Fettsäure

Biosynthese von monocarboxylischen geradkettigen gesättigten FettsäurenBearbeiten

Kurzkettige gesättigte FettsäurenBearbeiten

Kurzkettige Fettsäuren (C4-C11) können über drei alternative Wege biosynthetisiert werden:

(a) Durch Homologation von α-Ketosäuren aus Brenztraubensäure mit anschließender oxidativer Decarboxylierung. b) Durch oxidative Spaltung von Δ9-Säuren, z. B. Nonansäure aus der oxidativen Spaltung von Ölsäure. c) Durch kurzkettige Fettsäuresynthasen. So wird z. B. Hexansäure, die von vielen Pilzen für die Aflatoxin-Biosynthese verwendet wird, von einer Hexanoyl-CoA-Synthase gebildet.

Mittelkettige gesättigte FettsäurenEdit

Mittelkettige Fettsäuren (C12-C14) können auf zwei alternativen Wegen biosynthetisiert werden:

a) Durch β-Oxidation von Standard-Fettsäure-Teiloxidation. b) Durch mittelkettige Fettsäure-Synthasen.

Ungeradkettige FettsäurenEdit

Ungeradkettige Fettsäuren (C13-C33) können auf drei alternativen Wegen biosynthetisiert werden:

a) Durch partielle β-Oxidation von längerkettigen ungeraden Fettsäuren. b) Durch ungeradkettige Fettsäuresynthasen, wobei Propionyl-CoA anstelle von Acetyl-CoA als Initiator verwendet wird. c) Durch α-Oxidation.

PalmitinsäurenBearbeiten

Die Standard-Fettsäure-Synthasen (FAS) sind die für Palmitinsäure. Der erste Schritt der Fettsäurebiosynthese ist die Synthese von Palmitinsäure, einer gesättigten Fettsäure mit 16 Kohlenstoffatomen; die anderen Fettsäuren werden durch Modifikationen der Palmitinsäure gewonnen. Der menschliche Körper kann fast alle Fettsäuren, die er benötigt, durch eine Kombination verschiedener Oxidations- und Verlängerungsmechanismen aus Palmitinsäure synthetisieren.

Palmitinsäure wird im Zytosol der Zelle durch die Wirkung des multienzymatischen Polypeptids Fettsäure-Synthase durch Addition von zwei Kohlenstoffeinheiten, die von Acetyl-Coenzym A geliefert werden, sequenziell synthetisiert; der gesamte Prozess verbraucht 7 ATP und 14 NADPH; die Gesamtreaktion verläuft wie folgt:

8 Acetyl-CoA + 14 (NADPH + H+) + 7 ATP → Palmitinsäure (C16) + 8 CoA + 14 NADP+ + 7 (ADP + Pi) + 6 H2O

Die Hauptquelle für Acetyl-CoA ist Citrat (siehe Krebs-Zyklus), das durch einen spezifischen Transporter in der inneren Mitochondrienmembran aus der Mitochondrienmatrix in das Cytosol transportiert wird; Im Zytosol wird Citrat in Oxalacetat und Acetyl-CoA gespalten, eine Reaktion, die 1 ATP verbraucht. Die Reduktionskraft in Form von NADPH wird über den Pentosephosphatweg bereitgestellt.

In Wirklichkeit werden die nacheinander angefügten Zweikohlenstoffeinheiten durch Malonyl-CoA bereitgestellt, das wiederum durch das Enzym Acetyl-CoA-Carboxylase synthetisiert wird, das eine Carboxylgruppe an Acetyl-CoA anfügt.

Langkettige FettsäurenBearbeiten

Sie werden durch die Wirkung von Elongasen gebildet, wobei die Kettenlänge der Palmitinsäure durch Kondensation von Malonyl-CoA-Molekülen vergrößert wird (Elongation). Bei diesem Prozess, der im endoplasmatischen Retikulum und in den Mitochondrien stattfindet, werden zwei Kohlenstoffeinheiten an die C16-Kette der Palmitinsäure angehängt, wodurch Fettsäuren bis C24 entstehen.

Ungesättigte FettsäurenBearbeiten

Einfach ungesättigte FettsäurenBearbeiten

Durch Entsättigung, die im endoplasmatischen Retikulum stattfindet, werden cis-Doppelbindungen in die Kohlenwasserstoffkette gesättigter Fettsäuren eingeführt; der Prozess ist komplex und umfasst NADPH, Cytochrom b5 und verschiedene Enzyme (wie Desaturasen). Die erste Entsättigung erfolgt an der 9-Position, um das cis-Isomer zu bilden. 9-Desaturasen sind universell in lebenden Organismen, insbesondere diejenige, die Ölsäure produziert. Fettsäuren mit α,β-Ungesättigtheit am α,β-Carboxyl werden durch partielle β-Oxidation hergestellt.

Acetylenische FettsäurenBearbeiten

Sie werden durch spezielle Desaturasen, Acetylenasen genannt, hergestellt, um Alkine zu produzieren. Ein Beispiel für diese Art von Säure ist die Tarinsäure.

