10 Stoffwechsel - Hersberger
Fettsäuren
Fettsäuren
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Flashcards
Ketonkörper
Wie lässt sich die Ketonämie des Hungerzustandes erklären?
- Grund 2; (Verminderter Abbau)
-> Prinzip
2. Verminderter Abbau Acetyl-CoA im Citratzyklus. Im Hungerzustand läuft die Gluconeogenese auf Hochtouren. Deshalb fliessen Oxalacetat und seine vorgeschalteten Intermediate des Citratzyklus vorwiegend in die Gluconeogenese. Das Acetyl-CoA kann deshalb nur zu einem kleinen Teil in den Citratzyklus fliessen und fliesst als Alternative in die Ketonkörper-Synthese.
Ketonkörper
Ketonämie bei Diabetes mellitus
Im unbehandelten Diabetes mellitus liegt durch das Fehlen von Insulin ebenfalls eine ungenügende Verarbeitung von Glucose durch die Leberzellen vor. Es entsteht ein Hunger-ähnlicher Zustand mit niedriger Energieladung der Zelle, gesteigertem Fettsäureabbau, und vermehrter Produktion von Acetyl-CoA. Gleichzeitig kann verhältnismässig wenig Acetyl-CoA durch den Citratzyklus abgebaut werden, da die gesteigerte Gluconeogenese das Oxalacetat und dessen vorgeschalteten Intermediate aus dem Citratzyklus abführt. Dem überschüssigen Acetyl-CoA bleibt nur der Weg in die Ketonkörper.
Da im Diabetes mellitus infolge Insulin-Mangels auch die extrahepatischen Gewebe (z.B. Muskulatur u. Fettgewebe) Acetyl-CoA durch Abbau von Fettsäuren produzieren, liegt ein Überangebot an Brennstoff in Form von Ketonkörper vor:
-> Ketoazidose -> Lebensgefährliche Übersäuerung des Organismus.
Ketonkörper
Verwertung der Ketonkörper (Ketolyse); Aktivierung
- Wie wird Acetoacetat aktiviert
Ketonkörper
Wo können Ketonkörper (Acetoacetat und OH-Butyrat) abgebaut werden?
- Organe
- Organelle
Acetoacetat und OH-Butyrat (~wasserlösliche Transportform von Fettsäuren) können in fast allen Geweben abgebaut werden (in Mitochondrien) und dienen dementsprechend als Energieträger (Ketonkörper ~ partiell verbrannte Fs). Sie sind eine wichtige Energiequelle für Skelett- u. Herzmuskulatur, sowie die Nieren auch unter normalen Stoffwechselbedingungen.
Ketonkörper
Physiolog. Bedeutung von Ketogenese u. Ketolyse
- Wann ist die Energieversorgung durch Ketonkörper besonders wichtig?
Ketonkörper sind eine wasserlösliche Transportform von Fettsäuren. Ketonkörper sind die Alternative zu Glucose in Geweben, die Fs nicht verbrennen können. Bei länger dauerndem Hungerzustand decken viele Organe ihren Energiebedarf nur noch durch Fettsäuren und Ketonkörper:
Beide Vorgänge werden quantitativ wichtig, wenn infolge von KH-Mangel (Hungerzustand) oder einer Störung der KH-Verwertung (Diabetes mellitus) vermehrt Fettsäuren in der Leber abgebaut werden und in der Peripherie ein Mangel an Brennstoff (Glucose) auftritt.
Leber liefert Ketonkörper statt Glucose in Peripherie.
Ketonkörper
Vergleich des ATP-Ertrages der vollständigen Oxidation von Palmitinsäure (C16) im direkten Abbau und im Umweg über die Bildung von Acetacetat oder β-Hydroxybutyrat
-> bei welchem Weg fällt wieviel ATP wo an?
Diese Tabelle zeigt, dass bei Export von beta-OH-Butyrat (~70%) aus der Leber nur noch 1/6 des ATP-Ertrags des Fettäurenabbaus in der Leber anfallen, 5/6 werden exportiert. Beim Export von Acetoacetat (30%) aus der Leber fallen in der Leber ca. ¼ des ATP-Ertrages an, während ¾ des ATPs in der Peripherie entstehen.
