Lipide und Fettsäuren: Überblick

Fettsäuren und Lipide

Lipide sind eine vielfältige Gruppe hydrophober organischer Moleküle, zu denen Fette, Öle, Sterole und Wachse gehören. Fettsäuren sind integrale Bausteine von Lipiden und können aufgrund des Vorhandenseins/Fehlens von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen in ihren unpolaren Ketten als ungesättigt oder gesättigt klassifiziert werden. Eicosanoide sind eine Familie von Zellsignalmolekülen mit wichtigen physiologischen Eigenschaften, die von der Fettsäure Arachidonsäure abgeleitet sind. Darüber hinaus führt die Kombination von Fettsäuren mit verschiedenen Basen, einschließlich Glycerin, Phosphat und Sphingosin, zu verschiedenen Lipiden mit unterschiedlichen Funktionen im menschlichen Körper. Glycerolipide (Triacylglycerine) sind wichtig für die Energiespeicherung und Wärmedämmung. Glycerophospholipide und Sphingolipide sind wesentliche Bestandteile der zellulären Plasmamembranen. Eine andere Gruppe von Lipiden basiert auf Isoprenoiden, den Bausteinen von Sterolen (wie Cholesterin). Veränderte Lipidspiegel (sowohl ein Überschuss als auch ein Mangel) können zu vielen potenziellen Krankheitsprozessen führen.

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Inhalt

Fettsäuren

Triacylglycerine und Glycerophospholipide

Sphingolipide

Isoprenoide und Sterole

Klinische Relevanz

Quellen

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Fettsäuren

Überblick

Gekennzeichnet durch eine Carboxylgruppe (COOH) und eine aliphatische Kette von Kohlenstoffatomen, die mit einer Methylgruppe (CH3) enden.
Können amphiphile (amphipathische) Moleküle sein:
- Verfügen über zwei Pole:
  - Carboxygruppe: polar und hydrophil (interagiert mit Wasser)
  - Methylgruppe: unpolar und hydrophob (interagiert nicht mit Wasser)
- Hauptsächlich als Moleküle zur Energiespeicherung verwendet
- Bilden den Hauptbestandteil der Plasmamembran
Kategorisiert nach Sättigung (Anzahl der Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffen):
- Gesättigt:
  - Die häufigsten Fettsäuren in Zellen
  - Keine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen
  - ↑ Länge → ↑ Schmelzpunkt
  - Entsättigung → ↓ Schmelzpunkt
  - Beispiele umfassen Laurinsäure, Myristinsäure (Tetradecansäure), Stearinsäure, Palmitinsäure und Arachinsäure (Eicosansäure).
- Ungesättigt:
  - Einfach ungesättigt→ 1 Doppelbindung (z. B. Ölsäure)
  - Mehrfach ungesättigte → 2 oder mehr Doppelbindungen (z. B. essentielle Fettsäuren wie Linolsäure und Linolensäure)
  - Eicosanoide Eicosanoide Eicosanoide: aus mehrfach ungesättigten Fettsäuren gewonnen (Prostanoide, Leukotriene und Lipoxine)
Biologische Fettsäuren:
- Natürlich vorkommend
- Die meisten natürlich vorkommenden ungesättigten Fettsäuren haben Doppelbindungen in der cis -Konfiguration.
  - cis : wenn sich die 2 R-Gruppen auf der gleichen Seite der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung befinden
  - trans : wenn sich die 2 R-Gruppen auf gegenüberliegenden Seiten der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung befinden
Transfette:
- Enthalten Doppelbindungen in der trans -Konfiguration
- Hergestellt nach einer chemischen Veränderung von Lebensmitteln, während der Hydrierung oder „Härtung“ von natürlichen Ölen (z. B. bei der Herstellung von Margarine)
- Aufnahme (2‒7 %) durch den Verzehr von Milchprodukten (Produktion im Pansen ( Magen Magen Magen) von Wiederkäuern durch Mikroorganismen).
- Der vermehrte Konsum ist mit einem ↑ Risiko für Krankheiten verbunden, einschließlich Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes Diabetes Diabetes Mellitus mellitus.
- „Weiche“ Margarine ist arm an Transfettsäuren oder enthält überhaupt keine.

