Lipide - Stoffchemie, Eigenschaften und Funktionen im Organismus PDF

Lipide – Stoffchemie, Eigenschaften und Funktionen im Organismus PB ERB20 Dr. Steffen Theobald ▶ Bachelorstudiengang Berner Fachhochschule | Ernährung Haute écoleund t Diätetik bernoise | Bern University of Applied Sciences...

Lipide – Stoffchemie, Eigenschaften und Funktionen im Organismus PB ERB20 Dr. Steffen Theobald ▶ Bachelorstudiengang Berner Fachhochschule | Ernährung Haute écoleund t Diätetik bernoise | Bern University of Applied Sciences spécialisée Lernziele ▶ Die Studierenden ▶ kennen wichtige Lipidarten und deren Eigenschaften ▶ wissen, in welchen Nahrungsmitteln sie vorkommen ▶ können die Funktionen von Lipiden im Körper beschreiben ▶ wissen, welche Lipide im Rahmen einer gesunden Ernährung empfohlen werden Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 2 Was ist charakteristisch für Lipide? ▶ Lipide sind schlecht bis gar nicht wasserlöslich ▶ Das führt in wässriger Umgebung auf Grund von hydrophoben Wechselwirkungen zur Bildung von Fett-Tropfen oder Micellen ▶ Das erfordert spezifische Transportmöglichkeiten für diese Verbindungen im Blut und intrazellulär ▶ Eine gewollte gleichmässige Verteilung in wässrigen Lösungen erfordert den Einsatz von Lösungsvermittlern (Emulgatoren) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 3 Micelle, Liposom, Lipiddoppelschicht ▶ Micelle= Spontanes Zusammenlagern von amphiphilen Molekülen in Wasser ▶ Liposom= Zusammenlagern von zwei Schichten von amphiphilen Molekülen (mit Hohlraumbildung) Berner Fachhochschule Bildquelle: | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences https://de.wikipedia.org/wiki/Mizellen#/media/File:Phospholipide_in_Wasser.svg 4 Lipide– Nomenklatur und Eigenschaften Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 5 Grundbausteine der Lipide ▶ Fettsäuren ▶ Glycerol ▶ Sphingosin ▶ 2-wertiger Aminoalkohol mit einf. ungesättiger Alkylkette ▶ Sphingolipide kommen v.a. im Nervengewebe vor (Aufgabe: Signalübertragung) ▶ Isopren ▶ Grundgerüst, das verlängert werden kann Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 6 Fettsäuren – Einteilung nach Kettenlänge ▶ Kettenläge ▶ Kurz-, mittel-, lang-, sehr langkettige Fettsäuren ▶ Sättigungsgrad ▶ Gesättigt, einfach ungesättigt, mehrfach ungesättigt ▶ Stellung der Doppelbindung(en) ▶ cis- oder trans-Stellung ▶ Stellung der ersten Doppelbindung vom -Ende her ▶ -9, -6, -3 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 7 -Nomenklatur der ungesättigten Fettsäuren (Beispiele) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 8 - bzw. -Nomenklatur der ungesättigten Fettsäuren ▶ CAVE: Menschliche Desaturasen können Doppelbindungen in cis-Anordnung nur zwischen C1 und C9 aufbauen Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 9 Schmelzpunkte von in der Natur vorkommenden Fettsäuren (Auswahl) Arachinsäure Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 10 Cis- und trans-Doppelbindungen in Fettsäuren und deren Konsequenzen im Stoffwechsel Ölsäure Elaidinsäure Schmelzpunkt: 13.4 °C Schmelzpunkt: 43.7 °C Verhalten in Lipiden: Verhalten in körpereigenen Erniedrigung des Schmelzpunkts Lipiden (z.B. Zellmembranen): ähnlich wie Laurinsäure Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 11 Entstehung von trans-Fettsäuren Biologisch Verfahrenstechnisch: Durch die Einwirkung von Bakterien Bei der Hydrierung (technischen auf mehrfach ungesättigte Fettsäuren Härtung) von Fetten können aus z.B. im Pansen von Wiederkäuern mehrfach ungesättigten Fettsäuren trans-Fettsäuren entstehen Bei der Erhitzung von Ölen über 200°C (z.B. Frittieren, Desodorieren von Ölen) können ebenfalls geringe Mengen an trans-FS entstehen Vorkommen Vorkommen Margarinen, Backfette, Industriefette Milch und Milchprodukte, sowie können je nach Herstellungsverfahren Fleisch von Wiederkäuern enthalten erhebliche Mengen an Trans- Trans-Fettsäuren (bis ca. 5%) Fettsäuren enthalten Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 12 Fettsäurenmuster verschiedener Fette und Öle Olivenöl Rapsöl Erdnussöl Sesamöl Leinöl Walnussöl Sojaöl Maiskeimöl Sonnenblumenöl Distelöl Margarine, ungehärt. Margarine, gehärtet Butter Rinderfett Schweinefett Kakaobutter Palmkernfett Kokosfett 