Fettstoffwechsel - Lipid metabolism

Der Lipidstoffwechsel ist die Synthese und der Abbau von Lipiden in Zellen, die den Abbau oder die Speicherung von Fetten zur Energiegewinnung und die Synthese von strukturellen und funktionellen Lipiden, wie sie am Aufbau von Zellmembranen beteiligt sind, umfassen . Bei Tieren werden diese Fette aus der Nahrung gewonnen oder von der Leber synthetisiert . Lipogenese ist der Prozess der Synthese dieser Fette. Die Mehrheit der Lipide, die der menschliche Körper durch die Nahrungsaufnahme findet, sind Triglyceride und Cholesterin . Andere Arten von Lipiden im Körper sind Fettsäuren und Membranlipide . Der Fettstoffwechsel wird oft als der Verdauungs- und Aufnahmeprozess von Nahrungsfett betrachtet; Es gibt jedoch zwei Fettquellen, die Organismen zur Energiegewinnung nutzen können: aus aufgenommenen Nahrungsfetten und aus gespeichertem Fett. Wirbeltiere (einschließlich Menschen) verwenden beide Fettquellen, um Energie für die Funktion von Organen wie dem Herzen zu produzieren. Da Lipide hydrophobe Moleküle sind, müssen sie solubilisiert werden, bevor ihr Stoffwechsel beginnen kann. Der Fettstoffwechsel beginnt oft mit einer Hydrolyse , die mit Hilfe verschiedener Enzyme im Verdauungssystem stattfindet. Der Fettstoffwechsel findet auch in Pflanzen statt, obwohl sich die Prozesse in einigen Punkten im Vergleich zu Tieren unterscheiden. Der zweite Schritt nach der Hydrolyse ist die Aufnahme der Fettsäuren in die Epithelzellen der Darmwand . In den Epithelzellen werden Fettsäuren verpackt und zum Rest des Körpers transportiert.

Fettverdauung

Die Verdauung ist der erste Schritt zum Fettstoffwechsel, und es ist der Prozess, bei dem die Triglyceride mit Hilfe von Lipaseenzymen in kleinere Monoglycerideinheiten zerlegt werden. Die Fettverdauung beginnt im Mund durch die chemische Verdauung durch die Linguallipase . Das aufgenommene Cholesterin wird von den Lipasen nicht abgebaut und bleibt intakt, bis es in die Epithelzellen des Dünndarms gelangt. Die Lipide gelangen dann in den Magen, wo die chemische Verdauung durch die Magenlipase fortgesetzt wird und die mechanische Verdauung beginnt ( Peristaltik ). Der Großteil der Fettverdauung und -aufnahme findet jedoch statt, sobald die Fette den Dünndarm erreichen. Chemikalien aus der Bauchspeicheldrüse ( Pankreaslipase-Familie und Gallensalz-abhängige Lipase ) werden in den Dünndarm sezerniert, um den Abbau der Triglyceride zusammen mit der weiteren mechanischen Verdauung zu unterstützen, bis sie einzelne Fettsäureeinheiten sind , die in die Epithelzellen des Dünndarms aufgenommen werden können . Es ist die Pankreaslipase, die für die Hydrolyse der Triglyceride in separate freie Fettsäuren und Glycerineinheiten verantwortlich ist.

Lipidaufnahme

Der zweite Schritt im Fettstoffwechsel ist die Aufnahme von Fetten. Kurzkettige Fettsäuren können im Magen aufgenommen werden , während die meisten Fette nur im Dünndarm aufgenommen werden . Sobald die Triglyceride zusammen mit Cholesterin in einzelne Fettsäuren und Glycerine zerlegt sind , aggregieren sie zu Strukturen, die Micellen genannt werden . Fettsäuren und Monoglyceride verlassen die Mizellen und diffundieren durch die Membran, um in die Darmepithelzellen einzudringen. Im Zytosol von Epithelzellen werden Fettsäuren und Monoglyceride wieder zu Triglyceriden rekombiniert. Im Zytosol von Epithelzellen werden Triglyceride und Cholesterin in größere Partikel verpackt, die Chylomikronen genannt werden, bei denen es sich um amphipathische Strukturen handelt, die verdaute Lipide transportieren. Chylomikronen wandern durch den Blutkreislauf, um in Fettgewebe und andere Gewebe des Körpers einzudringen.