Nomenklatur der Fettsäuren

Basierend auf funktionalen Aspekten und der Beschaffenheit der Kohlenstoffkette:
- Glycerin ist ein tertiärer Alkohol.
- Sphingosin ist ein ungesättigter Aminoalkohol.
- Isopren ist ein ungesättigter Kohlenwasserstoff.
Genfer System:
- Gesättigt:
  - Suffix: -an
  - Enthält keine Doppelbindungen
- Ungesättigt:
  - Suffix: -en
  - Enthält Einfach- und Doppelbindungen
Delta-Nummerierungssystem: Kohlenstoffe werden vom COOH zum CH3 gezählt (links → rechts).
Omega-Zahlensystem: Kohlenstoffe werden vom CH3 zum COOH gezählt (rechts → links) → ergibt Omega (ω) Fettsäuren

Structure of stearic acid — Struktur von Stearinsäure, einer gesättigten Fettsäure
Bild von Lecturio.

Structure of oleic acid — Struktur von Stearinsäure, einer gesättigten Fettsäure
Bild von Lecturio.

**Tabelle: Beispiele für gesättigte Fettsäuren**
Name	Anzahl der Kohlenstoffatome	Auftreten
Laurinsäure (Dodecansäure)	12	Spermaceti, Zimt, Palmkern, Kokosöl, Lorbeer und Butter
Myristinsäure (Tetradecansäure)	14	Muskatnuss, Palmkern, Kokosöl, Myrte und Butter
Palmitinsäure (Hexadecansäure)	16	Vorkommen in allen tierischen und pflanzlichen Fetten

**Tabelle: Ungesättigte Fettsäuren von physiologischer und ernährungsphysiologischer Bedeutung**
Doppelbindungen	Anzahl der Kohlenstoffe und Position der Doppelbindungen	Omega-Familie	Trivialname	Auftreten
Monoensäuren (1 Doppelbindung)	18:1;9	9	Ölsäure	Möglicherweise die häufigste Fettsäure in natürlichen Fetten (besonders häufig in Olivenöl)
Diensäuren (2 Doppelbindungen)	18:2;9,12	6	Linolsäure	In Mais-, Erdnuss-, Baumwollsaat-, Sojabohnen- und vielen anderen Pflanzenölen
Triensäuren (3 Doppelbindungen)	18:3;6,9,12	6	γ-Linolensäure	Kommt in einigen Pflanzenölen vor (z. B. Nachtkerzenöl, Borretschöl); Depotfett bei Tieren
Triensäuren (3 Doppelbindungen)	18:3;9,12,15	3	α-Linolensäure	Häufig in Verbindung mit Linolsäure (insbesondere in Leinöl)
Tetraensäuren (4 Doppelbindungen)	20:4;5,8,11,14	6	Arachidonsäure	Vorkommen in tierischen Fetten; ein wichtiger Bestandteil von Phospholipiden bei Tieren
Pentansäuren (5 Doppelbindungen)	20:5;5,8,11,14,17	3	Timnodonsäure	Wichtiger Bestandteil von Fischölen, Ei-, Dorschleber-, Makrelen-, Menhaden- und Lachsölen
Hexansäuren (6 Doppelbindungen)	22:6;4,7,10,13,16,19	3	Cervonsäure	Fischöle, Algenöle und Phospholipide im Gehirngewebe

Funktionen

Wichtiger Baustein für die Bildung anderer Lipide
- Fette/Öle
- Glycerophospholipide
- Sphingolipide
- Membranverankerungen für andere Biomoleküle (z. B. Proteine Proteine Proteine und Peptide)
Form der Energiespeicherung
Wichtiger Bestandteil für den Aufbau von Membranen

Vergleich essentieller und nicht-essentieller Fettsäuren

Nicht-essentielle Fettsäuren: Synthese durch den Menschen möglich
Essentielle Fettsäuren: können vom Menschen nicht synthetisiert werden und müssen über die Nahrung aufgenommen werden:
- Dem Menschen fehlt die Desaturase, das Enzym, das erforderlich ist, um Doppelbindungen nach Δ9 zu bilden.
- Die beiden wichtigsten essentiellen Fettsäuren sind Linolsäure und α-Linolensäure (ALA).
- ALA kann (ineffizient) in Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) umgewandelt werden → EPA/DHA sind technisch gesehen nicht essenziell. (Sie werden essenziell, wenn die ALA in der Ernährung nicht ausreichend vorhanden ist, was häufig der Fall ist.)

Triacylglycerine und Glycerophospholipide

Triacylglycerine und Glycerophospholipide sind Fettsäuren auf Glycerinbasis, die in menschlichen Zellen allgegenwärtig sind. Triacylglycerine und Glycerophospholipide sind wichtige strukturelle Komponenten von Plasmamembranen und dienen als Energiespeicher.

