboxylase (katalysiert die Reaktion (Acetyl-CoA zu Malonyl-CoA) ▶ wird aktiviert durch ▶ Citrat (viel Citrat= wenig Energiegewinnung im Citratzyklus) ▶ Citrat hemmt gleichzeitig die Phosphofructokinase (→Hemmung der Glycolyse) ▶ wird gehemmt durch ▶ AMP ▶ Acyl-CoA (aktivierte Fettsäure) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 14 Regulation der Fettsäure-Synthese /2 ▶ Hormonelle Regulation ▶ HEMMEND ▶ Adrenalin und Glucagon ▶ via Aktivierung einer Proteinkinase, die die Acetyl-CoA- Carboxylase phosphoryliert (dadurch inaktiv) ▶ FÖRDERND ▶ Insulin ▶ via Aktivierung einer Phosphatase, die die Acetyl-CoA- Carboxylase dephosphoryliert (dadurch aktiv) ▶ via Induktion der Fettsäure-Synthasebildung durch die mRNA ▶ via Aktivierung der Pyruvatdehydrogenase (PDH) ▶ via Glucoseeinstrom in die Zelle (Glycolyse läuft und bildet viel Acetyl-CoA für die Fettsäuresynthese) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 15 Auf- und Abbau des Triacylglycerins Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 16  Auf- und Abbau der Triacylglycerine - Übersicht Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 17 Aufbau der Triacylglycerine Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 18 Glycerin zur Bildung von TAGs kommt via Glyceron-3-Phosphat aus der Glycolyse    Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 19 Vom Glycerin-3-Phosphat zum Phosphatidat (= 1,2-Diacylglycerin-3-Phosphat) Hat einen Acylrest  2 Acylreste  Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 20 Vom Phosphatidat zum Triacylglycerin   Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 21 Abbau der Triacylglycerine Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 22 TAG-Abbau zu Glycerin und  drei Fettsäuren   Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 23 Vergleich Fettsäuren-Aufbau vs. -Abbau FS-Synthese FS-Abbau Höchste Aktivität des Nach KH-reichen Mahlzeiten Während Fasten-/ Stoffwechsel-Weges Hungerperioden Hormonelle Lage Insulin hoch / Glukagon tief Insulin tief / Glukagon hoch Wichtige Gewebe Leber, laktierende Brustdrüse, Muskel, Herzmuskel, Leber Fettgewebe, Gehirn, Darmschleimhaut Intrazelluläre Lokalisation Cytoplasma, ER (für FS>16C) Mitochondrien, (Mikrosomen) Carrier-Moleküle Citrat (Transportform für Carnitin Acetyl-CoA aus dem Mito) Aktivierende Acyl-Carrier-Protein CoA Verbindungen (Bestandteil der Fettsäuresynthase), CoA Coenzyme NADPH/H+ , Biotin NAD+, FAD Bausteine Malonyl-CoA Acetyl-CoA (Produkt) (liefert Acetyl-Rest) Allostere Aktivatoren Citrat Allostere Hemmstoffe LCFA-CoA (hemmen Acetyl- Malonyl-CoA (hemmt CoA-Carboxylase) Carnitin-Acyltransferase-I) Endprodukte Palmitinsäure Acetyl-CoA Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 24 LCFA-CoA= Long Chain Fatty Acyl-CoA Nährstoffverwertung in verschiedenen Stoffwechselsituationen (postprandial, nüchtern, hungernd) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 25    Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 26 Vorherrschende Substratflüsse bei Nahrungskarenz für einige Tage (Hungern)  Berner Fachhochschule Müller-Esterl | Haute W. (2018): école spécialisée Biochemie, bernoise 3. Aufl., S. 698. | Bern Springer University of Applied Sciences Spektrum 27  Müller-Esterl W. (2018): Biochemie, 3. Aufl., S. 697. SpringerSpektrum Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 28 Repetition: Was sind die Substrate für die Gluconeogenese?     Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 29 Ketonkörperbildung im Hungerstoffwechsel Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 30 Was sind Ketonkörper? ▶ Entstehen ausschliesslich in den Mitochondrien der Leber, als Nebenprodukt der -Oxidation im Hungerstoffwechsel ▶ Sind eine „Transportform“ für überschüssiges Acetyl-CoA (als Acetoacetat) aus der -Oxidation von der Leber in die Peripherie ▶ Dienen in Hungerzeiten der Energiegewinnung für alle Organe ausser Leber und Erythrocyten ▶ Im Hungerstoffwechsel gewinnt das Gehirn 2/3 seiner Energie aus Ketonkörpern (80 g/d) und 1/3 (40 g/d) aus Glucose Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 31 Welche Ketonkörper gibt es? ▶ Mengenmässig wichtigster Ketonkörper: -Hydroxybutyrat= 3-Hydroxybutyrat (entsteht aus Acetoacetat) ▶ Aceton ist ein Marker für die Ketogenese in der Atemluft    ▶ Ein Zuviel an Ketonkörpern kann zu einer Übersäuerung des Gewebes führen (Ketoacidose) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 32 Ketoacidosen ▶ Metabolische Acidose ▶ Zu langes Fasten führt zu einem dauerhaften Anstieg der Ketonkörper (= Säuren!) im Blut ▶ Niere ist überlastet mit der Ausscheidung der Säuren, was zu einer lebensbedrohlichen Acidose führen kann ▶ Ein (kleiner) Teil wird als Aceton über die Lunge abgeatmet ▶ Diabetische Ketoacidose ▶ Absoluter Insulinmangel führt zu vermehrter Lipolyse, da Glucose zur Energiegewinnung, obwohl im Überschuss vorhanden, nicht in die Zelle gelangen kann (insulinabhängig) ▶ Zu viel anfallendes Acetyl-CoA kann nicht mehr im Citratcyclus verwertet werden ▶ Gleichzeitig fehlt Oxalacetat aus der Glycolyse als zweites Substrat im Citratcyclus ▶ Hohe Ketonkörperspiegel führen zu einer Übersäuerung des Blutes, im Extremfall zum ketoacidotischen Koma Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 33