Biochemie und Pathobiochemie: Abbau gesättigter Fettsäuren

Hauptseite - Stoffwechselübersicht - Krankheiten - Google-Suche in diesem Buch - Regal Medizin

Allgemeines

Fettsäuren werden zur Energiegewinnung in den Mitochondrien in der sog. β-Oxidation oxidiert. Dafür müssen die Fettsäuren zuerst mit Coenzym A aktiviert und mittels Carnitin über die innere Mitochondrienmembran in die Matrix geschafft werden.

Aktivierung der Fettsäuren zu Acyl-CoA im Zytosol

⇓	Subst.	( ⇑ )	Co.	Enzym	EC	EG	Erkr.
Fettsäure
ATP PPi				Acyl-CoA-Synthetase	6.2.1.3	Lig	Unspezifische X-gebundene mentale Retardierung Typ 63 (MRX63)
Acyladenylat
CoA-SH AMP
Acyl-CoA

Fettsäuren im Zytosol stammen aus der zelleigenen Biosynthese, aus der Lipolyse oder werden aus dem Blut aufgenommen. Damit sie weiterverstoffwechelt werden können müssen sie mit Coenzym A aktiviert werden.

Transport ins Mitochondrium

Tr.	All.	⇓	Subst.	⇑	Co.	Enzym	EC	EG	Erkr.
		+ L-Carnitin Acyl-CoA
+ Lang- kettige FS + T3,T4	- Malonyl- CoA	CoA-SH		CoA-SH		Carnitin-O- Palmitoyltransferase	2.3.1.21	Tr	CPT1A-Def., CPT2-Def.
		Acyl-Carnitin
						Carnitin-Acylcarnitin- Translocase			CACT-Def.

Das Carnitin-Shuttle.

Der Abbau von Fettsäuren erfolgt im Mitochondrium.

Da langkettige Fettsäuren die innere Mitochondrienmembran nicht überwinden können (die äußere Membran ist sehr durchlässig), wird die Fettsäure von CoA-SH auf Carnitin übertragen und nach Transport über die Membran wieder mit CoA-SH verestert. Die Bildung von Acyl-Carnitin durch die Carnitin-O-Palmitoyltransferase ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Fettsäureoxidation.

β-Oxidation

Der Abbau ungesättigter Fettsäuren erfolgt in der sog. β-Oxidation in der mitochondrialen Matrix:

⇓	Subst.	( ⇑ )	Co.	Enzym	EC	EG	Erkr.
Acyl-CoA
FAD FADH2		FAD FADH2	FAD	(LC-)Acyl-CoA-Dehydrogenase	1.3.99.13	Ox	LCAD-Def.
				(MC-)Acyl-CoA-Dehydrogenase	1.3.99.3		MCAD-Def.
				Acyl-CoA-Oxidase	1.3.3.6		Peroxisomale ACOX1-Def. (Pseudoneonatale Adrenoleukodystrophie)
				(SC-)Butyryl-CoA-Dehydrogenase	1.3.99.2		SCAD-Def.
trans-Δ2-Enoyl-CoA
H2O		H2O		Enoyl-CoA-Hydratase	4.2.1.17	Ly	TFP-Def.
L-3-Hydroxyacyl-CoA
NAD+ NADH/H+		NAD+ NADH/H+	NAD	LC-3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase	1.1.1.211	Ox	LCHAD- (Maternal acute fatty liver of pregnancy (AFLP)) and TFP-Def.
				3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase	1.1.1.35		HADH-Def.
3-Ketoacyl-CoA
CoA-SH Acetyl-CoA		CoA-SH Acetyl-CoA		Acetyl-CoA-C-Acyltransferase (β-Ketothiolase)	2.3.1.16	Tr	TFP-Def.
				Acetyl-CoA-C-Acetyltransferase	2.3.1.9		ACAT1-Def. (Alpha- Methylacetoaceturie)
Acyl-CoA

Der Abbau ungesättigter Fettsäuren erfolgt in der sog. β-Oxidation in der mitochondrialen Matrix. Die letzten drei Schritte werden z.T. von einem einzigen trifunktionellen Protein (TFP) katalysiert.

