10 Stoffwechsel - Hersberger
Fettsäuren
Fettsäuren
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Cartes-fiches
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Acetyl-CoA-Carboxylase (ACC); kovalente Regulation
- Durch was für eine Reaktion wird ACC kovalent aktiviert inaktiviert
-> welch form ist die aktive/inaktive?
-> Welches Enzym ist für die kovalente von ACC zuständig?
-> wovon ist dieses Enzym abhängig -> KOnsequenz
Kovalente Regulation von ACC
- - Phosphorylierung = Inaktivierung
- Dephosphorylierung = Aktivierung - Acetyl-CoA-Carboxylase wird durch die AMP-abhängige Proteinkinase (AMPK) phosphoryliert und damit inaktiviert.
-> Damit wird verhindert, dass bei niedriger Energieladung, d.h. wenn ATP niedrig und AMP hoch ist, noch Energie für die Fettsäuresynthese verbraucht wird.
-> Diese Regulation gewährleistet, dass bei überschüssiger Zufuhr von Nährstoffen (besonders KH) eine Speicherung in Form von Fett erfolgen kann. - Gleichzeitig wird via Malonyl-CoA verhindert, dass bei guter Ernährungssituation Fettsäuren abgebaut werden.
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Acetyl-CoA-Carboxylase (ACC); kovalente Regulation
- Wie wirken Glucagon und Insulin auf dei Aktivität von ACC
- Wie wirkt Glucose auf die aktivität von ACC
- Ein weiterer regulatorischer Angriff auf die Aktivität der Acetyl-CoA-Carboxylase via kovalente Modifikation erfolgt durch das Hormon Glucagon (Hunger-Hormon). Glucagon stimuliert die Produktion von cAMP, welches in der Folge die Proteinkinase A (PKA) aktiviert. Aktivierte PKA phosphoryliert ACC -> Inaktivierung. Damit wird sichergestellt, dass im Hungerzustand keine Ressourcen für den Aufbau von Fettsäuren verbraucht werden.
- Im Gegensatz dazu wirkt Insulin (das Überschuss-Hormon). Insulin aktiviert die PhosphoproteinPhosphatase 1 (PP1). PP1 dephosphoryliert ACC -> Aktivierung.
- Ebenfalls aktivierend auf die ACC wirkt Glucose, indem der Glucose-Metabolit Xylulose-5-Phosphat die Phosphoprotein-Phosphatase 2A (PP2A) aktiviert. PP2A dephosphoryliert ACC -> Aktivierung. Damit wird bewirkt, dass bei überschüssigem Nahrungsangebot Fettsäure-Synthese betrieben wird.
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Acetyl-CoA-Carboxylase (ACC); Transkriptionelle Regulation
- Welche Stoffe induzieren (2) /reprimieren (1) die transkription von ACC)
Transkriptionelle Regulation der Acetyl-CoA-Carboxylase
- Insulin und Glucose -> Induktion (via SREBP 1c u. ChREBP)
- Acyl-CoA -> Repression (via SREBP 1a)
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Fettsäuresynthase; auf Welche Art wird die Fettsäuresynthase Reguliert?
- Welche Stoffe sind steigernd/hemmend?
-> via welche Enzyme wirken sie?
Bei der Fettsäure-Synthase ist keine Regulation durch allosterische Effektoren bekannt. Es gibt aber mehrere Faktoren, welche die Fettsäure-Synthase auf der transkriptionellen Ebene regulieren:
- - Transkriptionssteigerung: Insulin und Glucose
Insulin: via SREBP-1c
Glucose: via ChREBP - - Transkriptionsrepression: Glucagon, Katecholamine, langkettige, mehrfach-ungesättigte Fettsäuren.
Glucagon, Katecholamine:
via cAMP -> PKA -> Phosphorylierung (und Inaktivierung) von ChREBP
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Durch welches Enzym wird der Fettsäureabbau (β-Oxidation) v.a. bestimmt?
-> Allosterischer Inhibitor deises Enzyms
Die Geschwindigkeit des Fettsäureabbaus (β-Oxidation) wird v.a. durch die Aktivität der CarnitinPalmityltransferase-1 (CPT1) bestimmt.
- Allosterische Inhibition durch Malonyl-CoA Malonyl-CoA ist ein starker Inhibitor der Carnitin-Palmityltransferase-1. Malonyl-CoA ist das erste Zwischenprodukt der Fettsäuresynthese.
-> Unter Bedingungen, in denen Fettsäuren gebildet werden, macht es keinen Sinn, Fettsäuren abzubauen.
