Lipide

Werbung
Biochemie-Protokoll
Gruppe 1
LIPIDE
13.05.16
Julia Gnann & Christoph Hartmann
Einleitung
Lipide
(von griech.: lipos = Speck). Sammelbezeichnung für strukturell sehr unterschiedliche, in allen Zellen
vorkommende Stoffe mit übereinstimmenden Lösungseigenschaften: L. sind im allg. in Wasser
unlöslich, amphiphile L. können jedoch Kolloide, Micellen od. flüssig-kristalline Phasen bilden; mit
wenig polaren organischen Lösungsmitteln wie Benzol, Ether, Chloroform oder Chloroform-Methanol
sind sie aus tierischem oder pflanzlichem Gewebe extrahierbar. Zu den L. gehören die eigentlichen
Fette u. die fettähnlichen Stoffe.
Die L. können aufgrund verschiedener Strukturmerkmale in drei unterschiedliche Gruppen eingeteilt
werden
Triacylglyceride
Bezeichnung für Ester des Glycerins, dessen drei Hydroxy-Gruppen durch Carbonsäuren verestert
sind. Die natürlich vorkommenden Fette und fetten Öle sind T. („Neutralfette“), die in der Regel
verschiedene Fettsäuren enthalten.
T. werden mit der Nahrung aufgenommen, können aber auch aus Kohlenhydraten synthetisiert
werden. Sie werden als Energiespeicher in großen Mengen im Fettgewebe gespeichert.
Glycerinphosphatide, Sphingolipide
Bei Phosphoglyceriden ist die dritte Hydroxylgruppe des Glycerins mit Phosphorsäure verestert. Die
Einführung der Phosphorsäure an die dritte Position erzeugt ein Asymmetriezentrum an C2 (natürliche
Phosphoglyceride gehören der L-Reihe an). Die Posphoglyceride sind amphiphile Verbindungen, d.h.
daß in dem Molekül hydrophobe (Fettsäuren) und hydrophile (Phosphorsäure) Bestandteile
miteinander verknüpft sind.
Bei den Sphingolipiden übernimmt der Aminoalkohol Sphingosin die Rolle des zugrundeliegenden
Alkohols.
Sphingolipide sind ebenso wie Phosphoglyceride essentielle Bestandteile der Zellmembranen.
Isoprenoidlipide
Isoprenoidlipide entstehen durch Polymerisierung von Isopren = 2-Methyl-1,3-Butadien. Dabei
entstehen einkettige Moleküle, die cyclisieren können. Auch Steroide sind Derivate des Isoprens,
deren Hauptvertreter Cholesterin ist.
Fettsäuren
Gruppenbezeichnung für aliphatische, gesättigte Carbonsäuren mit nahezu ausschließlich
unverzweigter Kohlenstoff-Kette. F. mit 1–7 C-Atomen werden als niedere, solche mit 8–12 C-Atomen
als mittlere u. solche mit mehr als 12 C-Atomen als höhere F. bezeichnet. In Wasser lösen sich die F.
mit bis zu 4 C-Atomen (Ameisensäure bis Buttersäure) in beliebigen Verhältnissen. Die höheren F.
stellen schwache Säuren (Dissoziationsgrad Essigsäure: ca. 1%) dar. Die F. kommen in der Natur
sowohl in freiem Zustand wie auch als Ester vor.
Ungesättigte F. sind solche, die eine oder mehrere isolierte Doppelbindungen aufweisen. Sie liegen in
der Regel cis-konfiguriert vor, doch finden sich trans-Formen in Spuren sowohl in gehärteten als auch
natürlichen Produkten.
Essentielle F. sind solche F., die nicht im Körper synthetisiert werden können, und deshalb mit der
Nahrung aufgenommen werden müssen: Linolsäure (18:2; 9,12), Linolensäure (18:3; 9,12,15),
Arachidonsäure (20:4; 5,8,11,14).
Seite 1
Biochemie-Protokoll
Gruppe 1
LIPIDE
13.05.16
Julia Gnann & Christoph Hartmann
Phospholipide
P. sind Phosphorsäureester, die wegen ihrer fettähnlichen Löslichkeitseigenschaft aufgrund der
lipophilen und hydrophilen Komponenten zu den Lipiden gerechnet werden und im Organismus als
Membranlipide am Aufbau von Membranen beteiligt sind. Besonders reichlich sind P. vorhanden in
der Hirnsubstanz und im Myelin. P. sind in Wasser unlöslich. Suspendiert man sie, so vereinigen sie
sich zu geordneten Aggregaten wie Micellen, Lamellen, Liposomen und anderen Membran-Strukturen.
Die Fettsäure-Ketten sind dabei parallel ausgerichtet wie in flüssigen Kristallen, und die
Phosphorsäureester-Gruppen weisen in die wäßrige Phase. So bilden P. eine Matrix, in der die
Membran-Proteine eingelagert und orientiert. Als Lösungsvermittler für die Blutfette findet man P. in
mehreren Lipoprotein-Fraktionen.
Eine besondere Gruppe der P., die sich vom Sphingosin ableitet, wird bei den Sphingolipiden
behandelt. Die meisten P. sind jedoch Derivate des Glycerins bzw. des Glycerin-3-phosphats als
