Biochemie- Seminar 6
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Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi Biochemie- Seminar 6 Verweise mit [L] beziehen sich auf „Biochemie und Pathobiochemie“ von Löffler, Petrides, Heinrich; 8. Auflage. Thema 1: Abbau und Synthese der Fettsäuren von Leif & Till - Lipide werden in 2 Hauptgruppen eingeteilt o einfach, nicht hydrolysierbar (durch Alkalibindungen) (Fettsäuren, Isoprenderivate, Steroide) o zusammengesetzt (Esterbindungen), hydrolysierbar (= „Verseifung“) (enthalten immer 1-3 Fettsäurereste die mit Alkohol verestert sind; Wachse, Acylglycerine, Phosphoglyceride, Sphingolipide, Cholesterinester) Funktionen der Lipide Energiespeicherung - Fettverbrennung ergibt höchste Energieausbeute (39,7 kJ/g) - Triaglycerine als Energiespeicher, Wärmeisolierung, Druckpolster - außerdem: Nahrungslipide enthalten essentielle Fettsäuren und fettlösliche Vitamine (Retinol, Calciferol, Tocophenol, Phyllochinon) Membranaufbau - besondere Bedeutung: Phosphoglyceride, Sphingolipide, Cholesterin Signalvermittlung - Regulation des Stoffwechsels, Wachstum und Differenzierungen - Steroidhormone, Prostaglandine, Leukotriene - auch beteiligt an Signaltransduktion Fettsäuren - [L] S.33 bestehen aus Kohlenwasserstoffkette und Carboxylgruppe; [L] Abb. 2.12 - meist eine gerade Anzahl von C- Atomen ungesättigte Fettsäuren mit einer oder mehreren Doppelbindungen Organismus kann ungesättigte Fettsäuren deren Doppelbindungen mehr als 9 C-Atome von Carboxylgruppe entfernt sind nicht synthetisieren müssen zugeführt werden (= essentielle Fettsäuren) o Linolsäure (Δ9,12-Octadecadiensäure); 2. Doppelbindung liegt 6 Cs vor dem ω-C, deshalb ω-6-Fettsäure o Linolensäure (Δ9,12,15-Octadecadiensäure); ω-3- Fettsäure Nomenklatur - C-Atome beginnend bei Carboxylgruppe mit arabischen Ziffern nummeriert; alternativ griechische Buchstaben: o CH2- Gruppe neben Carboxylgruppe ist α o CH3- Gruppe am Ende ist immer ω - Stellungen von Doppelbindungen durch Δ angegeben; Doppelbindungen sind immer isoliert -1- Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi Fettsäureabbau und Fettsäuresynthese - [L] S.403 Abbau - Fettsäuren werden durch β-Oxidation abgebaut o meiste Fettsäuren besitzen gerade Zahl von C-Atomen o werden durch sukzessiven Abbau am β-C-Atom verkürzt - können nur als Thioester mit CoA verstoffwechselt werden, da sie reaktionsträge sind Aktivierung zu Acyl- CoA durch Acyl-CoA- Synthetase: 1. Carboxylgruppe der Fettsäure + ATP Acyladenylat [+ Phosphatat] durch Acyl-CoASynthetase 2. Spaltung des Acyladenylat durch CoA Acyl-CoA und AMP (energiereiche Anhydrid- und energiereiche Thioesterbindung umgewandelt) - β- Oxidation gradzahliger Fettsäuren findet in 4 Schritten statt 1. Acyl-CoA-Dehydrogenase dehydriert Acetyl-CoA zu Δ2-trans-Enoyl-CoA [H+- Rezeptor ist FAD; FADH2] 2. Enoyl-CoA-Hydratase katalysiert Wasseranlagerung an Δ2-Enoyl-CoA L-3-Hydroxyacyl-CoA 3. L-3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase katalysiert dies mittels NAD+ zu 3-Ketoacyl-CoA [und NADH/H+] 4. β-Ketothiolase katalysiert Abspaltunng von Acetyl-CoA vom 3-Ketoacyl-CoA um 2 C-Atome verkürztes Acyl-CoA kann wieder in β-Oxidationszyklus eintreten vollständige Zerlegung möglich - β-Oxidation nur unter aeroben Bedingungen Energieausbeute: 1 mol Stearyl-CoA ergibt 113,3 ATP Stearyl-CoA + 8 FAD + 8 NAD+ + 8 H2O 9 Acetyl-CoA + 8 FADH2 + 8 NADH + 8 H+ - Passage der Mitochondrienmembran zur Matrix o [L] Abb. 12.9 o Hilfsenzym Carnitin- Acyltransferase Carnitinangebot hat bestimmenden Einfluss auf Geschwindigkeit der β-Oxidation - Abbau von Fettsäuren mit ungerader C-Atom-Zahl o β-Oxidation wie bei gradzahligen