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Transkriptionelle Regulation des Lipidstoffwechsels; SREBP
- Isoformen
-> Auf welche Regulationssignale sprechen die jeweilgen Isoformen an?
-> Die Expression von Welchen Proteinen wird von den jeweilgen Isoformen aktiviert?
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Transkriptionelle Regulation des Lipidstoffwechsels; SREBP
- was wir durch SREBP-1c bzw durch SREBP-2 stimuliert?
- SPEBP-1c aktiviert Gene der Fettsäuresynthese und stimuliert die Bildung von Triglyceriden und Phospholipiden.
- SREBP-2 stimuliert hingegen die Transkription von Genen, die für die Cholesterolsynthese verantwortlich sind.
=> Da beide Stoffwechselwege NADPH benötigen, werden der Penthosephosphat Weg und die Malatenzym-Reaktion in der Mitte von beiden Transkriptionsfaktoren aktiviert.
(Zudem aktivieren oxidative Produkte des Cholesterols den LXR Rezeptor, der die Transkription des SREBP-1c erhöht und damit die Fettsäuresynthese anregt. Damit kann toxisches Cholesterin verestert werden.)
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Transkriptionelle Regulation des Lipidstoffwechsels; ChREBP
- Wo spielt ChREBP eine wichtge Rolle?
-> Unter wessen Kontrolle steht ChREBP
Der Transkriptionsfaktor ChREBP spielt nicht nur bei der transkriptionellen Regulation der Schlüsselenzyme der Glycolyse durch Glucose eine wichtige Rolle. ChREBP leistet auch einen wichtigen Beitrag zur transkriptionellen Regulation des Fett-Stoffwechsels. Auch hier steht ChREBP unter der Kontrolle der Plasma-Glucose. Die regulatorische Wirkung von Glucose wird über den Glucose-Metaboliten Xylulose-5-Phosphat vermittelt.
Die Aktivierung von ChREBP erfolgt durch De-Phosphorylierung.
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Transkriptionelle Regulation des Lipidstoffwechsels; Transkriptionelle Regulation von SREBP Zielgenen
- Prinzip
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Transkriptionelle Regulation des Lipidstoffwechsels;
Gemeinsame regulation von Genen durch ChREBP und SREBP-1c
- Welche Hormone wirken auf die REPBs?
- Beispiele von Enzymen, die auf deise QWeise reguliert werden
ChREBP und SREBP-1c regulieren die Transkription mehrerer Gene des KH und Fettstoffwechsels gemeinsam
Wie die Enzyme Phosphofructokinase-1 (PFK-1), Pyruvatkinase und PFK-2/FBPase-2 der Glycolyse und Gluconeogenese, werden auch mehrere Enzyme des Fettstoffwechsels durch Insulin und Glucose gemeinsam aufreguliert.
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Transkriptionelle Regulation des Lipidstoffwechsels;
Gemeinsame regulation von Genen durch ChREBP und SREBP-1c
- wie sehen diese Gene aus (ihre Promotor Region)
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Transkriptionelle Regulation des Lipidstoffwechsels; Peroxisom-Proliferator-aktivierte Rezeptoren (PPARs)
- Wie viele PPARs gibt es?
-> wei heissen sie?
- Durch was wird die Aktivität von PPARs reguliert?
- Wo / Als was wirken PPARs?
- Wie wirken die PPARs?
PPPARs: Eine für die Regulation des Stoffwechsels wichtige Familie von Ligand-aktivierten nucleären Rezeptoren
Drei PPARs: PPARα, PPARβ/δ, PPARγ
Die Aktivität der PPARs wird durch Nahrungslipide reguliert.
Aktivierte PPARs wirken als Transkriptionsregulatoren von Genen des Fett- und KH-Metabolismus.
-> Wichtige therapeutische Zielmoleküle!
PPARs wirken zusammen mit einem anderen nuklearen Rezeptor, RXR (Retionoid-X-Rezeptor), und binden an spezifische Erkennungssequenzen in der Promoter-Region bestimmter Gene. Die Erkennungssequenzen werden als PPREs (PPAR response element) bezeichnet.
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Transkriptionelle Regulation des Lipidstoffwechsels; Peroxisom-Proliferator-aktivierte Rezeptoren (PPARs)
- Endogene Liganden der PPARs
-> was für stoffe sind es?
-> aufgetielt nach den einzelnen PPARs
Regulation des Fettsäure-Stoffwechsels
Transkriptionelle Regulation des Lipidstoffwechsels; Peroxisom-Proliferator-aktivierte Rezeptoren (PPARs)
- Regulation der PPARs
- Wie stark sind die unterschieldichen Regulatiren für PPARs?