hydrophiler Komponente u. werden auch als Phosphoglyceride oder Phosphatide bezeichnet.
Glykolipide
Bezeichnung für Lipide, die als hydrophilen Molekülbestandteil Kohlenhydrate besitzen. Als lipophilen
Teil enthalten die im Nervengewebe der Säugetiere auftretenden G. Ceramide und sind daher präziser
durch die Bezeichnung Glykosphingolipide oder Glykosphingoside charakterisiert. Hier unterscheidet
man wieder die Cerebroside, die nur eine Monosaccharid-Einheit tragen (meist D-Glucose oder DGalactose), die Sulfatide mit ihren sulfatveresterten Monosacchariden und die Ganglioside, die mit (oft
verzweigten) Oligosaccharid-Ketten behaftet sind (üblicherweise bestehend aus D-Galactose, DGlucose, L-Fucose, N-Acetyl-D-glucosamin, N-Acetyl-D-galactosamin u. N-Acetylneuraminsäure). Die
Glykosphingolipide befinden sich als Membranlipide an der Oberfläche der Zellmembran, wo sie –
ähnlich wie Glykoproteine – anderen Zellen und bakteriellen Toxinen als Erkennungsmerkmale und
Bindungspartner (Rezeptoren) dienen . Die spezifische Art der Glykosylierung ändert sich im Lauf der
Fötal-Entwicklung und bei Entstehung von Tumoren . Zu geringen Anteilen finden sich G. auch in der
Membran des Golgi-Apparates, wo sie wahrscheinlich synthetisiert werden.
Cholesterin
C. ist in allen Organen verbreitet: Im Großhirn
21
(etwa
10%
der
Trockensubstanz),
in
H3 C 20
25 CH
3
Nervenzellen, Nebennieren und Haut. Das Blut
18
H
C
enthält 0,15–0,25%, das Herz 2% C.
3
17
CH3
19 11
(Höchstmenge um das 60. Lebensjahr).
H
C
H 14
Insgesamt enthält der menschliche Körper
1 3
9
durchschnittlich 0,32% C., teils frei, teils mit
10
8
Fettsäuren verestert; die Ester rechnet man den
H
H
Blutfetten zu. Täglich werden im Körper des
Erwachsenen ca. 1–2 g C. synthetisiert und bei HO
4
6
fettarmer Kost 0,04–0,1 g, bei fettreicher Kost bis
Abbildung 1
1,4 g C. aufgenommen.
Der Biosyntheseweg von C. verläuft letztlich
ausgehend von Acetyl-CoA; Hauptbildungsort ist
die Leber, aber auch in der Nebennierenrinde, in Haut, Darm, Testes und Aorta wird C. gebildet. Der
Transport des C. und seiner Ester im Blut erfolgt in Form von Lipoproteinen.
C. ist die Vorstufe der Gallensäuren (Hauptabbauweg für C.), und Steroid-Hormone. Das zu den
Lipiden gerechnete C. ist neben Phospho- und Glykolipiden wichtiger Bestandteil von Biomembranen,
insbesondere der Plasmamembranen von Eukaryonten, deren Fluidität (innere Beweglichkeit) es
reguliert. C. spielt im Organismus auch eine Rolle als Hautschutzsubstanz, Quellungsregulator,
Nervenisolator u. dgl.
Durch falsche Ernährung, aber auch durch bestimmte Enzym- oder Rezeptordefekte können
pathologisch erhöhte Cholesterinspiegel im Serum. Diese erachtet man als mitverantwortlich für die
Entstehung der gefährlichen Arteriosklerose, bei der sich cholesterinreiche Ablagerungen an
Arterienwänden bilden. C. ist auch in großen Mengen in Gallensteinen zu finden.
Seite 2
LIPIDE
Biochemie-Protokoll
Gruppe 1
13.05.16
Julia Gnann & Christoph Hartmann
Lipoproteine
Sammelbezeichnung für Konjugate (nicht-kovalente Bindung!) aus Lipiden und Proteinen. Die L. sind
nicht nur am Aufbau zellulärer Membranen grundlegend beteiligt, sondern bewirken auch in Plasma
und Serum den Transport der wasserunlöslichen Lipide im Blut (Lipid-Anteile zwischen 50 u. nahezu
99%). Im Dichtegradienten einer Ultrazentrifuge lassen sich die Serum-Lipoproteine in 4
Dichteklassen auftrennen: Chylomikronen, VLDL (very low-density lipoproteins), LDL (low-density
lipoproteins), HDL (high-density lipoproteins). Auf diese L. verteilen sich die wichtigsten Lipide
(Triglyceride, Cholesterin u. Phospholipide) in charakteristischer Weise:
Zusammensetzung in %
Gesamt-Lipide Triglyceride
99
89
90
60
75
10
50
5
Dichte [g/ml]
Chylomikronen
VLDL
LDL
HDL
0,95
0,950–1,006
1,006–1,063
1,063–1,210
Cholesterin
6
12
50
20
Phospholipide
4
18
15
25
Hyperlipidämien
Vermehrung der Lipide (Triglyceride u. Cholesterin) im Blut. Da Lipide in Form von Lipoproteinen im
Blut transportiert werden, wird auch der Ausdruck Hyperlipoproteinämie verwendet. H. sind Störungen