Fettsäuren o bei letztem Durchgang bleibt kein Acetyl-CoA übrig sondern aus 3 C-Atomen bestehendes Propionyl-CoA o Einschleusung von Propionyl-CoA in den Citratzyklus: [L] Abb. 12.10 1. Propionyl-CoA durch Propionyl-CoA-Carboxylase zu D-Methylmalonyl-CoA carboxyliert 2. Umlagerung zu L-Methylmalonyl-CoA durch Racemase 3. Vit. B12- katalysierte Umgruppierung der Substituenten Succinyl-CoA (kannn leicht oxidiert werden) -2- Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi - Fettsäureoxidation in Peroxisomen o ähnlich wie β-Oxidation mit einigen Einschränkungen und mechanischen Unterschieden für Enzyme o Einnschleusung von Acyl-CoA in Peroxisomen nicht Carnitin-abhängig o peroxisomale Acyl-CoA-Dehydrogenase [mit Cofaktor FAD] katalysiert folgende Reaktion: Acyl-CoA + O2 trans-Δ2-Enoyl-CoA + H2O2 o Peroxisomen enthalten keine Citratzyklus- Enzyme – Acetyl-CoA kann nicht zu CO2 abgebaut werden Transfer in mitochondrialen Matrixraum Aufbau - Biosynthese von gesättigten Fettsäuren findet im Cytosol statt [Abbau in mitochondrialer Matrix], benötigt Malonyl-CoA (aus Acetyl-CoA synthetisiert; [L] Abb. 12.14) - sämtliche Teilreaktionen werden von Fettsäuresynthase (s.u.) katalysiert - Prinzip: o Acetylgruppen werden aneinandergehängt, überschüssige H+- Atome werden durch NADPH oxidiert 1. Acetylrest von Acetyl-CoA wird an zentraler Sulfhydrylgruppe gebunden 2. Acetylrest wird auf periphere Sulfhydrylgruppe übertragen 3. jetzt wieder freie zentrale Gruppe übernimmt Malonylrest vom Malonyl-CoA 4. Ketoacyl-Synthase-Domäne der Fettsäuresynthase katalysiert Kondensation des Acetylmit dem Malonylrest Acetacetyl-Rest entsteht an zentraler SH- Gruppe 5. 1. Reduktion (NADPH/H+- abhängig) Acetacetylrest D-β-Hydroxybutyrylrest 6. Dehydratisierung D-β-Hydroxybutyrylrest Δ2-Enoylrest 7. 2. Reduktion (NADPH/H+- abhängig) Umwandlung des ungesättigten in einen gesättigten Acylrest - Zyklus wiederholt sich, bis Acylrest Länge von 16-18 C-Atome erreicht hat Unterschiede zwischen Aufbau und Abbau - Zwischenprodukte bei Aufbau sind D-Isomere, bei β-Oxidation L-Isomere Aufbau nutzt NADPH/H+, Abbau nutzt NADH/H+ Aufbau im Cytosol, Abbau im Mitochondrium Elongation - Kettenverlängerung nutzt Malonyl-CoA funktioniert wie Fettsäurebiosynthese, allerdings: Enzyme befinden sich im endoplasm. Retikulum Substrate liegen als Thioester mit CoA vor -3- Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi Aufbau der Fettsäuresynthase - [L] Abb. 12.17 homodimerer Komplex zweier multifunktioneller Proteine Untereinheiten enthalten alles nötige, können aber nicht allein arbeiten (korrekte Konformation nur als Dimer) katalytische Zentren: o Ketoacyl-Synthase (mit primärer SH-Gruppe) o Malonyl-CoA-ACP-Transacylase o Dehydratase o Enoyl- Reduktase o Acyl- Carrier- Protein o Thioesterase Regulation von Synthese und Abbau - - Geschwindigkeit der β-Oxidation wird maßgeblich von Aktivität der Carnitin-Acyl-Transferase 1 bestimmt (ermöglicht den Transport ins Mitochondrium); Regulation über: o Malonyl-CoA = Inhibitor [ist bei Synthese erhöht, deshalb wäre Abbau sinnlos] o langkettige Fettsäuren = Aktivator o Schilddrüsenhormone T3/T4 aktivieren ebenfalls Geschwindigkeit der Synthese wird durch Pyruvatdehydrogenase, Acetyl-CoA-Carboxylase und Fettsäuresythase reguliert o Pyruvatdehydrogenase: Insulin aktiviert [bei viel Glucose kann mehr Fett aus Glucose entstehen] Acetyl-CoA/CoA- bzw. NADH/NAD+- Quotientenänderungen hemmen o Acetyl-CoA-Carboxylase gehemmt durch Acyl-CoA aktiviert durch Insulin und Glucose o Fettsäuresynthase Insulin aktiviert langkettige, mehrfach ungesättigte Fettsäuren hemmen Desaturierung von Fettsäuren - - Umbau von gesättigten in