->sättigung der Fettsäuren, ω6 vs ω3
- Gesamt-Effekt einer erhöhten Zufuhr von Fettsäuren
Allgemein gilt:
1. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren sind die stärkeren Regulatoren der PPARs.
2. Unter den mehrfach ungesättigten Fettsäuren sind die ω3-Fettsäuren die potenteren Regulatoren als die ω6-Fettsäuren.
-> Diese Tatsachen erklären wahrscheinlich zu einem Teil, warum sich mehrfach ungesättigte Fettsäuren, und insbesondere die ω3-Fettsäuren, gesundheitsfördernd auswirken.
Gesamt-Effekt einer erhöhten Zufuhr von Fettsäuren:
- Vermehrte Fs-Oxidation in der Leber (via PPAR-α)
- Vermehrte Fs-Speicherung im Fettgewebe (via PPAR-γ)
- Zahlreiche Effekte mit Auswirkungen auf den Lipid- und KH-Metabolismus im ganzen Organismus.
Triacylglycerine
Die 3 wichtigsten Gruppen von Lipiden
- Triacylglycerine ( = Triglyceride = Neutralfette)
- Polare Lipide
- Glycerinphosphatide
- Sphingolipide
- Nicht verseifbare Lipide
- Fettsäuren und Fettsäure-Derivate (z.B. Prostaglandine, )
- Steroide (z.B. Cholesterol, Steroidhormone, Vitamin D)
- Terpene (z.B. Retinol)
Die Lipide werden auf Grund der beteiligten Komponenten in verschiedene Klassen unterteilt. Je nachdem, welche Komponente in den Vordergrund gestellt wird, entstehen unterschiedliche Abgrenzungen zwischen den Klassen und damit unterschiedliche Nomenklaturen. Diese werden nebeneinander benutzt, da jede Kategorisierung in Abhängigkeit vom thematischen Zusammenhang Vor- und Nachteile hat.
Triacylglycerine
Stoffwechsel der Triacylglycerine
- Molekularer Aufbau von Triacylglycerinen
- Wie viel der Lipide im Menschen sind Triacylglycerine
-> Wie / wo werden sie gespeichert?
Triacylglycerine sind Ester von Glycerin mit drei Fettsäuremolekülen. Die meisten Triyacylglycerine im tierischen Fettgewebe enthalten drei verschieden lange Fettsäuren mit einem unterschiedlichen Sättigungsgrad (gesättigt, einfach-ungesättigt, mehrfach-ungesättigt).
Triacylglycerine stellen den Hauptteil der Lipide im Fettgewebe des Menschen dar (~15 kg beim Erwachsenen). Fettgewebe dient der langfristigen Speicherung von chemischer Energie.
Die Speicherung der Triacylglycerine in den Adipozyten erfolgt im Cytoplasma (wo auch die Synthese der Triacylglycerine stattfindet). sB
Triacylglycerine
Biosynthese der Triacylglycerine; Bausteine
- Welche Bausteine braucht es (2)?
-> woher kommen sie
-> wie werden sie Vorbereitet
Bereitstellung der Bausteine:
Bausteine:
- Glycerin (aus KH-Stoffwechsel oder Nahrungsfetten)
- Fettsäuren (aus Nahrungsfetten und Lipiden, oder neu synthetisiert aus Acetyl-CoA).
Vorbereitung von Glycerin -> Glycerin-3-P
Aktivierung der Fettsäuren -> Acyl-CoA (s. Kapitel: Fettsäuren)
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Acyl-CoA-Synthetase
Triacylglycerine
Synthese von Triacylglycerinen
- Durch welches enzym werden sie Synthetisiert?
- spezifischer schritt der tracylglycerin-Synthese
-> mit welchem Stoffwechselweg weist sie Paralleln auf
Die Triacylglycerine werden durch den Triacylglycerin-Synthase-Komplex synthetisiert.
Die ersten Stufen der Triacylglycerin-Synthese, bis zum Diacylglycerin, sind identisch mit der Synthese der Phospholipide. D.h. also: Die spezifische Reaktion für die Triacylglycerin-Synthese ist der letzte Schritt, welcher durch die Diacylglycerin-Acyltransferase katalysiert wird.
Triacylglycerine
Fettsäuren-Zusammensetzung der Triacylglycerine
+ wovon ist sie abhängig
-> Schmelzpunt der FEttsäurenbestandteile
Triacylglycerine
Wie liegen die Triacylglycerine vor;
- Für den Export aus der Leber
- Für Energie-Depots
Triacylglycerine
Abbau von Triacylglycerinen
- Welche Stoffklasse kontrolliert den Abbauu von Triacylglycerinen?