des Lipid-Transportes durch erhöhte Synthese oder verzögerten Abbau von Lipoproteinen. Sie treten
als erbliche primäre oder als sekundäre H. im Rahmen von Stoffwechselerkrankungen wie z.B. des
Diabetes mellitus auf. Nach Art der vermehrten Lipide werden Hypertriglyzeridämien,
Hypercholesterinämien und kombinierte H. unterschieden, bei denen bestimmte LipoproteinFraktionen in der Elektrophorese (HDL, LDL, VLDL, IDL, s.a. Lipoproteine) erhöht sind. Da die H. im
Rahmen der Entstehung der Arteriosklerose eine bedeutende Rolle spielen, wird versucht, mit
diätetischen Maßnahmen und Lipid-senkenden Medikamenten die Lipidspiegel im Blut den
Normalwerten anzunähern.
Versuche
Enzymatische Triglyceridbestimmung im Serum
Triglyceride werden im Körper zu Fettsäuren und Glycerin abgebaut und in die Blutbahn abgegeben.
Aus diesem Grund läßt sich die quantitative Triglyceridbestimmung indirekt über das im Serum
vorhandene Glycerin bestimmen. Dabei entspricht ein Spaltprodukt Glycerin einem Triglycerid.
 Glycerin-1-Phosphat + ADP
Glycerin + ATP   
Glycerokinase
 Pyruvat + ATP
Phosphoenolpyruvat + ADP   
Pyruvatkinase
Pyruvat + NADH     NAD + Lactat
 die Menge an Triglycerid entspricht der an verbrauchtem NADH. NADH wird per Extinktion bei
340nm bestimmt ( = 6,22*103 moll*cm )
Lactatdehydrogense
Auswertung (Serum B)
E
V
* * MGTriglycerid
c=
 *d v
gemessene Extinktionsdifferenz: E = 0,190
MGTriglycerid = 880 g/mol
c=
0,190 *1,020ml * mol * cm
g
g
g
* 880 mol
= 1,371 l = 137,1 100ml
6,22 *10 3 l *1cm * 0,02ml
Dieser Wert liegt im Normbereich.
Seite 3
Biochemie-Protokoll
Gruppe 1
LIPIDE
13.05.16
Julia Gnann & Christoph Hartmann
Triglyceridspaltung durch Lipase: Bestimmung der durch Lipase-Wirkung
freigesetzten Fettsäuren
Bei der Fettverdauung im Dünndarm werden die Esterbindungen der Triglyceride enzymatisch durch
Lipase (Pankreassekret) gespalten. Die Lipase hat ein pH-Optimum bei 8 und wird durch
Gallensäuren aktiviert.
Im versuch soll die Wirkung der Lipase an einem Ölgemisch unter verschiedenen Bedingungen
dargestellt werden:
Reagenzglas 1: Cofaktor Gallensäure fehlt
Reagenzglas 2: Durch Erhitzen wird die Lipase denaturiert
Reagenzglas 3: Cofaktor vorhanden
Die durch Lipase-Spaltung freigesetzten Fettsäuren werden mit 0,1M Natronlauge bis um Umschlag
mit Phenolphthalein titriert. Die verbrauchte Menge an ml NaOH entspricht in Mol der Menge an
Fettsäuren. Da Triglyceride zu -Monoglyceriden + 2 Fettsäuren gespalten werden, ergibt sich, daß
1mol NaOH = 1mol Fettsäuren = ½ mol Triglyceride.
Auswertung
RG1: 2ml NaOH
RG2: 1,3ml NaOH
RG3: 2,5ml NaOH
RG1-RG2 = 0,7ml NaOH = 0,07mol NaOH  0,035mol Fettsäuren
RG3-RG2 = 1,2ml NaOH = 0,12mol NaOH  0,06mol Fettsäuren
 In Ansatz 1 wurden 0,035mol Triglyceride, in Ansatz 3 wurden beinahe die doppelte Menge,
nämlich 0,06mol Triglyceride durch Lipase gespalten. Die Wirkung der Gallensäure als Cofaktor ist
somit von großer Bedeutung.
Nachweis der Phospholipide der Leber durch DC
Prinzipielles Vorgehen:
1) Verreiben der Leber mit Aceton  die Lipide außer Phospholipide sind darin gut löslich
2) Behandlung mit Isopropanol  die Phospholipide werden aus dem Filterrückstand extrahiert
3) Auftrennen durch DC: stationäre Phase=Kieselgel, mobile Phase=Laufmittel
Die Komponenten des Lipidgemisches werden unterschiedlich sark vom Kieselgel zurückgehalten und
wandern daher unterschiedlich weit.
Die DC-Platten werden zuerst in eine Jodkammer gestellt  Phospholipide erscheinen als braune
Flecken. Dann wird mit Ninhydrinlösung besprüht und getrocknet  Phosphatidylserin und
Posphatidylethanolamin erscheinen als blaue Flecken.
Phosphatidylcholin bildet mit Ninhydrin keinen blauen Fleck, da es eine quartäre Aminogruppe hat, an
der Ninhydrin nicht angreifen kann.
Seite 4
LIPIDE
Biochemie-Protokoll
Gruppe 1
13.05.16
Julia Gnann & Christoph Hartmann
Auswertung
Skizze der DC:
Laufmittelfront
1.
2.
3.
4.
Phosphatidylcholin
Probe
Phosphatidylserin
Phosphatidylethanolamin
Startlinie
Rf-Wert =
Wanderungsstrecke
WanderungsstreckeLaufmittel
Phospholipid
Wanderungsstrecke
Rf
Ph’Cholin
3,4cm
Probe
3,6cm
Ph‘Serin
4,0cm
Ph’Ethanolamin
5,2cm
34 17