ungesättigte Fettsäuren menschlicher Körper kann nur Palmitolein- und Ölsäure selbst synthetisieren Desaturasen liegen am endoplasmatischen Retikulum; Komplexe aus NADPH/H+-Cytochrom b5-Reduktase, Cytochom b5 und Desaturase o Elektronen von NADPH/H+ werden auf FAD übertragen FADH2 o Hämeisen im Cytochrom wird zur zweiwertigen Form reduziert o Übertragung der Elektronen von Eisen auf Eisenzentrum der Desaturase o 2 Elektronen reagieren mit Sauerstoff und gesättigtem Acyl-CoA o Doppelbindung und 2 Moleküle Wasser entstehen (2 Elektronen aus NADPH und 2 aus der Einfachbindung) Desaturasen können nur Doppelbindungen erzeugen die nicht weiter als Δ9 entfernt sind -4- Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi Thema 2: Bedeutung der Triacylglyceride von Ferdi - Große Bedeutung als interzelluläre Energiespeicher - Nicht in Plasmamembranen vertreten - Wesentlicher Bestandteil der Nahrungslipide, da mengenmäßig größter Anteil - Alle Zellen können TAGs lagern die dort als rasch verfügbare Energiespeicher dienen - Umfangreicher Energiespeicher = TAGs des Fettgewebes ( 95 % der Zellmasse) - Fettgewebe = 10-15% Körpergewicht Biosynthese von TAGs - Für Biosynthese müssen Fettsäuren und Glycerin aktiviert werden Glycerin - 2 Stoffwechselwege - 1. α – Glycerophosphat wird durch Reduktion von Dihydroxyacetonphosphat mit der α – Glycerophosphat – Dehydrogenase gewonnen ,überwiegend diese Art, siehe Glycolyse - 2. Leber, Niere, Darmmukosa und laktierende Mamma können alternativ Glycerin durch direkte ATP – abhängige Phosphorylierung durch Glycerokinase in α – Glycerophosphat umwandeln Synthese - Fettsäuren werden mithilfe von Acyl – CoA – Synthetase in Acyl – CoA umgewandelt - Glycerophosphat – Acyltransferase (GPAT) katalysiert Verknüpfung von 2 Molekülen Acyl – CoA mit α – Glycerophosphat zu zweifach acyliertem Glycerophosphat : Phosphatidsäure - Aus Phosphatidsäure wird durch Phosphatase die Phosphatidat – Phosphohydrolase , ein α,β – Diacylglycerin - Durch Diycalglycerin – Acyltransferase wird drittes Acyl – CoA angeheftet uns so Triacylglycerin gebildet - Höchste Aktivitäten im endoplasmatischen Retikulum - Erste Schritte mit Phospholipidbiosynthese identisch ( Verzweigungspunkt: Diacylglycerin und Diacylglycerin – Acyltransferase für TAG- Synthese spezifisch ) - Siehe [L] S. 402, Abb. 12.4. Abbau der TAGs Intrazellulärer Abbau - Lipolyse = TAGs werden zu Fettsäuren und Glycerin hydrololysiert und diese Spaltprodukte oxidiert oder in Stoffwechsel abgegeben - Fettsäuren zur Deckung des Energiebedarfs der meisten Zellen, außer ZNS-Zellen,Nieremark und Erythrozyten - Glycerin vorwiegen Leber und weniger Mukosazellen des Intestinaltraktes, siehe Synthese - Enzyme sind die Lipasen - 3 verschiedene Lipasen beteiligt: o Hormonsensitive Lipase ( HSL) o TAG – Lipase des Fettgewebes ( adipose triacylglycerin – Lipase, ATGL) o Monoacylglycerin- Lipase -5- Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi HSL - Bis jetzt am besten charakterisiert Kommt im Fettgewebe, Skelett, Herzmuskel, Gehirn, in pankreatischen β – Zellen, der Nebenniere,den Ovarien, den Testes und Makrophagen vor Molekülmasse 75 kDa, katalysiert Hydrolyse von Tri-,Di-, Monoacylglyceriden,Cholesterin und Retinsäuren Interkonvertierbares Enzym, wird durch c- AMP abhänige Phospohrylierung aktiviert und durch Dephosphorylierung inaktiviert Triacylglycerin– Lipase des Fettgewebes - Für den ersten Schritt der Lipolyse (TAG – Hydrolyse) veranwortlich - Kommt stark in weißem und braunen Fettgewebe und weniger stark im Skelett und Herzmuskel sowie Testes vor - Spaltet TAGs mit hoher Aktivität in Diacylglaycerine , geringe Aktivittät zu DI und Mono TAGs - Auch