Die β-Oxidation umfasst vier Schritte. Zuerst wird das Acyl-CoA dehydriert (oxidiert), dann hydratisiert (Wasseranlagerung), noch ein weiteres mal dehydriert und zuletzt ein Acetyl-coA abgespalten. D.h. in einem Zyklus werden zwei Reduktionsäquivalente gewonnen (zwei Oxidationen) und die mit CoA veresterte Fettsäure wird um einen C2-Rest (Acetyl-CoA) gekürzt.

Geradzahlige Fettsäuren werden komplett zu Acetyl-CoA oxidiert. Bei ungeradzahligen Fettsäuren bleibt am Ende ein C3-Rest (Propionyl-CoA) übrig, der gesondert abgebaut wird.

Sehr langkettige Fettsäuren mit mehr als 18 C-Atomen werden zuerst in den Peroxisomen in Teilschritten der β-Oxidation gekürzt, bevor sie ins Mitochondrium verbracht werden. Im Unterschied zur mitochondrialen β-Oxidation werden die Elektronen dort ohne Energiegewinn auf molekularen Sauerstoff übertragen. Das dabei entstehende Wasserstoffperoxid (H₂O₂) wird durch die Katalase zu Wasser und Sauerstoff disproportioniert.

Energiebilanz

Die Energiebilanz hängt von der Länge der Fettsäure ab. Hier ein Rechenbeispiel für Stearinsäure (C₁₈H₃₆O₂).:

Aktivierung	Stearinsäure -> Stearyl-CoA	- 2 ATP (zwei energiereiche Bindungen, ATP -> AMP + PPi)
β-Oxidation	Stearyl-CoA -> 9 Acetyl-CoA	8 FADH2 + 8 NADH/H+ = 8 x 1,5 ATP + 8 x 2,5 ATP = + 32 ATP
Citratzyklus	9 Acetyl-CoA -> 18 CO2	9 x 1 FADH2 + 9 x 3 NADH/H+ + 9 ATP (GTP) = 9 x 1,5 ATP + 9 x 3 x 2,5 ATP + 9 ATP = + 90 ATP

Aus einer Stearinsäure gewinnt die Zelle also 120 ATP (vergleiche 32 ATP bei Oxidation eines Glucose-Moleküls).(Anm.: Das Ergebnis hängt davon ab, welche Umrechnungsfaktoren man für die Umsetzung der Reduktionsäquivalente in ATP animmt, im o.g. Fall 1,5 für FADH₂ und 2,5 für NADH/H⁺. Manche Lehrbücher rechnen mit den Faktoren 2 für FADH₂ und 3 für NADH/H⁺. Die Bilanz ergäbe dann in unserem Fall 143 ATP.)

Weblinks

• KEGG: Fatty acid metabolism - Homo sapiens (human)
• The chemical logic behind... fatty acid metabolism von Prof. Doutor Pedro Silva

---

Allgemeine Hintergrundfarbe für Substrate	Hintergrundfarbe Reaktionspfeile	„Schlüsselenzyme“
Energiereiche Phosphate Reduktionsäquivalente	CO2 / HCO3− C1-Reste Stickstoff

Abk.: Tr.: Transkriptionelle Regulation, Tl.: Regulation der Translation, Lok.: Regulation über die Enzymlokalisation, Kov.: Regulation durch kovalente Modifikation, All.: Allosterische Regulation, Koop.: Kooperativer Effekt, Co.: Cofaktoren, EC: Enzymklassifikation, EG: Enzymgruppe (Oxidoreductase, Transferase, Hydrolase, Lyase, Isomerase, Ligase), Erkr.: Assoziierte Erkrankungen.

Hauptseite - Stoffwechselübersicht - Krankheiten - Google-Suche in diesem Buch - Regal Medizin

Haben Ihnen die Informationen in diesem Kapitel nicht weitergeholfen?
Dann hinterlassen Sie doch einfach eine Mitteilung auf der Diskussionsseite und helfen Sie somit das Buch zu verbessern.