Stoffklasse: LIPIDE
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Stoffklasse: LIPIDE Funktionen in der Zelle Industrielle Nutzung Zellmembranen Speicherstoffe Strukturelle Lipide Pigmente Signalstoffe, Hormone R1 R2 3 2 21 A 5 N D 17 17 24 N 15 COOR6 E 13 2 H R4 R5 8 R3 9 10 N 11 23 14 16 1 172 173 N 22 Mg 19 18 B 6 20 H 7 4 1 21 C 12 13 121 13 1 O Biochemie der Pflanzen G. Richter Biochemistry and Molecular biology of Plants, Buchanan Gruissem Jones Anteilsmässige Verteilung in der Pflanzenzelle von Arabidopsis Lipide -Struktur -einfache, nicht hydrolisierbare Lipide: -komplexe, hydrolisierbare Lipide: -Fettsäuren, Polyisoprenide -Glycerolipide, Shingolipide -Biosynthese: -Eigenschaften: -Fettsäuresynthese: Acyl Carrier Protein, Desaturation -essentielle ungesättigte Fettsäuren -Synthese -Löslichkeit, Organisation -Lipid-Analytik : -Chromatographie -Fettsäuren -Membranlipide: -Massenspektroskopie -Funktion -Signalstoffe -Pigmente -Hormone -Lipiddoppelschicht: Fluidität, Formfaktoren -Triacylglycerol -Industrielle Nutzung -IEP -Carotenoide -Jasmonat, Abscisinsäure -Strukturelle Lipide -Wachse -Membrankomponenten -Energiespeicher Strukturen 1. Zusammengesetzte Lipide: Glycerolipide Phospholipid Glycolipid Sphingolipide Glucocerebrosid 2. Einfache, nicht hydrolisierbare Lipide: Vorstufe: Carotenoide: Energietransduktion, Photoprotektion 1. Zusammengesetzte Lipide: Triacylglycerol Lipidbiosynthese findet in mehreren Kompartimenten statt Fettsäureabbau Fettsäuresynthese Phospholipidsynthese Fettsäuren -Biosynthese: Fettsäuresynthese im Überblick Schlüsselreaktionen 1. 2. 3. Synthese von Malonat Kondensation Acetyl-SFAS + Malonyl-ACP Desaturierung -Physiologische Rolle ungesättigter Fettsäuren -Verteilung in Organellmembranen -Membranenfluidität essentielle Fettsäuren - Gesättigte Fettsäuren ω9 Nomenclatur Fettsäuren • ∆9 • • • Ölsäure (18:1) ∆9c oder ω9 C18H34O2 • Anzahl der Kohlenstoffatome →18 Zahl der Doppelbindung →18:1 Ort der Doppelbindung →18:1∆9 Cis oder Trans →18:1∆9c Ort der Doppelbindung relativ zur ersten Kohlenstoff der Carbonsäure (∆9) oder zur terminalen Methylgruppe (ω Kohlenstoff) → ω9 Vereinfachtes Schema der De-novo Fettsäuresynthese im Chloroplast und Export in das Cytosolische Kompartiment Acetyl-CoA→Malonyl-CoA Acetyl-ACP Malonyl-ACP 4:0-ACP 6:0-ACP 12:0-ACP Chloroplast Cytosol 12:0 12:0-S-CoA 16:0-ACP 16:0 16:0-S-CoA 18:0-ACP 18:0 18:0-S-CoA 18:1-ACP 18:1 18:1-S-CoA 14:0-ACP Fettsäuresynthese wird eingeleitet durch die Synthese von Malonyl-CoA: Carboxylierung von Acetyl-CoA Kettenverlängerung durch Kondensation von Acyl-ACP und Malonyl-ACP Decarboxylierung der Alkyl-Malonyl-treibt Reaktion Acyl Carrier Protein 3D NMR Struktur des ACP aus Mycobacterium Fettsäuresynthese: Einbau von Doppelbindung: Synthese von 18:1 im Chloroplasten als Vorstufe aller ungesättigten C18 Fettsäuren Acetyl-CoA→Malonyl-CoA Acetyl-ACP Malonyl-ACP 4:0-ACP 6:0-ACP 12:0-ACP Chloroplast Cytosol 