Transacylase Aktivität, katalysiert: Diacylglycerin + Diacylglycerin →Monacylglycerin + Triacylglycerin Diacylglycerin + Monoacylglycerin → Triacylglycerin + Glycerin - Überexpression steigert basale und Kathecholamin stimulierte Lipolyse - Bei Nahrungskarenz nimmt Aktivität stark zu - Bei Ausfall ATGL und HSL nimmt basale und stimulierte Lipolyse um 90 % ab Monoacylglycerin – Lipase - Aktivität bekannt , man weiß jedoch nicht was es tut - Schwierig das Enzym von Esterasen mit breiter Substratspezifität zu trennen Abbau von TAGs in Lipoproteinen - Physiologische TAG – Konzentration im Serum: 50 -150 mg - Stammen aus TAG-Resorbtion der Nahrungslipide und aus TAG Synthese der Leber - Im Serum von Triacylglycerin-reichen Lipoproteinen aufgenommen, v.a. Chylomikronen und VLDL und transportiert - Dann von Zellen aufgenommen - Dazu zweistufiger Vorgang o 1. Extrazelluläre Spaltung der TAG zu Fettsäuren und Glycerin o 2. Aufnahme Fettsäuren , ggf. Glycerin - Für Spaltung Lipoproteinlipase notwendig - Lipoproteinlipase: breite Spezifität,aus Fettgewebe und Skelettmuskulatur synthetisiert,aktiv nach Dimerisierung und Bindung an Heparansulfat-Proteoglykane - In Leber dazu noch hepatische Lipase - Fettsäuren liegen zum krößten Teil in Komplexen mit Albumin vor - Fettsäuren gelangen durch Diffusion und mit Hilfe spez. Transportproteine ( Carrier vermittelt) in die Membran - Diffusion ist besonders bei hohen Fettsäurekonzentrationen wichtig - Carrier-vermittelt durch versch Transportproteine: o Fettsäuretransportprotein(fatty acid transport protein, FATP): Familie von bis zu sechs Mitgliedern, mit Acyl-CoA-Synthetase Aktivität assoziert, also nicht nur Transport, sondern auch Aktivierung zum entsprechen Acyl CoA Derivat katalysieren o Fettsäuretranslokase ( Fatty acid translocase , FAT): ursprünglich CO 36 genannt,integrales Membranprotein vor allem im Herz und Skelettmuskel, im Fettgewebe und den Erythrozyten des Intestinaltraktes; bei Ausschaltung Reduktion Aufnahme dort, jedoch nicht in der Leber o Fettsäureprotein der Plasmamembran ( fatty acid binding proteinpm, FABPPM): ubiquitär vorkommendes Membranprotein, bindet Fettsäuren mit hoher Affinität, genaue Funktion beim Fettsäuretransport noch unklar -6- Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi Biosynthese der Phospatide - - Phospholipide sind Lipide, die eine Phosphatgruppe enthalten. wichtige Membranproteine 2 Gruppen von PL: Glycerophospholipide und Sphingolipide Glycerophospholipide: o Grundbaustein: Glycerin welches An der OH – Gruppe des C1 – Atoms über Phosphatgruppe mit namengebenden Alkohol verknüpft ist und An der OH –Gruppe der C Atome 2 und 3 mit langkettiger Fettsäure verstert ist Sphingolipide o Grundbaustein ist Ceramid (Sphingosin und langkettige Fettsäure) o Sphingomyelin ist wichtig Biosynthese der Glycerophospholipide - geht von Glycerin 3 – Phosphat aus - Glycerin 3-Phosphat kann auf 2 Arten gebildet werden: o Glycerin 3–phosphat-Dehydrogenase reduziert Dihydroxyacetonphosphat unter Verbrauch von NADH zu Glycerin 3-phosphat o Glycerin das beim TAG Abbau entsteht wird durch die Glycerin – Kinase unter ATP – Verbrauch zu Glycerin 3 – phosphat phosphoryliert - Von Glycerin 3-Phosphat augehend werden 2 Synthesewege unterschieden o Synthese von Cardiolipin: hier wird aktiviertes , mit einem Nukleotid gekoppeltes Diacylglycerin auf Glycerin 3 – phosphat übertragen o Synthese von Phosphatiddylcholin,-enthanolamin,-serin und – inositol: Glycrin 3phosphat wird in Phosphatidat umgewandelt, dazu überträgt Glycerin-3-phosphatAcyltransferase eine aktivierte Fettsäure (Acyl-CoA) auf C-Atom 1 des G3-phosphat, es entsteht Lysophosphatidat, dann übeträgt 