Ketonkörper
Pathophysiologische Bedeutung der Ketonkörper
-> was passiert bei einer Überproduktion von Ketonkörpern
Überproduktion von Ketonkörpern (den Carbonsäuren beta-OH-Buttersäure und Acetessigsäure) führt zu einer metabolischen (Stoffwechsel-bedingten) Acidose.
Mechanismus: Auch bei max. saurem pH des Urins (pH des Urins kann maximal auf 4.5 erniedrigt werden) werden die beiden Säuren (pKa 4.4) zum grössten Teil als Anionen ausgeschieden. Zurück bleiben die Protonen pH < 7.2.
Klinisch eine der wichtigsten Formen einer metabolischen Acidose: Diabetische Ketoacidose. Ohne sofortige Behandlung kann die Ketoacidose beim entgleisten Diabetes mellitus zum Koma und Tod führen.
Cholesterol
Wo kommt Cholesterol im Menschlichen Organismus vor?
Cholesterol ist wichtiger Membranbestandteil (nur bei Eukaryonten, nicht in der Inneren Mitochondrienmembran). Eukaryontische Zellen, welche Cholesterol nicht synthetisieren können, lysieren rasch.
Viel im ZNS, besonders in Myelinscheiden der weissen Hirnsubstanz (Cholesterol 50% der Gesamtlipide). Total 140 g im adulten Organismus.
Höchste Konzentration in Nebenniere (10% des Gesamtgewichts), dient als Ausgangssubstanz für die Synthese der Steroidhormone.
Cholesterol
Cholesterol ist Voläufer von ... (3)
Mit Cholesterol assoziierte Krankheiten (2)
Cholesterol ist Vorläufer von:
- Gallensäuren
- Steroidhormonen
- Provitamin D
Cholesterol spielt bei mehreren Krankheiten eine wichtige Rolle:
- Atheromatose der Gefässe (Teilaspekt d. Arteriosklerose)
- Gallensteine (bestehen aus Cholesterol)
Cholesterol
Biosysnthese
- Wieviel Cholesterol wird pro Tag snthetisiert / aufgenommen?
- Prinzip der Synthese (Grob)
Cholesterol
Cholesterinsynthese; Zusammenfassung
- Welches sind die wichtigsten (3) zwischenprodukte?
Cholesterol
Ausscheidung von Cholesterol
- Wie wird Cholesterol ausgeschieden (2)
Im Plasma Cholesterol 5 mM (214 mg/100 ml).
2/3 des Cholesterols mit ungesättigten Fettsäuren verestert.
Kein Katabolismus zur Energiegewinnung möglich.
Entweder:
- Umwandlung in Steroidhormone, Gallensäuren, Vitamin D oder
- Ausscheidung in Galle
-> als Cholesterol (Gallensteine), zum grössten Teil rückresorbiert
-> als Gallensäuren (hauptsächlicher Eliminationsweg (80%, ~ 1g/24 h)
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels; Transkriptionelle Regulation von Enzymen der Cholesterolsynthese
- wie kann die Tranksription der Gene für Cholesterolsythese förderen / Hemmen
Die Zufuhr von Cholesterol oder die Gabe von Sterolen oder Mevalonsäure (Mevalonat) führt bei kultivierten Fibroblasten zu einer raschen Verminderung der mRNA für HMG-CoA-Synthase, HMG-CoA-Reductase, Prenyltransferase, den LDL-Rezeptor, und mehrerer anderer Gene. Bei Cholesterol-Mangel nimmt die Transkription dieser Gene zu.