Mehrfach ungesättigte FettsäurenBearbeiten

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren werden nur von einigen Organismen biosynthetisiert (z. B. können viele Tiere mehrfach ungesättigte Fettsäuren nicht biosynthetisieren und müssen verzehrt werden). Ölsäure kann ein-, zwei- oder dreifach ungesättigt sein und diese mehrfach ungesättigten Derivate können weiter verlängert werden. Die Biosynthese von Eicosapentaensäure erfolgt beispielsweise nicht durch die mehrfache Ungesättigtheit von Arachinsäure, sondern durch die mehrfache Ungesättigtheit von Ölsäure, gefolgt von einer Dehnung und zwei weiteren Ungesättigtheiten.

ReduktionsderivateBearbeiten

Durch Reduktion der Carboxylgruppe oder durch Decarbonylierung können entstehen:

– Fettalkohole und Aldehyde

OxidationsderivateBearbeiten

(a) Katabolismus durch β-Oxidation

Eine der Hauptfunktionen von Fettsäuren ist die Energieversorgung der Zelle; aus Triglyceridablagerungen setzen Lipasen Fettsäuren frei, die in der Mitochondrienmatrix in Zweikohlenstoffeinheiten in Form von Acetyl-CoA gespalten werden, ein Prozess, der als β-Oxidation bekannt ist; Acetyl-CoA gelangt in den Krebszyklus und NADH und FADH2 in die Atmungskette.

(b) Hydroxylierungs- und Peroxylierungsprodukte

Diese werden durch die Wirkung von 5-Lipoxygenasen und Hydroxylasen gebildet, z. B. Leukotriene, Hepoxylins, Neuroprotectine, acetylenische Alkohole und Resolvine.

(c) Epoxidationsprodukte

Gebildet durch Einwirkung von Monooxygenasen auf Insättigungen, wie z. B. Vernolsäure.

(d) (Alkylfuranyl)acylcarbonsäuren

Gebildet durch Einwirkung von Lipoxygenasen in nicht konjugierten diallylischen Systemen. Z. B. Wyeron, Fettsäuren und Urophaninsäuren.

(e) Lactone

Viele Fettsäuren werden durch intramolekulare Veresterung hydroxyliert und bilden dabei Lactone, wie die flüchtigen Lactone und die Cucujolide.

(f) Spirocetale

Viele Fettsäuren werden reduziert und bilden komplizierte spirocetalartige Strukturen. Diese wirken oft als Insektenpheromone, z.B. Chalkograne.

(g) Oxidative Spaltprodukte

Die Wirkung von Lipoxygenasen kann zu Spaltungen in Fettsäureketten führen, um zyklische Kohlenwasserstoffe (Hormosyrene), Aldehyde (Folsäurealdehyde) oder Dicarbonsäuren (Traumsäure) zu bilden.

Verzweigte FettsäurenBearbeiten

Verzweigte Fettsäuren können verschiedene biosynthetische Ursprünge haben:

(a) Isoalkyl- und Anteisoalkylcarbonsäuren: Diese verwenden Isobuttersäure, 2-Methylbuttersäure und Isovaleriansäure, die aus dem Katabolismus von Valin, Isoleucin bzw. Leucin stammen, als Initiationseinheiten. b) Methylcarbonsäuren: Sie werden durch SAMe-Methylierung von ungesättigten Säuren gebildet. Z.B. Tuberkulostearinsäure. c) Polymethylierte Säuren: entstehen durch aufeinanderfolgende Kondensationen von Methylmalonyl-CoA, das aus Propionyl-Coenzym A gewonnen wird.

FettsäurekondensationsprodukteEdit

a) Alkyltetronate und Alkylbernsteinsäureanhydride: Canadensolid. (b) Nichtadride, wie Rubratoxin; (c) Acylone und 2-Alkyl-2-acetylsäuren, wie Palmiton und Corynomycolsäure; (d) Makroketone, wie Civeton; (e) Alkyltricarbonsäuren, wie Agarinsäure; (f) Sphingoide, wie Sphingosin; (g) Lipstatin.

Annonaceous acetogeninsEdit

Annonaceous acetogenins are derived from the formation of tetronic acids from polydeoxy acids. Z.B. Uvaricin

ω-cyclische FettsäurenBearbeiten

a) ω-Cyclopentenylalkylcarbonsäuren, wie z.B. Hydnocarpinsäure. b) ω-Cyclocyclohexylalkylcarbonsäuren. c) ω-Cycloheptylalkylcarbonsäuren. d) ω-Arylalkylalkylcarbonsäuren. (e) Hachijodine

Endozyklische FettsäurenEdit

(a) (Alkylcyclopropyl)alkylcarbonsäuren, wie z. B. Malvalinsäure. (b) Produkte perizyklischer Reaktionen, wie z. B. Endiandrinsäure. (c) Prostanoide, die durch endozyklische Zyklisierung unter Einwirkung von Cyclooxygenasen entstehen. – Prostaglandine – jasmonoids. – Eclonialactone. – Thromboxane.

FettsäureesterBearbeiten

(a) einfache Ester (b) Hydroxyfettsäureester (c) Glycerinester

– Acylglyceride- Phosphatidate- Plasmalogene

d) Fettamide e) Acylhomoserinlactone f) Sphingolipide

– Ceramide- Ganglioside- Cerebroside- Capnoide

g) Cyanolipide