1-Acylglycerin-3-phosphat weiteres Acyl-CoA auf C-Atom 2 und Phospatidat entsteht - Dann werden von Phosphatidat (im Folgenden: PD) ausgehend, die weiteren Phospholipide synthetisiert,Auswahl: o Phosphatidylinositol: PD wird mittels CTP(Glycerin-3-phosphat) zu CDP-1,2Diaxylglycerin aktiviert und der CMP-Rest durch Inositol ersetzt, Phosphatidylinositol wird durch zweimalige Phosphorylierung zu PIP2 o Phosphatiddyylethanolamin und Phosphatidylcholin: hier wird PD zu 1,2-Diaglycerin dephosphoryliert, auf dessen freie OH – Gruppe CDP-Enthanolamin bzw. CDP-Cholin übetragen, es kann auch Phosphatidylethanolamin aus Phosphatidylserin entstehen oder aus Phosphatidylcholin durch Methylierung Phosphatidylserin Phosphatidylserin entsteht aus Phosphatidylethanolamin, indem Ethanolamin gegen Serin usgetauscht wird o Cardiolipin entsteht durch Übertragung zweier Moleküle CDP-1,2-Diacylglacerin auf G-3-phosphat o Sphingolipide: Ceramid entsteht aus Sphingosin und einer Fettsäure o Sphingomyelin entsteht aus Ceramid und Phosphocholin o Cerebroside ensthen durch Übertragung eines UDP-Zuckers auf Ceramid o Ganglioside wie Cerebroside synthetisiert , dann aber anhängen weiter Zuckerreste durch Glykosyltransferasen im Golgi-Apparat -7- Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi Abbau der Phospatide - - Abbau der Glycerophospholipide erfolgt über die Phospholipase A1 und A2 o Abhängig von der Position des Glycerins (C-Atom 1 oder 2) o Dabei entstehen Lysophospholipide, welche von Lysophospholipase hydrolysiert werden Abbau der Sphingolipide: o Abbau des Sphingomyelin beginnt mit Abspaltung der Kopfgruppe ( Cholin oder Phosphocholin) durch Sphingomyelinasen, getriggert durch TNF-R1,Interferon-γ oder NGF o Es entsteht Ceramid das je nach Abbauort Signalkaskaden auslöst, die entweder zu Apotose (Lysosom) oder Zellproliferation bzw. Entzündung (Zellmembran) führen o Zum weiteren Abbau gehört auch Deacylierung des Ceramids zum Sphingosin und dessen Aufspaltung, Einzelheiten noch nicht bekannt Eicosanoide - - Vor allem Arachidonsäurederivate, aber auch Derivate mehrfach ungesättigter C-20 Fettsäuren Eicosanoide sind wichtige regulatorische Signalmoleküle für den menschlichen Organismus. Eicosanoide wirken lokal an der Stelle, wo sie gebildet werden Dazu gehören 2 Klassen: Prostaglandine und Thromboxane (Oberbegriff: Prostanoide), sowie Leukotrine Prostaglandine–Entzündungsmediatoren, vermitteln Schmerzempfindung und Schwellung. Thromboxane–Mitwirkung bei derBlutgerinnung, bewirken Konstriktionvon Arterien. Leukotriene–“Chemoattractant” für die Anlockungvon Leukozyten, wichtige Mediatoren bei entzündlichen Erkrankungen (Infektionen, Asthma, Rheumatoide Arthritis, etc..) Biosynthese,allg: o Arachidonsäure wird bei Bedarf durch Phospholipasen ( v.a. zytosolische Phospholipase A2, cPLA2) aus membrangebundenen Phospholipiden freigesetzt o Arachidonsäure ist lipohil, membrangängig, kann nicht in Vesiklen gespeichert werden) o Aktivität von cPLA2 wir d durch Ca2+ ( bei Erhöhung steigt Synthese) und Phosphorylierung reguliert o cPLA2 häufig durch extrazelluläre Signalmoleküle wie Hormone, (Bradykinin, Angiotensin 2), Wachstumsfaktoren (EGF -Phosphorylierung) und Entzündungungs fördernde Zytokine ( Interleukin-1β) aktiviert und so Synthese gefördert o Glucocorticoide induzieren Synthese von Lipocortin, welches cPLA2 und dessen Synthese hemmt o Läuft im endoplasmatischen Retikulum ab Biosynthese Prostaglandine und Thromoxan A2 o Gemeinsames Zwischenprodukt aller Prostaglandine = Prostaglandin H2; PGH2 o Durch PGH-Synthase gebildet, PGH-Synthase besitzt 2 Aktivitäten Zyklooxygenase (COX), lagert 2 Sauerstoffmoleküle an ADS an , PGG2 