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels; Transkriptionelle Regulation von Enzymen der Cholesterolsynthese; Gene für Cholesterolsynthese
- Wie seiht deren Promotor-Region aus
Die Gene der genannten Proteine haben in ihrer Promotor-Region ein aus 8 Nucleotiden bestehendes sog. Sterol-Regulations-Element-1 (SRE-1). SRE-1 ist ein Transkriptions-Enhancer, der die Transkription des betreffenden Gens dann aktiviert, wenn bestimmte Transkriptionsfaktoren, sog. SREBPs (Sterol Regulatory Element Binding Protein) an ihn binden.
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels; Transkriptionelle Regulation von Enzymen der Cholesterolsynthese;
SREBP-2
- wo ist es in der Zelle lkalisiert?
- Funktion von N- und C-Terminus
- Eine Pro-Form von SREBP-2 ist als integrales Membranprotein in der Membran des ERs integriert (pSREBP). Dabei ragen der N- und der C-Terminus ins Cytosol.
- Die N-terminale Domäne ist ein Transkriptionsfaktor der sog. Basic Helix-Loop-Helix (BHLH)Familie. Stimuliert die Transkription der betreffenden Gene.
- Die C-terminale Domäne hat regulatorische Funktion in der Freisetzung der BHLH-Domäne: - Um im Zellkern die Transkriptions-regulierende Wirkung zu entfalten, muss die N-terminale BHLHDomäne durch eine proteolytische Spaltung freigesetzt werden.
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels; Transkriptionelle Regulation von Enzymen der Cholesterolsynthese;
SREBP-2; Wie läuft die proteolytische Aktivierung von SRBP-2 ab?
- Beteiligte Proteasen
- Ablauf
Für diese proteolytische Aktivierung sind folgende Schritte notwendig:
- Eine erste proteolytische Spaltung erfolgt im Golgi-Apparat durch die Protease S1P (Site 1 Protease). Diese spaltet die Pro-Form auf der lumenalen Seite des Golgi-Apparates. Diese erste Spaltung ist notwendig, damit die folgende zweite proteolytische Spaltung erfolgen kann.
- Eine zweite proteolytische Spaltung findet ebenfalls im Golgi-Apparat durch die Protease S2P (Site 2 Protease) statt. S2P spaltet die N-terminale Domäne von SREBP innerhalb der Membran, nahe an der cytosolischen Seite, und löst den BHLH-Teil vom membrangebundenen Teil ab. Damit wird die BHLH-Domäne von der Bindung an die Golgi-Membran befreit und kann in den Zellkern gelangen.
- Das Schlüsselprotein für die kontrollierte Spaltung von SREBP-2 ist SCAP (SREBP Cleavage Activating Protein). SCAP ist ein transmembranales Protein, welches an die C-terminale Domäne von SREBP-2 bindet und dieses als notwendigen Begleiter vom ER zum Golgi-Apparat eskortiert. SCAP kann Cholesterol binden. Wenn SCAP Cholesterol gebunden hat, bleibt der ganze Komplex aus SREBP und SCAP im ER.
Der Grund dafür ist folgender: Wenn SCAP Cholesterol gebunden hat, interagiert der SCAP-SREBP-2-Komplex mit Insig, wodurch der Transport in den Golgi-Apparat verunmöglicht wird. Dadurch wird die proteolytische Spaltung von SREBP-2 und die Freisetzung der Transkriptions-regulierenden HLH-Domäne verhindert, da sich die beiden spaltenden Proteasen, S1P und S2P nur im Golgi-Apparat befinden.
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels; Transkriptionelle Regulation von Enzymen der Cholesterolsynthese;
SCAP
- Funktion / Rolle
SCAP (SREBP cleavage-activating protein)
SCAP ist also ein Cholesterol-Sensor. SCAP kann Cholesterol mittels 5 spezifischen Bindungsstellen auf den Transmembran-Domänen binden. D.h. also: Die regulierte juxtamembranale (S1P) und intramembranale (S2P) Proteolyse wird nicht durch direkte Regulation der Proteasen kontrolliert, sondern durch die Kompartimentierung der Proteasen und den regulierten Transport des Substrats.