Triacylglycerine/Triglyceride (Glycerolipide)

1 Molekül Glycerin (polarisiert) + 3 Fettsäuren
Verbunden durch Esterbindungen (zwischen einer -OH- und einer COOH-Gruppe)
Ungesättigtheitsgrad bestimmt, ob Fett oder Öl:
- Fette sind bei Raumtemperatur fest.
- Öle sind bei Raumtemperatur flüssig.
Die Speicherformen von Fettsäuren im Fettgewebe Fettgewebe Fettgewebe: Histologie sorgen für Energieversorgung und Wärmedämmung.

Struktur eines Triacylglycerinmoleküls:
Alle drei Hydroxygruppen des Glycerins sind mit Fettsäuren verestert. Linolensäure ist aufgrund ihrer zusätzlichen Doppelbindungen anfälliger für Oxidation als die anderen 2 Fettsäuren. Diese Zersetzung führt dazu, dass das Fett ranzig wird, d. h. einen unangenehmen Geschmack oder Geruch entwickelt.
Bild von Lecturio.

Phosphoglyceride (Glycerophospholipide)

Ein Glycerinrückgrat (polarisiert) + 2 Fettsäuren + 1 Phosphatgruppe (PO4)
- Glycerin an C1 und C2 mit je einer Fettsäure verestert
- An C3 Veresterung mit einer Phosphatgruppe mit alkoholischem Rest
Hauptbestandteile (und die Hauptlipidbestandteile) der Plasmamembran (Lipiddoppelschicht)
Besitze einen hydrophoben Schwanz und einen hydrophilen Kopf
Lecithine sind ein Beispiel für Glycerophospholipid:
- Amphiphile
- Enthält Cholin, Phosphatidylcholin und Phosphatidylethanolamin
- Die am häufigsten vorkommenden Phosphoglyceride im Körper
- Stellt einen großen Cholinspeicher für andere physiologische Funktionen dar (z. B. Acetylcholin)
- Bilden die Lipidkomponente von Lungensurfactant

Lipid-Arrangements — Lipid-Selbstaggregation in Wasser:
Lipide enthalten wie Glycerophospholipide einen polaren (hydrophilen) Kopf und einen unpolaren (hydrophoben) Schwanz (A).
Eine Lipiddoppelschicht besteht aus Lipidmolekülen, deren Köpfe nach außen und Schwänze nach innen zeigen (B).
Diese Anordnung wird normalerweise von Glycerophospholipiden bevorzugt, da ihre hydrophoben Schwänze oft zu viel Platz für die Kugelform einer Mizelle einnehmen (C).
Bild von Lecturio.

Phosphatidyl backbone of glycerophospholipids — Das Phosphatidyl-Rückgrat von Glycerophospholipiden:
Polare Verbindungen binden an die Phosphatgruppe und werden durch “R” dargestellt.
Bild von Lecturio.

Structure of phosphatidylcholine — Das Phosphatidyl-Rückgrat von Glycerophospholipiden:
Polare Verbindungen binden an die Phosphatgruppe und werden durch “R” dargestellt.
Bild von Lecturio.

Eicosanoide Eicosanoide Eicosanoide

Eicosanoide Eicosanoide Eicosanoide sind eine Klasse biologisch wichtiger, 20 Kohlenstoffatome enthaltender Verbindungen („eicosa“ = 20). Sie entstehen bei der Oxidation mehrerer wichtiger mehrfach ungesättigter Omega-6- und Omega-3-Fettsäuren, darunter:
- Arachidonsäure (am wichtigsten)
- EPA
- Gamma-Linolensäure
Eicosanoid-Unterklassen:
- Prostaglandine
- Prostazykline
- Thromboxane
- Lipoxine
- Leukotriene
- Endocannabinoide
Funktionen:
- Beteiligung an entzündlichen Prozessen
- Teil der Immunität
- Steuerung der Gefäßaktivität (d. h. Vasokonstriktion Vasokonstriktion Physiologie des Blutkreislaufs und -erweiterung)
- Beeinflussung von Stimmung und Verhalten

Sphingolipide

Sphingolipide sind eine heterogene Familie von Lipiden. Sie ähnlen in ihrem Aufbau den Phosphoglyceriden, das Glycerin ist allerdings durch den Aminoalkohol Sphingosin ersetzt.