entsteht Peroxidase, reduziert Hyperoxidgruppe zur Hydoxylgruppe, PGH2 entsteht o Es gibt 2 Isoformen der PGH-Synthase: COX-1 und COX-2 COX-1 wird in den meisten Geweben konstitutiv exprimiert und reguliert über die Synthese von Prostaglandinen die Sekretion von Mucinen im Magen (protektive Funktion) COX-2 wird bei Entzündung und Fieber vermehr exprimiert o Aspirin hemmt unspezifisch COX und führt daher zu Magenbeschwerden, Vioxx und Celebrex hemmen spezifisch COX-2 und haben keine gastrointestinalen Nebenwirkungen, erhöhen jedoch das Thromboserisiko -8- Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi o - Beide Isoenzyme sind für die Homöostase und die Funktion vieler Organe(magen,Niere) essentiell, COX-2 ist auch noch für die Prostazyklinbiosynthese zuständig o PGH2 wird dann durch zellspezifische Enzyme modifiziert ( der Fünfring wird geändert), Reaktionsprodukte nach Modifikationen bezeichnet o Prostaglandine D,E,F,I(Prostazyklin): bei ihnen bleibt Fünfring erhalten, von vielen Geweben gebildet (z. Bsp.: Nierenepithelien,Granulosazellen des Ovars, Belegzellen des Magens) o Thromoxan A2: wird vornehmlich von Thrombozyten gebildet und enthält Sechsring Biosynthese der Leukotrine o Werden hauptsächlich von Mastzellen, Granulozyten und Makrophagen gebildet o Synthese unter Katalyse der 5-Lipoxygenase, welches am c5-Atom der ADS eine Hyperoxidgruppe einführt die zu Epoxidgruppe reagiert o Dadurch entsteht Leukotrien A4 (LTA4), Spaltung mit Wasser – LTP4,Adition mit Glutathion – LTC4, LTC4 Abspaltung von Glutamat bzw. Glutamat und Glycin – LTD4,LTE4 o LTC4,LTD4 und LTE4 = Cysteinylleukotrine Regulation der Lipogenese - - - Lipogenese = Synthese der TAG TAG entsteht an verscheiden Organen unterschiedlich und wird deswegen unterschiedlich reguliert Darmmukosa: o Aus resorbierten 2-Monoacylglycerinen,freien Fettsäuren, sowie teilweise auch aus freiem Glycerin abhängig vom Fettgehalt werden TAG resynthetisiert o Ausmaß der Synthese vom Substratangebot bestimmt Adipozyten o Resynthese: Lipoproteine zu Glycerin und freien Fettsäuren hydrolysiert, Hydrolyseprodukte von Adipozyten resorbiert und zur Resynthese verwendet o Neusynthese: durch Insulin massiv stimuliert, es erleichtert durch den Einbau von GLUT4 in die Plasmamembran die Aufnahme von Glucose, Glucoseabbau zur Bereitstellung von G-3-phosphat,Pyruvat-Dehydrogenase synthetisiert in Mitochondrien Acetyl-CoA , für die Synthese von Fettsäuren Leber o Neusynthese hängt von stoffwechselphysiologischen Bedingungen ab, wenn viele Fettsäuren über Nahrung aufgenommen werden wird TAG-Neusynthese weitgehend unterdrückt, bei fettarmer Nahrung dagegen stimuliert , auch hier Glycerin und Acetyl-CoA aus Kohlenhydratstoffwechsel o Man vermutet das in der Leber das Enzym Stearoyl-CoA-Desaturase an Regulation beteiligt ist, es katalysiert Bildung einfach ungesättigter Ölsäure aus Stearinsäure, wenn gehemmt keine Fettsäure mehr für Synthese -9- Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi Regulation der Lypolyse - - - Lipolyse der Adipozyten ist in die Regulation des Energiestoffwechsels eingebunden Wenn Energiebedarf im Organsimus steigt o wird Adrenalin ausgeschüttet o Adrenalin bindet an β2-Rezeptoren und löst dadurch Aktivierung von Adenylatcyclase und erhöhte cAMP Konzentration aus o cAMP = ausgehend von ATP synthetisiert intrazelluläres Hungersignal, Steigerung der Lipolyse in den Adipozyten Wenn Angebot an Energieträgern im Blut steigt o Wird im Pankreas Insulin ausgeschüttet o Insulin aktiviert unter anderem Phosphodiesterase, das den Abbau des cAMP katalysiert, Hemmung der Lipolyse in den Adipozyten cAMP regelt Zugänglichkeit der Lipide für die hormonsensitive