12:0 12:0-S-CoA 16:0-ACP 16:0 16:0-S-CoA 18:0-ACP 18:0 18:0-S-CoA 18:1-ACP 18:1 18:1-S-CoA 14:0-ACP Desaturierung der Fettsäuren durch Stearoyl-ACP ∆9 Desaturase Oxidation ist an Aktivierung von O2 gebunden Zusammenfassung • • Lipidstrukturen: zusammengesetzte Lipide: bestehen aus Bausteinen aus unterschiedlichen Biosynthese wegen: Beispiel Glycerolipide: Glycerin+Fettsäure Fettsäurebiosynthese: -findet im Chloroplasten statt -Synthese von Malonyl-CoA (Carboxylierung von AcetylCoA) initiert Fettsäuresynthese -Kondensation von Acetyl-S-FAS und Malonyl-CoA treibt Fettsäuresynthese -Produktion von ungesättigten Fettsäuren durch Desaturasen: Koordinationszustände des binuklearen Eisenzentrums als Grundlage für die durch O2 betriebene Katalyse Stearoyl-ACP∆9-Desaturase: 3D Struktur Aktive Zentrum Nicht-Häm Dieisen Zentrum Aktive Zentrum der Desaturase: Nicht-Häm Di-Eisenzentrum 2 Histidin und 4 Glutamat Liganden Katalytischer Mechanismus der FAD 5. Abspaltung des H Es entsteht ein Radical der Fettsäure 4. Spaltung des O2, Oxidation zum aktivierten diferryl Fe (FeIV) Intermediate 3. Bindung von O2 führt zum peroxo Intermediate (FeIII) 6. Abspaltung des benachbarten H, Doppelbindung Anlagerung des Substrats 18:0 Acyl~ACP 2. Reduktion zum Diferrous Fe (FeII) 1. Ruhezustand: Diferric Fe (FeIII), µ-oxo ‚Near attack configuration‘: Substrat Konformation ähnlich zu Übergangzustands Reactions of diiron enzyme steroyl acyl carrier protein desaturase. Fox et al. Acc. Chem Research 2004 Desaturasen in ER sind Membranproteine • Nur Pflanzen haben lösliche Desaturasen • Acyl-ACP ist Substrat (und nicht z.B. AcylCoA oder Phospholipide) • NADPH liefert Reduktionsequivalente zur Ferredoxin • Ferredoxin liefert Reduktionsequivalente an Desaturase • In Anwesenheit von O2 werden H Atome am C9 and C10 entfernt • Oxidationsreaktion O2 + 4e- +4H+ → 2H2O Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (Polyensäuren) Mutationen der FADs in Arabidopsis zeigt Spezifität und Lokalisation der Enzyme für Acyl-Ketten In Pflanzen sind die mehrfach ungesättigte Fettsäuren essentiell für autotrophes Wachstum Lipide in Chloroplastenmembranen Fetter Fische: Eicosapentaensäure Pflanzen: Rapsöl, Leinöl Zusammenfassung • • • • Lipidstrukturen: zusammengesetzte Lipide: bestehen aus Bausteinen aus unterschiedlichen Biosynthese wegen: Beispiel Glycerolipide: Glycerin+Fettsäure Fettsäurebiosynthese -findet im Chloroplasten statt -Synthese von Malonyl-CoA (Carboxylierung von AcetylCoA) initiert Fettsäuresynthese -Kondensation von Acetyl-S-FAS und Malonyl-ACP treibt Fettsäuresynthese (Schrittmacherreaktion) -Desaturierung: Produktion von ungesättigten Fettsäuren durch Desaturasen: Koordinationszustände des Di-Eisenzentrums als Grundlage für die durch O2 betriebene Katalyse Mehrfach ungesättigte Fettsäuren sind essentiell für photoautotrophes Wachstum Essentielle Fettsäuren für Säugetiere: z.B. Linolsäure als Vorstufen für Eicosanoide