Bestehend aus Ceramid (Sphingosin durch eine Amidbindung mit einer Fettsäure verknüpft) + einem anderen Molekül („R“)
Amphipathisch und amphiphil (sowohl hydrophobe als auch hydrophile Eigenschaften)
Machen 10–20 % der Membranlipide aus
Mehrere Moleküle können an Sphingosin binden, so entstehen Moleküle mit unterschiedlichen Funktionen:
- Sphingomyeline:
  - Ceramid + eine Phosphorylcholinrest
  - Vorkommen in der Myelinscheide von Nervenzellen
- Cerebroside:
  - Ceramid + Monosaccharid (Galactose)
  - Wichtige Bestandteile der Nervenzellmembranen
- Ganglioside:
  - Ceramid ＋ komplexes Kohlenhydrat
  - Vorkommen vor allem in der grauen Substanz des ZNS

Ceramide, the basic structure of a sphingolipid — Ceramid (die Grundstruktur eines Sphingolipids):
„R“ steht für die Verbindung, welche die verschiedenen Arten von Sphingolipiden unterscheidet.
Bild von Lecturio.

Structure of a cerebroside — Ceramid (die Grundstruktur eines Sphingolipids):
„R“ steht für die Verbindung, welche die verschiedenen Arten von Sphingolipiden unterscheidet.
Bild von Lecturio.

Isoprenoide und Sterole

Sterole und Isoprenoide, welche Sterole bilden, sind eine wichtige Gruppe von Fettsäuren, die als Teil der zellulären Plasmamembran und als Gallensäuren verwendet werden, welche zur Aufnahme von Fetten beitragen.

Isoprenoide

Bausteine von Sterolen
Aufbau aus Isopren (enthält 5 Kohlenstoffatome)
Beispiele:
- Dimethylallylpyrophosphat
- Isopentenylpyrophosphat

Sterole

Eine Untergruppe der Steroidmoleküle
Phytosterine in Pflanzen (z. B. Ergosterol)
Zoosterole bei Tieren (z. B. Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel)
Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel:
- Das am häufigsten vorkommende Zoosterol
- Im Körper synthetisiert (1/3) oder über die Nahrung aufgenommen (2/3)
- Bindet an eine Fettsäure → Cholesterylester und wird in der Lipiddoppelschicht eingelagert
- Speicherform: Cholesterinester
- Teil von:
  - Plasma Plasma Transfusionsprodukte Zelle
  - Mitochondrien
  - Golgi-Apparat
  - Kernmembranen

Structure of dimethylallylpyrophosphate and isopentenylpyrophosphate — Die Struktur von Dimethylallylpyrophosphat und Isopentenylpyrophosphat:
Durch die wiederholte Verbindung der Moleküle entstehen schließlich Sterole.
Bild von Lecturio.

Structure of free cholesterol — Die Struktur von Dimethylallylpyrophosphat und Isopentenylpyrophosphat:
Durch die wiederholte Verbindung der Moleküle entstehen schließlich Sterole.
Bild von Lecturio.