Lipase im Ruhezustand sind Lipidtropfen der Adipozytenvon Perilipin umgeben, cAMP aktiviert die Proteinkinase A die Perilipin und hormonsensitive Lipase phoshoryliert phosphyriliertes Perilipin löst sich von Lipidtropfen sodass sich die phosphorylierte hormonsesitive Lipase anlagern kann das heißt dann Regulation durch Translokation IM LÖFFLER SIND DAZU TAUSEND ABBILDUNGEN: WELCHE WIR VERWENDEN SOLLEN IST MIR UNKLAR! - 10 - Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi Thema 3: Ketonkörper von Enno Verweise mit [L] beziehen sich auf „Biochemie und Pathobiochemie“ von Löffler, Petrides, Heinrich; 8. Auflage, [BdM] „Biochemie des Menschen“ von Horn; 3. Auflage Bedeutung von Ketonkörpern - - - kleine Moleküle, die bei länger anhaltendem Nahrungsmangel aus Acetyl-CoA gebildet werden ausschließlich in Leber gebildet bei Nahrungsmangel wenig Glucose im Blut viel Lipolyse o durch -Oxidation massenhaft Fettsäuren in Leber abgebaut o entsteht viel Acetyl-CoA Acetyl-CoA nicht membrangängig in Ketonkörper umgewandelt o gut membrangängig, gut in Blut löslich o in alle extrahepatischen Gewebe transportiert (v.a. ZNS, Herz, Skelettmuskeln) Zellen nehmen Ketonkörper auf wieder in Acetyl-CoA umgebaut in Citratzyklus eingeschleust Leber kann Ketonkörper bilden, aber nicht selbst nutzen o Erythrozyten können sie auch nicht nutzen Ketonkörper = lebenswichtiger Glucoseersatzstoff (Energiespender) bei Nahrungsmangel - v.a. für ZNS wichtig o Gehirn benötigt ca. 150 g Glucose / d o beim Fasten nur ca. 50 g Glucose zur Verfügung o Differenz durch Abbau von Ketonkörpern kompensiert o Gehirn nach 1-2 d auf Nutzung von Ketonkörpern umgestellt Biosynthese von Ketonkörpern (Ketogenese) - zu den Ketonkörpern zählen 3 Metabolite: o Acetoacetat & -Hydroxybutyrat wichtige Energielieferanten für ZNS, Skelett- & Herzmuskel o Aceton Im Stoffwechsel keine Bedeutung, wird über Urin und Atemluft unverändert abgegeben für Diagnostik genutzt - da Leber Ketonkörper nicht nutzen kann ständiger Fluss zu extrahepatischen Gewebe Biosynthese findet in Mitochondrien der Hepatozyten statt dreistufige Reaktion: 1. Umkehrung der Reaktion der -Ketothialase (letztes Enzym in -Oxidation von Fettsären) o aus 2 Molekülen Acetyl-CoA entsteht ein Acetoacetyl-CoA + CoA 2. -Hydroxy--Methylglutaryl-CoA-Synthase (HMG-CoA-Synthase) o katalysiert Anheftung von weiterem Acetyl-CoA an Carbonyl-Kohlenstoff von Acetoacetyl-CoA -Hydroxy--Methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) + CoA - 11 - Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi 3. HMG-CoA-Lyase o spaltet ein Acetyl-CoA von HMG-CoA ab Acetoacetat Synthese von -Hydroxybutyrat o Großteil des Acetoacetats mit NADH reversibel zu -Hydroxybutyrat reduziert o katalysiert durch -Hydroxybutyrat-Dehydrogenase Bildung von Aceton o durch spontane nicht-enzymatische Decarboxylierung aus Acetoacetat - Acetoacetat und -Hydroxybutyrat ins Blut abgegeben -Hydroxybutyrat ist Ketokörper mit höchster Konzentration im Blut - [L] S. 409 Abb. 12.12 Abbau von Ketonkörpern - entspricht dem letzte Schritten der -Oxidation findet in Mitochondrien der Zielzellen statt 1. Abbau geht von Acetoacetat aus o ggf. -Hydroxybutyrat durch -Hydroxybutyrat-Dehydrogenase hergestellt dabei 1 NADH+H+ freigesetzt in Atmungskette 2. Übertragung eines CoA von Succinyl-CoA (aus Citratzyklus) auf Acetoacetat o es entsteht Acetoacetyl-CoA o katalysiert durch Succinyl-CoA-Acetacetyl-CoA-Transferase o (Succinat weiter in Citratzyklus abgebaut) 3. Spaltung von 1 Molekül Acetoacetyl-CoA 2 Acetyl-CoA o katalysiert durch Acetoacetyl-CoA-Thiolase (aus -Oxidation) o Acetyl-CoA geht in Citratzyklus ein - [BdM] Abb. S. 144 - in Leber keine