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels; Transkriptionelle Regulation von Enzymen der Cholesterolsynthese;
SREBP-2 - Mechanismus
- Effekte bei vorhandenem / ohne Cholesterol
Dieser Mechanismus hat also folgende Effekte: Ist kein Cholesterol vorhanden, so wird die BHLH-Domäne aus dem pSREBP-2 freigesetzt und stimuliert im Zellkern die Transkription der entsprechenden Gene via Bindung an den TranskriptionsEnhancer SRE-1.
Ist Cholesterol vorhanden, so wird keine BHLH-Domäne aus dem Pro-SREBP-2 freigesetzt und der stimulierende Effekt auf die Transkription der entsprechenden Gene fehlt. D.h.: Cholesterol reprimiert die Transkription der Cholesterol-Synthese. Damit wird sichergestellt, dass die für die Cholesterolsynthese benötigten Gene nur dann aktiviert werden, wenn die Zelle über wenig Cholesterol verfügt.
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels; SREBP-Familie
- Wo spielen Proteine des SREBP-Familie eine Rolle (bei welchen Stoffwechselwegen)
Die Proteine der SREBP-Familie regulieren ausser der Cholesterolsynthese auch die Fettsäure- und Triacylglycerin-Synthese, die Aufnahme von Cholesterol und Fettsäuren in die Zellen, sowie die Glycolyse.
Auch bei der Regulation des Glucose-Stoffwechsels spielen die SREBPs mit: Hier erfolgt die Aktivierung der SREBPs allerdings nicht via erniedrigtes Cholesterol, sondern via Aktivierung des Insulin-Rezeptors. Als Folge der Aktivierung des Insulin-Rezeptors wird SREBP-1c transkriptionell hoch reguliert.
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels;
Welches Enzym ist Geschwindigkeitsbestimmend bei der Cholesterolsynthese?
- Wie wird dieses Enzym Kontrolliert (Grob)?
Die Geschwindigkeit der Cholesterolsynthese wird durch die HMG-CoA-Reductase (Geschwindigkeitsbestimmendes Enzym) bestimmt. HMG-CoA-Reduktase ist ein sehr kurzlebiges Enzym, dessen Aktivität nicht nur durch die Transkription und Translation, sondern auch durch posttranslationelle Regulationsmechanismen kontrolliert wird. Die Regulation der enzymatischen Aktivität von HMG-CoAReductase wird klinisch zur Behandlung von erhöhtem Plasma-Cholesterol eingesetzt.
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels;
Regulation der HMG-CoA-Reductase: Lebenszeit
- Wie wird der Abbau von HMG-CoA-Reductase beschleunigt?
HMG-CoA-Reductase ist wie die SREBPs und SCAP ein Transmembranprotein des ER. Seine enzymatische Aktivität ist mit der cytosolischen Domäne assoziiert. Die 8 Transmembrandomänen sind mit den 8 Transmembrandomänen von SCAP eng verwandt. Sie haben ebenfalls die Befähigung zur „Messung“ der Cholesterol-Konzentration (Cholesterol-Sensor-Funktion): Bindung von Cholesterol an HMG-CoA-Reductase beschleunigt dessen Abbau. Resultat: Cholesterol wirkt hemmend auf die Cholesterolsynthese.
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels;
Regulation der HMG-CoA-Reductase:
- Energieladung
Durch die AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK), die auch die Acetyl-CoA-Carboxylase phosphoryliert und inaktiviert (7 Kap. 38.1.1), wird die HMG-CoA-Reduktase inaktiviert. Eine Proteinphosphatase macht diesen Effekt rückgängig. AMP als der Aktivator der AMPK fällt immer dann an, wenn in Zellen Energiemangel herrscht. In diesem Zustand erscheint es sinnvoll, energieverbrauchende Biosynthesen wie die Fettsäure- oder Cholesterinbiosynthese abzuschalten.