Lipidtransport

Aufgrund der hydrophoben Natur von Membranlipiden , Triglyceriden und Cholesterinen benötigen sie spezielle Transportproteine, sogenannte Lipoproteine. Die amphipathische Struktur der Lipoproteine ​​ermöglicht den Transport der Triglycerine und des Cholesterins durch das Blut . Chylomikronen sind eine Untergruppe von Lipoproteinen, die die verdauten Lipide vom Dünndarm in den Rest des Körpers transportieren. Die unterschiedlichen Dichten zwischen den Lipoproteintypen sind charakteristisch dafür, welche Art von Fetten sie transportieren. Zum Beispiel transportieren Lipoproteine ​​mit sehr niedriger Dichte ( VLDL ) die von unserem Körper synthetisierten Triglyceride und Lipoproteine ​​​​mit niedriger Dichte (LDL) transportieren Cholesterin zu unseren peripheren Geweben. Einige dieser Lipoproteine ​​werden in der Leber synthetisiert, aber nicht alle stammen aus diesem Organ.

Fettabbau

Sobald die Chylomikronen (oder andere Lipoproteine) durch das Gewebe wandern, werden diese Partikel durch Lipoproteinlipase in der luminalen Oberfläche von Endothelzellen in Kapillaren abgebaut , um Triglyceride freizusetzen. Triglyceride werden in Fettsäuren und Glycerin zerlegt, bevor sie in die Zellen gelangen, und das verbleibende Cholesterin wandert wieder durch das Blut zur Leber.

[14] Abbau von Fettsäuren durch Beta-Oxidation

Im Zytosol der Zelle (zum Beispiel einer Muskelzelle) wird das Glycerin in Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt , das ein Zwischenprodukt der Glykolyse ist, um weiter oxidiert zu werden und Energie zu produzieren. Die Hauptschritte des Fettsäurekatabolismus laufen jedoch in den Mitochondrien ab . Langkettige Fettsäuren (mehr als 14 Kohlen) Notwendigkeit, umgewandelt wird Fettacyl-CoA , um über die Mitochondrien passieren Membran . Der Fettsäurekatabolismus beginnt im Zytoplasma von Zellen, da die Acyl-CoA-Synthetase die Energie aus der Spaltung eines ATP nutzt, um die Addition von Coenzym A an die Fettsäure zu katalysieren. Das resultierende Acyl-CoA durchquert die Mitochondrienmembran und tritt in den Prozess der Beta-Oxidation ein . Die Hauptprodukte des Beta-Oxidationsweges sind Acetyl-CoA (das im Zitronensäurezyklus zur Energiegewinnung verwendet wird), NADH und FADH. Der Prozess der Beta-Oxidation erfordert die folgenden Enzyme: Acyl-CoA-Dehydrogenase , Enoyl-CoA-Hydratase , 3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase und 3-Ketoacyl-CoA-Thiolase . Das Diagramm links zeigt, wie Fettsäuren in Acetyl-CoA umgewandelt werden. Die Gesamtnettoreaktion mit Palmitoyl-CoA (16:0) als Modellsubstrat ist:

7 FAD + 7 NAD + + 7 CoASH + 7 H 2 O + H(CH 2 CH 2 ) 7 CH 2 CO-SCoA → 8 CH 3 CO-SCoA + 7 FADH 2 + 7 NADH + 7 H +

Lipidbiosynthese

Im Fettgewebe gespeicherte Speicherlipide sind neben Nahrungsfetten eine der wichtigsten Energiequellen für lebende Organismen. Triacylglycerine , Lipidmembran und Cholesterin können von den Organismen auf verschiedenen Wegen synthetisiert werden.

Membranlipidbiosynthese

Es gibt zwei Hauptklassen von Membranlipiden: Glycerophospholipide und Sphingolipide . Obwohl in unserem Körper viele verschiedene Membranlipide synthetisiert werden, teilen die Wege das gleiche Muster. Der erste Schritt ist die Synthese des Rückgrats ( Sphingosin oder Glycerin ), der zweite Schritt ist die Anlagerung von Fettsäuren an das Rückgrat zur Herstellung von Phosphatidsäure. Phosphatidinsäure wird durch die Anbringung verschiedener hydrophiler Kopfgruppen an das Rückgrat weiter modifiziert. Die Membranlipidbiosynthese findet in der Membran des endoplasmatischen Retikulums statt .