- Welche Lipasen sind am Abbau beteiligt?
Der Abbau von Triacylglycerinen im Fettgewebe steht unter hormoneller Kontrolle
An der hormonell regulierten Lipolyse im Fettgewebe sind drei unterschiedliche Lipasen beteiligt.
- Adipocyten-Triacylglicerinlipase des Fettgewebes (= ATGL: Adipose Tissue Triglyceride Lipase)
- Hormon-sensitive Lipase (HSL)
- Monoazylglycerin-Lipas
Zur vollständigen Spaltung von Triacylglycerinen müssen diese 3 Lipasen zusammenarbeiten.
Triacylglycerine
Abbau von Triacylglycerinen; ATGL
- Vorkommen (in Welchen Geweben)
- Substratspezifität
-> Welceh Reaktion katalysiert es
- Weitere Aktivität
- Regulation
ATGL = Adipose Tissue Triacylglycerine Lipase = Adipocyten-Triacylglicerinlipase
- Vorkommen : v.a. Fettgewebe. Weniger: Skelett- und Herzmuskulatur, Testes.
- Substratspezifität : Spaltet v.a. Triacylglycerine zu Diazylglycerinen. Geringe Aktivität gegenüber Di- und Mono-Acylglycerinen.
- Weitere Aktivität : Transacetylase-Aktivität.
Diacylglycerin + Diacylglycerin -> Monoacylglycerin + Triacylglycerin
Diacylglycerin + Monoacylglycerin -> Triacylglycerin + Glycerin - Regulation : via Hormon-induzierte Phosphorylierung
Triacylglycerine
Abbau von Triacylglycerinen; HSL
- Vorkommen (in Welchen Geweben)
- Substratspezifität
-> Welche Reaktion katalysiert es
- Regulation
HSL = Hormon-sensitive Lipase
Ist gegenwärtig das am besten charakterisierte lipolytische Enzym.
- Vorkommen : Fettgewebe, Skelett- und Herzmuskel, Gehirn, β-Zellen des Pankreas, Nebenniere, Ovarien, Testes, Makrophagen.
- Substratspezifität : Katalysiert Hydrolyse von Tri-, Di-, und Monoacylglycerinen, bevorzugtes Substrat: Diacylglycerine.
- Regulation : via Hormon-induzierte Phosphorylierung
Triacylglycerine
Abbau von Triacylglycerinen; Monoacylglycerin-Lipase
- Vorkommen (in Welchen Geweben)
- Substratspezifität
-> Welche Reaktion katalysiert es
- Regulation
Vorkommen: Fettgewebe.
Substratspezifität : Monoacylglycerin.
-> Noch nicht besonders gut charakterisiert.
Triacylglycerine
Wie werden Triacylglycerin-Fetttröpfchen vor Lipolyse geschützt?
-> Wie wird dieser Schutz aufgehoben?
Die Fetttröpfchen, welche die gespeicherten Triacylglycerine enthalten, sind von den Proteinen Perilipin und CGI-58 eingehüllt.
Damit das Triacylglycerin des Fetttröpfchens von der AdipocytenTriacylglicerinlipase (ATGL) und der Hormonsensitive Lipase (HSL) angegriffen werden kann, muss Perilipin phosphoryliert werden, was CGI-58 freisetzt, das nun die ATGL aktivieren kann. Zudem führt die Phosphorylierung des Perilipin neu zur Bindung der ebenfalls durch Phosphorylierung aktivierten cytosolischen HSL an Perilipin. Somit sind beide Lipasen am Fetttröpfchen lokalisiert und aktiviert.
Die Phosporylierung von Perilipin und HSL für die Aktivierung der Lipolyse erfolgt durch Protein-Kinase A (PKA). Insulin senkt cAMP als Gegenspieler der Lipolyse, was zur Dephosphorylierung von Perilipin und HSL führt und die Lipolyse abschaltet.
Triacylglycerine
Wie werden Triacylglycerine mi Blut Transportiert
-> Wo werden sie aufgenommen
Im Blut werden die Triacylglycerine in Form von Triacylglycerin-reichen Lipoproteinen, v.a. Chylomikronen und VLDL, transportiert. Sie werden im Fettgewebe als Substrat für das Anlegen von Energiereserven aufgenommen. In vielen andern Geweben werden sie als Substrate zur Deckung des Energiebedarfs aufgenommen, z.B. Skelettmuskel und Herzmuskel.
(Def. Lipoproteine: gemischte Mizellen aus Proteinen und Lipiden (darunter Triacylglycerinen). Siehe Vorlesung: Lipoproteine.)