 0,65
52 26
36 9

 0,69
52 13
40 10

 0,77
52 13
52
1
52
Da die Probe ungefähr die gleiche Wanderungsstrecke zurücklegt und sich ähnlich wie Ph’Cholin
anfärbt, muß es sich um ein ähnliches Phospholipid handeln, bzw. ist diese in der Leber enthalten.
Fragen
Welche Bedeutung hat die Fettsäurezusammensetzung für die physikalischen
Eigenschaften eines Triglycerids?
 Die physikalische Beschaffenheit wird durch die Kettenlänge und die Zahl der enthaltenen
Doppelbindungen in den Glyceriden bestimmt. Längerkettige und gesättigte Fettsäuren bedingen
einen höheren, kürzerkettige oder ungesättigte einen tieferen Schmelzpunkt und ölige Beschaffenheit.
Welche Funktionen haben die Enzyme GK, PK und LDH im Stoffwechsel?
 Glukokinase (GK); Enzym, das im Gegensatz zur Hexokinase streng spezifisch nur Glucose,
allerdings mit um den Faktor 1000 geringerer Affinität, ATP-abhängig zu Glukose-6-phosphat
phosphoryliert; Vorkommen v.a. in der Leber; Induktion durch Insulin bewirkt Steigerung der
Glykolyserate.
 Pyruvatkinase (PK); Enzym der Glykolyse (Transferase), das mit Mg 2+ als Cofaktor die Übertragung
des Phosphats von Phosphoenolpyruvat auf ADP katalysiert, wobei ATP und Pyruvat entstehen; bei
der P.-Reaktion wird trotz der Bildung von ATP soviel Energie freigesetzt, daß sie praktisch nicht
umkehrbar ist.
 Laktatdehydrogenase (LDH); Enzym der Glykolyse, das mit Coenzym NADH die Reduktion von
Pyruvat zu Lactat katalysiert.
Seite 5
Biochemie-Protokoll
Gruppe 1
LIPIDE
13.05.16
Julia Gnann & Christoph Hartmann
Welche Bedeutung hat die Veresterung des Cholesterins mit höheren
Fettsäuren?
 Cholesterinester werden in Zellen gespeichert.
Welche Fettsäuren werden in diesem Zusammenhang verwendet?
 langkettige Fettsäuren.
Warum werden Lipide im Serum in Form von Lipoproteinen transportiert?
 da Lipide im Wasser unlöslich sind müssen sie mit wasserlöslichen Proteinen in Form von sog.
Lipoproteinen im Blut transportiert werden.
Wie erklärt sich die Bedeutung des HDL als Arteriosklerose-Schutzfaktor?
 HDLs transportieren Cholesterin aus der Peripherie zur Leber; dort Ausscheidung bzw.
Metabolisierung; dadurch wird die Menge von freiem Serum-Cholesterin verringert.
Was sind Gallensäuren?
 von den Leberzellen aus Cholesterin synthetisierte Bestandteile der Galle.
Bedeutung:
1. Beteiligung bei der Emulgierung der Fette.
2. Bessere Aktivierung von Verdauungsenzymen im Darm durch Verschiebung ihres pH-Optimums.
3. Anregung der Dickdarm- u. Hemmung der Dünndarmperistaltik.
Wie erfolgt deren Biosynthese?
 Synthese aus Cholesterin:

Abspaltung einer -Propylgruppe aus der Seitenkette -> Carboxylgruppe

Hydrierung der Doppelbindung in Ring B

Epimerisierung der Hydroxylgruppe an C3

Einfügung weiterer Hydroxylgruppen
Erklären Sie die Oberflächenaktivität der Gallensäuren aus ihrer Struktur
 Gallensäuren besitzen amphiphile Struktur, sie bilden mit Triglyceriden Micellen, an denen die von
der wäßrigen Phase wirkende Lipase besser angreifen kann.
Was sind Choleinsäuren?
 historische Bezeichnung für körpereigene Einschlußverbindungen aus Desoxycholsäure und
Fettsäuren, Estern, Alkoholen, Ethern, Phenolen und Kohlenwasserstoffen, deren Alkalimetallsalze
löslich sind. In den C. fungiert Desoxycholsäure als Lösungsvermittler für den Transport der
erwähnten Stoffwechselprodukte und Fremdstoffe.
Wieso kann man Cholesterin-Gallensteine durch orale Zufuhr von Gallensäure
auflösen?
?
Seite 6
hydrophile
Gruppen
B
A
Biochemie-Protokoll
Gruppe 1
C
LIPIDE
LipidDoppelhydrophobe schicht
Gruppen
13.05.16
Julia Gnann & Christoph Hartmann
Phospholipide und Glycolipide können in wäßrigem Milieu Micellen und
Lamellen/Membranen bilden. Was versteht man darunter und wie ist dies zu
erklären?
 Die o.g. Lipide sind amphiphile Moleküle, d.h. sie haben einen hydrophilen und einen hydrophoben
Anteil im Moleküle. Im Wasser lagern sich die hydrophilen Teile dem Wasser (nach außen hin) zu, die
hydrophoben Teile einander (nach innen hin)zu.
 Micelle:
Abbildung 2
 Membran:
Abbildung 3
Wie unterscheiden sich Cerebroside, Sulfatide und Ganglioside?
 Cerebrosid = Ceramid + Monosaccharid
 Gangliosid = Ceramid + Polysaccharid
 Sulfatide = Ceramid + Sulfomonosaccharid
Was sind Sialinsäuren?
 Sammelbezeichnung für acylierte – meist mono- und diacetylierte – Derivate der Neuraminsäure.
Neben anderen Zuckern sind sie Bestandteile membranbildender Sphingolipide (insbes. der
Ganglioside), der Blutgruppensubstanzen und vieler Glykoproteine.
Seite 7
Biochemie-Protokoll
Gruppe 1
LIPIDE
13.05.16
Julia Gnann & Christoph Hartmann
Was sind Lipidosen?
 Erbliche Störungen des Fett-Stoffwechsels, die zu veränderten Lipid- oder LipoproteinKonzentrationen im Blut oder zur Speicherung von Lipiden und Lipoiden in verschiedenen Organen
(Fettspeicherkrankheiten) führen.
Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: CD-Römpp, Chemielexikon; Thieme

Abbildung 2: CD-Römpp, Chemielexikon; Thieme

Abbildung 3: CD-Römpp, Chemielexikon; Thieme
Quellen

CD-Römpp, Chemielexikon; Thieme

Pschyrembel, 258. Auflage; WdeG
Seite 8
Herunterladen
Explore flashcards