Succinyl-CoA-Acetacetyl-CoA-Transferase exprimiert Ketonkörper können nicht abgebaut werden im Gehirn kein Fettsäure-Abbau zur Energiegewinnung, da FS Blut-Hirn Schranke nicht passieren können o Ketonkörper können durch Blut-Hirn-Schranke o Gehirn hat aber erst nach 1-2 Tagen genug Succinyl-CoA-Acetacetyl-CoA-Transferase zum Abbau von Ketonkörpern exprimiert - - 12 - Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi pathophysiologische Bedeutung von Ketonkörpern - normale Ketonkörper-Konzentration im Blut ist 2 mg/dl bei Hunger bis 100 mg/dl möglich (metabilische Ketoazidose) Ketoazidose - Stoffwechselentgleiung durch zu hohe Konzentration von Ketonkörpern im Blut - Ursache ist starke Unterversorgung des Organismus mit Energie - - zur Energiegewinnung wird Fett abgebaut o Abbau der Fettsäuren (β-Oxidation) zu Acetyl-CoA mit Oxalacetat zum Citrat in Citratzyklus eingeschleust auf anderen Seite benötigen bestimmte Organe Glucose als Energielieferant o in Gluconeogenese aus Oxalacetat aufgebaut - Oxlacetat für beide Wege benötigt Konkurrenz um Oxalacetat o Oxalacetat stärker in Gluconeogenese eingeschleust o dadurch fehlt zur Einschleusung von Acetyl-CoA es in Citratzyklus o daher nun überschüssiges Acetyl-CoA in Ketogenese in Ketonkörper überführt o in den Organen nach Umstellphase als alternative Energiequelle genutzt - plötzlich gesteigerte Synthese von Ketonkörpern führt zum massiven Anstieg der Ketonkörper-Konzentration im Blut o u.a. bei Diabetes mellitus, Hunger, Ende der Schwangerschaft Ketonkörper -Hydroxybutyrat und Acetoacetat sind Derivate der -Hydroxybuttersäure und Acetessigsäure entsprechend ihrer Konzentration sinkt der pH-Wert des Blutes - Diabetes mellitus - Hunger-ähnlicher Zustand - Insulin = Hormon, dass die Lipogenese antreibt Fett in Adipozyten gehalten - krankhafter Insulinmangel massiver Anstieg der Lipolyse stark steigende Ketonkörper-Produktion Körper kann diese Mengen an Ketonkörpern nicht verbrauchen Anstieg der Ketonkörper-Konzentration im Blut metabolische Ketoazidose - 13 - Biochemie- Seminar 6 Erarbeitet von Leif, Till, Enno, Ferdi lysosomale Speicherkrankheiten - ca. 45 versch. Krankheiten bekannt, meist monogenetisch bedingt fehlen von spezifischen lysosomalen Enzymen, Aktivator- oder Transportproteinen Störung des Abbaus in Lysosomen bzw. Transport von Abbauprodukten ins Cytoplasma Ablagerung von nicht mehr abbaubaren Sphingolipiden v.a. in ZNS, Lebe und peripheren Makrophagen Morbus Gaucher - Aktivität der sauren -Glucosidase stark vermindert o gezielte Endozytose in Makrophagen gestört - durch Substitutionstherapie behandelbar (enzym replacement therapy, ERT) Niemann-Pick’schen Erkrankung Typ C - Cholesterin ist in den Lysosomen nicht abbaubar - durch Transportproteine NPC1- und NPC2 zum ER und Plasmamembran transportiert - NPC1- und NPC2 bei dieser Erkrankung defekt Cholesterin und Sphingolipide in lysosomalen Kompartimenten gespeichert - v.a. ZNS betroffen - auch Synthese von Neurosteroiden gestört neurologische Defekte Mukopolysaccharidosen - führen zur Speicherung von Glycosaminoglykanen durch Mangel der enstprechenden Hydrolasen o schwere Skelettdeformitäten und Defizite der Sinnesorganfunktion u./o. der Gehirnfunktion Sanfilippo Erkrankung o Abbau von Heparansulfat gestört Verhaltungsstörungen, progrediente corticale Neurodegeneration und Demenz Mukolipidosen o Bsp: „I-cell desease“ Störung der Bildung von M6P-Resten in lysosomalen Hydrolasen in mesenchymalen Gewebe nahezu keine lysosomalen Hydrolasen Bindegewebsdefekte, groben Gesichtszügen, Gingivahyperplasie, Corneatrübung, Kardiomegalie, motorische Störungen, mentale Retadierung tödlich vor dem 8. Lebensjahr - 14 -