Triglycerid-Biosynthese

Die Phosphatidsäure ist auch eine Vorstufe für die Triglycerid-Biosynthese. Phosphatidinsäure-Phosphotase katalysiert die Umwandlung von Phosphatidsäure in Diacylglycerid, das durch Acyltransferase in Triacylglycerid umgewandelt wird . Die Biosynthese von Tryglycerid findet im Zytosol statt.

Fettsäurebiosynthese

Die Vorstufe von Fettsäuren ist Acetyl-CoA und kommt im Zytosol der Zelle vor. Die Gesamtnettoreaktion mit Palmitat (16:0) als Modellsubstrat ist:

8 Acetyl-coA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H+ → Palmitat + 14 NADP+ + 6H2O + 7ADP + 7P¡

Cholesterinbiosynthese

Cholesterin kann aus Acetyl-CoA über einen mehrstufigen Weg hergestellt werden, der als Isoprenoid -Weg bekannt ist . Cholesterin ist essentiell, da es im Körper zu verschiedenen Hormonen wie Progesteron verändert werden kann . 70 % der Cholesterinbiosynthese findet im Zytosol von Leberzellen statt.

Fettstoffwechselstörungen

Fettstoffwechselstörungen (einschließlich angeborener Fettstoffwechselstörungen ) sind Erkrankungen, bei denen es zu Schwierigkeiten beim Abbau oder der Synthese von Fetten (oder fettähnlichen Substanzen) kommt. Störungen des Fettstoffwechsels sind mit einem Anstieg der Konzentrationen von Plasmalipiden im Blut wie LDL-Cholesterin , VLDL und Triglyceriden verbunden, die am häufigsten zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen führen. Ein Großteil der Zeit sind diese Störungen erblich, d. h. es handelt sich um eine Erkrankung, die durch ihre Gene von den Eltern an das Kind weitergegeben wird. Morbus Gaucher (Typen I, II und III), Niemann-Pick-Krankheit , Tay-Sachs-Krankheit und Morbus Fabry sind allesamt Krankheiten, bei denen die Betroffenen eine Störung des Fettstoffwechsels ihres Körpers haben können. Seltene Erkrankungen eine Störung des Fettstoffwechsels betreffend sind Sitosterolämie , Wolman-Krankheit , Refsum-Krankheit , und Zerebrotendinöse Xanthomatose .

Arten von Lipiden

Zu den Arten von Lipiden, die am Fettstoffwechsel beteiligt sind, gehören:

  • Membranlipide:
    • Phospholipide : Phospholipide sind ein Hauptbestandteil der Lipiddoppelschicht der Zellmembran und kommen in vielen Teilen des Körpers vor.
    • Sphingolipide : Sphingolipide kommen hauptsächlich in der Zellmembran von Nervengewebe vor.
    • Glykolipide : Die Hauptaufgabe von Glykolipiden besteht darin, die Stabilität der Lipiddoppelschicht aufrechtzuerhalten und die Zellerkennung zu erleichtern.
    • Glycerophospholipide : Neurales Gewebe (einschließlich des Gehirns) enthält große Mengen an Glycerophospholipiden.
  • Andere Arten von Lipiden:
    • Cholesterine : Cholesterine sind die wichtigsten Vorläufer für verschiedene Hormone in unserem Körper wie Progesteron und Testosteron. Die Hauptfunktion von Cholesterin ist die Kontrolle der Zellmembranfluidität.
    • Steroid – siehe auch Steroidogenese : Steroide sind eines der wichtigen Signalmoleküle der Zelle.
    • Triacylglycerine (Fette) – siehe auch Lipolyse und Lipogenese : Triacylglyceride sind die wichtigste Form der Energiespeicherung im menschlichen Körper.
    • Fettsäuren – siehe auch Fettsäurestoffwechsel : Fettsäuren sind eine der Vorstufen für die Lipidmembran- und Cholesterinbiosynthese. Sie werden auch zur Energiegewinnung verwendet.
    • Gallensalze : Gallensalze werden von der Leber abgesondert und erleichtern die Fettverdauung im Dünndarm.
    • Eicosanoide : Eicosanoide werden im Körper aus Fettsäuren hergestellt und für die Zellsignalisierung verwendet.
    • Ketonkörper : Ketonkörper werden aus Fettsäuren in der Leber hergestellt. Ihre Funktion besteht darin, in Zeiten von Hunger oder geringer Nahrungsaufnahme Energie zu produzieren.

Verweise

Lipid+Stoffwechsel an der US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)