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Gesättigte Fettsäuren Einfach ungesätt. Fettsäuren Mehrfach unges. Fetts. (ohne Omega-3) Omega-3-Fettsäuren Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 13 © Grafik: S. Theobald. Daten aus Belitz HD (2008): Lehrbuch der LM-Chemie, Berlin:Springer  Die wichtigsten Triglyceride in einigen Nahrungsfetten wichtige Fettart Triglyce- Tschmelz (°C) Tkristallisation (°C) ride Legende: PPB 44.O 21.5 Butter PPC B= Buttersäure POP 35.2 12.0 P = Palmitinsäure SPO Speck OPL S = Stearinsäure OPO O = Ölsäure OOO 5.5 -32 Olivenöl OOP 18.2 4.0 L = Linolsäure OLO OOO 5.5 -32 Ln= -Linolensäure Rapsöl LOO OOLn LLL -13.1 -43 Sonnenblumenöl OLL Nach D.M. Small. The effects of glyceride structure on LOO absorption and metabolism. Ann Rev Nutr (1991)11:413-34 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 14 Wie schützt man Lipide vor Oxidation? Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 15 Lipide sind oxidationsanfällig ▶ Oxidationsreaktionen werden durch Licht und Wärme in Gegenwart von Sauerstoff ausgelöst ▶ Die Oxidationsgefahr nimmt mit der Anzahl Doppelbindungen deutlich zu ▶ Durch Oxidationsreaktionen entstehen Verbindungen (Radikale), welche weitere Fettsäuren, aber auch Proteineim Körper schädigen ▶ Bedeutung in Nahrungsfetten ▶ → Verderb (Ranzig werden) ▶ → Entstehung von atherogenen oxidierten Fettsäuren ▶ Bedeutung im Organismus ▶ → Schädigung von Zellmembranen (Funktionseinbussen) ▶ → Entstehung von atherogenen oxidierten Lipoproteinen (ox-LDL) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 16 Vitamin E (Tocopherole) schützt Lipide vor Oxidation Vorkommen ▶ in Membranen und Lipoproteinen ▶ in Triacylglycerin-Speichern ▶ Vitamin E kann in Membranen oder Lipoproteinen Radikal- Kettenreaktionen unterbrechen. Es wird dabei selber in ein schwaches Radikal umgewandelt ▶ Dieses Radikal wird durch Vitamin C oder andere wasserlösliche Antioxidantien wieder zu Vitamin E regeneriert Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 17 Die Oxidations-Stabilität von Distelöl Fettsäurenmuster der Distelöle C16:0 u. C18:0 9% C18:1 13 % C18:2 77% M. Henninger et al. Ernährung/Nutrition 20 (1996) 640-42 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 18 Die Oxidations-Stabilität verschiedener Sonnenblumenöle  M. Henninger et al. Ernährung/Nutrition 20 (1996) 640-42 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 19 Du bist, was Du isst! Cross/Mercer. Cell and Tissue Ultrastructure Freeman 1993 Vergrösserung 4800 x Die Triglyceride des Fettgewebes widerspiegeln das durchschnittliche Fettsäuren-Muster in der Nahrung Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 20 Membranlipide Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 21 Aufbau von Zellmembranen Ch. de Duve. A guided tour of the living cell. Vol.1 (1984) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 22 Phospholipide ▶ Lipide, bestehend aus ▶ Glycerol ▶ 2 Fettsäuren ▶ Phosphatrest ▶ weiterem Rest (verschiedene) ▶ nicht essenziell ▶ bilden die Lipiddoppelmembran von Zellen ▶ Beispiel: Lecithin (Phosphatidylcholin) ▶ Emulgator, z.B. in Eigelb Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 23 Phospholipide in der Zellmembran: Glycerophosphatide Phosphatidylcholin=Lecithin Thompson, 2014 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 24 Weitere Glycerophosphatide ▶ Phosphatidyl-Serin ▶ Phosphatidyl-Ethanolamin ▶ Phosphatidyl-Inositol Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 25 Phospholipide in der Gallenflüssigkeit ▶ dienen als Emulgatoren für Gallensäuren und Cholesterol in der Gallenflüssigkeit ▶ Bei Mangel fällt das gelöste Cholesterol aus → Cholesterol-Gallensteine https://de.wikipedia.org/wiki/Gallenstein Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 26 Sphingolipide ▶ Bestehen aus ▶ Sphingosin (statt Glycerol) Sphingosin ▶ Acylrest (z.B. Carboxylrest) ▶ weiterem Rest ▶ Wichtigste Verbindung: Sphingomyelin (in Myelinscheiden von Nervenzellen), besteht aus ▶ Sphingosin ▶ Carboxylrest (in Säureamidbindung) ▶ Phosphat+Cholin Sphingomyelin Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 27 Sphingolipide: Glyco-Sphingolipide ▶ Cerebroside = Vorkommen in Zellmembranen der ZNS-Neuronen ▶ Ganglioside= Vorkommen v.a. in Nervenzellen, aber auch anderen Zellen, je nach Zucker-Bausteinen bestimmen sie u.a. die Blutgruppe ▶ Sulfatide= in Nervenzellen, v.a. Myelin Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 28 NANA=N-Acetyl-Neuraminsäure (ein Aminozucker) Ganglioside in der äusseren Lipidschicht von Nervenzellen Science & Medicine March/April 1995 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 29 Isoprenoide (Terpene) ▶ Isopren ▶ Terpene= mehrere Isoprene aneinander gehängt, ggf. mit Ringschluss ▶ Beispiel: Retinol (auch Tocopherol und Vitamin K) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 30 Steroide ▶ sind Derivate (Abkömmlinge) des Cholesterols ▶ Cholesterol ▶ Vorkommen im Zytosol als Lipidtröpfchen (als Cholesterolester) ▶ Transport in Lipoproteinen (als Cholesterolester) ▶ Baustoff in Zellmembranen (als Cholesterol) ▶ Steroidhormone ▶ übergeordnete Stoffwechselregulation (Cortisol, Aldosteron, Sexualhormone) ▶ Vitamin D (=Vitamin mit hormonähnlichen Eigenschaften) ▶ Gallensäuren ▶ Emulgation von Fetten ▶ Einzige Form, in der Cholesterol ausgeschieden werden kann Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 31 Steran (Grundgerüst) und Cholesterol Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 32 Einbau des Cholesterols in die Zellmembran Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 33 Essentielle Fettsäuren und Eicosanoide Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 34 Warum sind essenzielle Fettsäuren essenziell? ▶ Die Art und Menge der PUFAs in Membranlipiden beeinflusst ▶ die Membranfluidität und -funktion ▶ die Bildung von Gewebshormonen (Eicosanoide) ▶ die Aktivität von Proteinen in den Zell- und Organellenmembranen ▶ die Gen-Regulation Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 35 Entstehung langkettiger PUFAs und Eicosanoiden aus Fettsäuren der -6 resp. -3-Reihe Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 36 Biesalski HK, Taschenatlas der Ernährung, 5. Aufl., Stuttgart: Thieme, 2011 AA und EPA konkurrieren um dieselben Enzyme Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 37 Was machen Eicosanoide (Auswahl)? ▶ Kontraktion / Dilatation von glatter Muskulatur in Gefässen, Bronchien, Darm und Uterus (PGE und PGI, PGF) ▶ Gefässpermeabilität (LT, PGE) ▶ Plättchenadhäsion und –aggregation (LT, TXA) ▶ Chemotaxis von Zellen (LT) ▶ Fieber (PGE, PGI) ▶ Schmerzempfindung (PGE, PGI) ▶ Ausschüttung von Hormonen (PGF, LT) ▶ Knochenstoffwechsel (PGI, PGE) ▶ Regulation der Nierenfunktion (PGE, PGI) ▶ Lipolysehemmung (PGE) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 38 Wirkungen der Eicosanoide aus EPA und DHA ▶ Aus EPA und DHA entstehen, im Vergleich zu denen aus ARA, geringer proinflammatorische resp. antiinflammatorische Eicosanoide Miles EA (2012): Br J Nutr 107:S171–S184 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 39 Umsetzen einer «fett»gesunden Ernährung Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 40 Empfehlenswerte Ernährungsumstellungen ▶ Reduktion der Zufuhr an gesättigten Fettsäuren ▶ geeignete Speiseöle auswählen ▶ frittierte und ausgebackene Nahrungsmittel einschränken ▶ wenig Convenience-Food (oft hohe 6-FS-Gehalte) ▶ 3-FS-haltige Nahrungsmittel bevorzugen ▶ ungesättigte Fettsäuren vor Oxidation schützen ▶ trans-Fettsäuren meiden Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 41 Nahrungsquellen für -3-Fettsäuren ALA: Raps-, Walnuss-, Soja- und Leinöl Walnüsse, Leinsamen grüne Blattsalate und Blattgemüse LCPUFA: Fisch, Fischöl Wildfleisch von Tieren, die Kräuter und Gras fressen Eier, Fleisch von Geflügel mit Leinsamenfütterung Fleisch und Milch(produkte) von Tieren aus Weidehaltung oder mit Leinsamen-Futterzulagen Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 42 Übungsfragen Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 43 Übungsfragen ▶ Was haben Fette und Öle gemeinsam? Was unterscheidet sie? ▶ Wie lässt sich im Haushalt die Haltbarkeit von Öl verlängern? ▶ Welche Fette eignen sich für welchen Verwendungszweck? ▶ Warum ist Vollkornmehl weniger lang haltbar als Weissmehl? ▶ Welche Auswirkungen erwarten Sie, wenn Schweine mehrheitlich mit Sojamehl gefüttert werden? Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 44