Klinische Relevanz

Gerinnungsstörungen: Eicosanoide Eicosanoide Eicosanoide sind Verbindungen, die von Polyenfettsäuren abgeleitet sind. Sie umfassen Leukotriene, Lipoxine und Prostanoide, zu denen Prostaglandine, Prostacycline und Thromboxane gehören. Diese Moleküle spielen als Mediatoren in Entzündungs- und Schmerzreaktionen eine wichtige Rolle. Thromboxane sind wichtig für die Gerinnung innerhalb von Gerinnungskaskaden und für die Thrombozytenadhäsion. Nichtsteroidale Antirheumatika Nichtsteroidale Antirheumatika Nichtsteroidale Antirheumatika/Antiphlogistika (NSAR) hemmen Cyclooxygenasen, indem sie mit Arachidonsäure konkurrieren.
Prostaglandine: können als Arzneimittel verwendet werden. Zu den Anwendungen gehören die Empfängnisverhütung, die Einleitung von Wehen, der Schwangerschaftsabbruch Schwangerschaftsabbruch Spontanabort (Fehlgeburt), die Vorbeugung von Magengeschwüren, die Kontrolle von Entzündungen und des Blutdrucks sowie die Linderung von Asthma. PGD2 fördert den Schlaf. Prostaglandine erhöhen cAMP in Blutplättchen, Schilddrüse Schilddrüse Schilddrüse, Gelbkörper, fetalem Knochen Knochen Aufbau der Knochen, Adenohypophyse und Lunge Lunge Lunge: Anatomie, reduzieren jedoch cAMP in Nierentubuluszellen und Fettgewebe Fettgewebe Fettgewebe: Histologie.
Leukotriene und Lipoxine: Diese Eicosanoide Eicosanoide Eicosanoide regulieren viele Krankheitsprozesse. Bei einer Anaphylaxie Anaphylaxie Typ-I-Allergie werden die Leukotriene C4, D4 und E4 ausgeschüttet. Zu den Eigenschaften zählen eine starke Verengung der Bronchien, eine erhöhte Gefäßpermeabilität, eine Chemoattraktion und eine Leukozytenaktivierung bei Überempfindlichkeitsreaktionen (wie Asthma). Lipoxine sind entzündungshemmende/gegenregulatorische Verbindungen (Chalone) der Immunantwort und haben vasoaktive Funktionen.
Polyketide: Moleküle, die von Organismen auf ähnliche Weise wie Fettsäuren erzeugt werden (unter Verwendung ähnlicher Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme und Acyl-CoA). Diese Produkte haben eine breite Palette von pharmazeutischen Eigenschaften und werden für antibakterielle, antimykotische, immunsuppressive und Antitumoranwendungen verwendet. Zu den Polyketid-Medikamenten zählen Erythromycin, Tetracyclin, Amphotericin, Tacrolimus Tacrolimus Immunsuppressiva und Anthramycin.
Neonatales Atemnotsyndrom Neonatales Atemnotsyndrom Neonatales Atemnotsyndrom: Bei Frühgeburten führt eine geringe Menge und Qualität natürlicher Tenside zum Kollaps der Alveolen. Bestehend aus 70 % Glycerophospholipid (insbesondere der Phosphatidylcholin-Spezies), reduziert das natürliche Tensid die Oberflächenspannung in den Alveolen und ermöglicht einen verbesserten Sauerstoffaustausch. Die frühzeitige Verabreichung von Lungensurfactant ist wichtig, um ein Atemnotsyndrom zu verhindern.
Niemann-Pick-Krankheit Niemann-Pick-Krankheit Niemann-Pick-Krankheit (auch Sphingomyelin-Cholesterin-Lipidose): eine Gruppe von autosomal-rezessiven Lipidspeicher-Erkrankungen, welche durch die Ansammlung von Sphingomyelin und Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel in Zellen, vornehmlich in Neuronen Neuronen Nervensystem: Histologie, gekennzeichnet sind.
Mangel an essentiellen Fettsäuren: Linol- und Alpha-Linolensäure werden für die Bildung von Prostaglandin, Thromboxan, Leukotrien und Lipoxin benötigt. Zu den Symptomen zählen Hautläsionen und eine Beeinträchtigung des Lipidtransports. Zu den Risikogruppen gehören Säuglinge, welche eine fettarme Säuglingsnahrung erhalten, und Patient*innen, die über längere Zeit ausschließlich intravenös ernährt werden.
Abnormaler Stoffwechsel von essentiellen Fettsäuren: kann mit einer unzureichenden Ernährung zusammenhängen, kann aber bei mehreren Krankheiten auftreten. Dazu gehören Mukoviszidose Mukoviszidose Mukoviszidose (Zystische Fibrose), Acrodermatitis enteropathica, hepatorenales Syndrom Hepatorenales Syndrom Hepatorenales Syndrom, Morbus Crohn Morbus Crohn Morbus Crohn, Zirrhose, chronische Alkoholkonsumstörung und Reye-Syndrom.

Quellen

Botham, KM, & Mayes, PA (2018). Lipids of physiologic significance.VW Rodwell et al. (Hrsg.). Harper’s illustrated biochemistry (31. Aufl.).
Bender, DA (2018).Micronutrients: Vitamins & minerals. VW Rodwell et al. (Hrsg.). Harper’s illustrated biochemistry (31. Aufl.).
Marchili, MR, et al. (2018). Vitamin K deficiency: a case report and review of current guidelines. Italian journal of pediatrics, 44(1), 36. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5853086/
Richardson, M., & Khosla, C. (1999). Comprehensive Natural Products Chemistry (Vol. 1). Comprehensive Natural Products Chemistry. Elsevier.
Sommer, A. (2008). Vitamin a deficiency and clinical disease: A historical overview. The Journal of Nutrition, 138(10), 1835–1839. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18806089
Duale Reihe Biochemie. Rassow J, Netzker R, Hauser K, Hrsg. 5. vollständig überarbeitete Auflage. Stuttgart: Thieme; 2022. doi:10.1055/b000000425