Triacylglycerine
Lipoprotein-Lipase
- Was tut sie?
- Syntheseort
- Vorkommen
Das wasserlösliche EnzymLipoproteinlipase (LPL) dient als Katalysator bei der Aufspaltung (Hydrolyse) von Triacylglycerinen(Triglyceride) aus Lipoproteinen, wie sie in Chylomikronen und Very Low Density Lipoproteinen (VLDL) gefunden werden.
Synthese der Lipoprotein-Lipase: v.a. Fettgewebe und Skelettmuskulatur.
Vorkommen : in vielen Geweben.
Lipoprotein-Lipase wird nach der Synthese in Fettgewebe und Skelettmuskulatur in die Blutbahn sezerniert und an andere Organe verteilt. Bindet an die Endothelzellen der Kapillaren und an die Aussenseite der Plasmamembran vieler Zellen.
Ketonkörper
was sind Ketonkörper
-> Vertreter (3)
- wie nennt man vermehrtes Vorkommen von Ketonkörpern in Blut / Urin
Es handelt sich bei den Ketonkörpern um 3 Verbindungen, die immer zusammen auftreten. Sie werden vermehrt gebildet im Hungerzustand und bei gewissen Stoffwechselstörungen , wie z.B. bei Diabetes mellitus (Aufnahme von Glucose in Zelle Glucosemangel der Zellen (= Hungerzustand der Zelle, ähnlich wie bei Glucosemangel im Blut = Hypoglykämie).
Das Vorkommen erhöhter Konzentrationen im Blut wird als Ketonämie, im Urin als Ketonurie bezeichnet.
Ketonkörper
Ketonkörperbildung (Ketogenese)
- lokalisation (Organ)
- Zelluäre Lokalisation (organelle)
- Bei welcher Stoffwechselsituation werden Ketonkörper gebildet
Lokalisation: nur in Leber
Zelluläre Lokalisation: Mitochondrien
Stoffwechsel-Situation: Bei Überangebot an Acetyl-CoA, d.h. wenn mehr Acetyl-CoA gebildet wird, als der Citratzyklus aufnehmen kann, Mangel an Oxalacetat (Substrat für die Einschleusung von Acetyl-CoA in den Citratzyklus).
Ketonkörper
Synthese der Ketonkörper;
Herkunft von Acetoacetyl-CoA
-> 3 möglichkeiten
-> Welche steuert den grösten Teil bei?
Ketonkörper
Synthese der Ketonkörper;
Aceton
- Wie entsteht es?
-> Wie merkt man es?
Aceton entsteht durch spontane Decarboxylierung von Acetoacetat; Aceton entsteht nur in kleinsten Mengen, ist aber flüchtig und kann sich durch seinen Geruch in der Ausatmungsluft bemerkbar machen.
Ketonkörper
Export der Ketonkörper aus Leber
- Weshalb werden nicht direkt Fettsäuren exportiert
- Konzentrationen von Ketokörpern (Acetoacetat + β-OH-Butyrat) und Glucose im Blut
-> Wie verändern sch diese Werte im Hungerzustand/ bei Diabetis
Acetoacetat (~30%) und β-OH-Butyrat (~70%) sind im Gegensatz zu den Fettsäuren wasserlöslich und können aus Mitochondrien und Leberzellen ins Blut austreten.
Ketonkörper (Acetoacetat + β-OH-Butyrat) sind normale Bestandteile des Blutes: sB
Produktion und Konzentration von Ketonkörpern kann im Hungerzustand und Diabetes (= konstanter Glucosemangel der Zellen) stark ansteigen. Es sind Ketonkörper-Werte bis 5-10 mM möglich (Ketonämie).
Ketonkörper
Wie lässt sich die Ketonämie des Hungerzustandes erklären?
- Grund 1; (produktionssteigerung)
-> Prinzip
1. Vermehrte Produktion von Acetyl-CoA durch Abbau von Fettsäuren. Im Hungerzustand führt ungenügendes Brennstoff-Angebot zu niedriger Energieladung der Zelle (wenig ATP, viel AMP).
-> AMP aktiviert die AMP-abhängigen Proteinkinase (AMPK).
Die AMPK phosphoryliert die Acetyl-CoA-Carboxylase. Als Folge davon ist die Aktivität der Acetyl -CoACarboxylase niedrig.
-> wenig Malonyl-CoA
-> Hemmung von Carnitin-Acyltransferase I entfällt
-> Import von Fettsäuren in Mitochondrien und Fettsäureabbau steigen an.
-> Vermehrte Produktion von Acetyl-CoA