Cholesterol
Regulation des Cholesterol-Stoffwechsels;
Regulation der HMG-CoA-Reductase:
Pharmakologische Regulation der HMG-CoA-Reductase
- Prinzip dieser Medikamente
- Was ist der Effekt dieser Medikamente
HMG-CoA-Reductase kann pharmakologisch reguliert werden. Kompetitive Inhibitoren von HMG-CoAReductase wurden zuerst als Metaboliten von Pilzen entdeckt (Compactin und Mevinolin)
Derivate dieser Pilz-Metaboliten, Statine genannt, werden pharmako-therapeutisch zur Senkung von erhöhtem Plasma-Cholesterol eingesetzt.
Heute sind mehrere synthetisch hergestellte Derivate von Compactin und Mevinolin auf dem Markt
Polare Lipide
Nomenklatur und Unterteilung der polaren Lipide
-> Untergruppen der polaren Lipide
Polare Lipide
Phospholipide; Glycerinphosphatide
- Bedeutung/Häufigkeit
- Struktur/Aufbau
Die Glycerinphosphatide sind mengenmässig die bedeutendsten Lipide in den Membranen des tierischen Gewebes. Das strukturelle Rückgrat der Glycerinphosphatide ist der 3-wertige Alkohol Glycerin. Zwei Hydroxylgruppen des Glycerins sind mit einer langkettigen Fettsäure verestert, die dritte mit Phosphorsäure. D.h. man kann Glycerinphosphatide auch als Derivate des Glycerin-3-phosphats sehen. Die einfachste Form eines Glycerinphosphatids ist die Phosphatidsäure.
In den meisten Fällen ist die Phosphatgruppe mit einem weiteren Alkohol verestert: Ethanolamin, Cholin, Serin, Inositol.
Polare Lipide
Sphingolipide
- Was ist ihnen gemein?
- Welche Untergruppen gehören dazu?
Sphingosin, die Alternative zu Glycerin
In den Sphingolipiden befindet sich an Stelle des Glycerins als alkoholische Rückgrats-Komponente der Aminodialkohol Sphingosin. Durch Ankopplung von Fettsäuren und anderen Gruppen an die Hydroxlgruppen und die Aminogruppe entsteht eine Vielfalt von Sphingolipiden. Zu den Sphingolipiden gehören alle Glycolipide, sowie ein kleiner Teil der Phospholipide.
Polare Lipide
Ceramid
- Zu Welcher Gruppe polarer Lipide gehört es?
- Aufbau
- Verwendung
Das einfachste Sphingolipid ist das Ceramid. Im Ceramid ist die Aminogruppe des Sphingosins durch eine Säureamidbindung mit einer Fettsäure verknüpft. Ceramid ist die Ausgangssubstanz für die Biosynthese der komplexeren Sphingolipide:
- Sphingomyelin: ein Phospholipid
- Cerebroside: \
- Sulfatide: ) Glycolipide
- Ganglioside: /
Polare Lipide
Glycolipide
- Rückgradskomponente
- Untergruppen (3)
-> Was tragen sie als rest
Die Glycolipide haben alle als alkoholische Rückgrantskomponente ein Sphingosin.
Cerebroside tragen an der terminalen OH-Gruppe des Sphingosins eine glycosidisch verknüpfte Galactose. Verschiedene Cerebroside unterscheiden sich in der Natur der Fettsäuren.
Ganglioside tragen an der terminalen OH-Gruppe des Sphingosins einen Komplex, häufig verzweigtes Oligosaccharid.
Sulfatide Cerebroside, bei denen der Galactosylrest am C-Atom 3 mit Schwefelsäure verestert ist.
Polare Lipide
Lipid Rafts
Lipid Rafts sind Mikrodomänen in Membranen eukaryotischer Zellen. Sie zeichnen sich durch eine spezielle Lipid- und Proteinzusammensetzung im Vergleich zu anderen Bereichen der Membran aus.
- Die Aussen- und Innenseite einer Zellmembran haben eine unterschiedliche Lipidzusammensetzung.
- Die Membranlipidzusammensetzung variiert auch in der Längsachse der Membranen: Lipid-Rafts: so genannte Microdomänen.
- Lipid-Rafts enthalten viel Cholesterol und Sphingolipide, insbesondere Glycolipide.