Definitionen und Klassifizierung
Definition: Lipide sind in organischen Lösungsmitteln wie Chloroform gut löslich, während sie in Wasser nahezu unlöslich sind. Acetyl-Coenzym A ist der Grundbaustein für alle
Lipide des Körpers
Unter den Begriff Lipide fallen mehrere Gruppen von unterschiedlich aufgebauten Mole-külen. Man unterscheidet:
- Lipide ohne Esterbindungen Þ Fettsäuren und ihre Derivate oder
Isoprenderivate
- Lipide mit Esterbindungen Þ Einteilung nach beteiligtem Alkohol:
- Wachse: langkettiger Alkohol
- Glycerolipide: enthalten Glycerin
- Sphingolipide: mit Sphingosin
- Cholesterinester: Hydroxylgruppe des Cholesterins dient als alkoholische Grupp
Triacylglyceride (Triglyceride) Triacylglyceride kommen in Membranen nicht vor! Freie Trigylceride in einer Zelle zerstören Membranen gar! Triglyceride dienen in Tieren als Energiespeicher.
Man kennt Mono-, Di- und Triacylglyceride, d.h. Glycerin kann mit einer, zwei oder drei FS verestert werden. Der Fettsäureschwanz ist die Acylgruppe, daher der Name.
Triacylglyceride sind amphiphil. Sie besitzen einen hydro- und einen lipophilen Anteil.
Triacylglyceride entstehen, wenn man Glycerin mit langkettigen Fettsäuren (FS) verestert, z. B. durch Erwärmen. Häufige FS sind Palmitinsäure 16:0 (Nomenklatur siehe später)
und Stearinsäure 18:0
In Fettsäuren findet man häufig eine oder mehrere cis-Doppelbindungen. Beispiele sind die Ölsäure 18:1 Δ9, die Linolsäure 18:2 Δ9, 12, die Linolensäure 19:3 Δ9, 12,
15 und die Arachidonsäure 20:4 Δ5,8,11,14. Alle natürlichen Doppelbindungen sind cis konfiguriert.
Nomenklatur der ungesättigten FS:
Triacylglyceride mit ungesättigten FS sind bei Raumtemperatur flüssig, während Triacylglyceride mit gesättigten FS fest sind. Je mehr Doppelbindungen vorhanden sind, desto tiefer
liegt der Schmelzpunkt. (vgl. Fette <-> Öle !)
In Fettzellen werden Triacylglyceride in Form von Lipidtropfen gespeichert. Fett stellt ein grosses Energiedepot dar. Aus einem Gramm Fett kann der Körper 37 Kilojoule Energie gewinnen. Die Triacylgylceride
der Adipocyten enthalten ungesättigte FS, sonst wäre das Fettgewebe bei Körpertemperatur fest!
Butter enthält keine ungesättigten FS, sie ist fest. Aus Öl, d.h. Triacylglyceriden mit ungesättigten FS, wird Margarine hergestellt. Die Doppelbindungen werden chemisch hydriert.
Dadurch entsteht feste Margarine.
FS mit ω6 sind essentielle FS, d.h. sie müssen mit der Nahrung aufgenommen werden, da unser Körper sie nicht synthetisieren kann. 1, 5 Gramm ω6 –FS muss der Mensch täglich aufnehmen.
Unser Körper kann an gewissen Stellen Doppelbindungen einführen. Dies geschieht mit Hilfe von Enzymen, den sog. Desaturasen. Man unterscheidet zwischen Δ9 -, Δ6-, Δ5- und Δ4- Desaturasen. Der
menschliche Körper kann keine Doppelbindungen nach dem C9 Atom einführen! Allerdings ist unser Körper in der Lage, FS ausgehend von C1 aus zu verlängern (sog. Elongasen). So kann aus
Linolsäure beispielsweise Arachidonsäure synthetisiert werden.
Lipide, die im menschlichen Körper nicht vorkommen
Z.B: In Bakterien gibt es eine Vielzahl Lipide, die im menschlichen Körper nicht vorkommen. In Pflanzen gibt es fast kein Cholestrol, dafür Sitosterol und Stigmasterol. In Hefen und anderen
Pilzen ersetzt Ergosterol das Cholesterol.
Phospholipide
Anstelle der dritten Acylgruppe trägt das Molekül eine Phosphat-Gruppe. Die Phospholipide sind amphiphil. Der Phospat-Kopf ist hydrophil während die FS-Schwänze hydrophob (lipophil)
sind.
Man unterscheidet verschiedene Phospholipide, je nachdem was weiter an die Phospatgruppe angehängt ist. Beispiele: Phosphatidylcholin (=Lecithin), die Phospatgruppe trägt noch ein Cholin.
Weitere Beispiele sind Phosphatidylserin, Phospythidylethanolamin und Phosphatidylinositol.
Cardiolipin, ein Diphosphatidylglycerol, wurde zuerst im Herzen gefunden. Es kommt v.a. in der Mitochondrienmembran vor.
Lunge: Auf den Alveolen liegt ein Wasserfilm. Damit sich der Wasserfilm aufgrund der Oberflächenspannung des Wassers nicht zusammenzieht, braucht es einen Stoff, der das verhindert. In den Lungen
findet man darum Phosphatidylcholin als Surfactant ( 90% Phospholipide), der die Oberflächenspannnung erniedrigt.
Frühgeburten können die Surfactants noch nicht bilden. Ihre Lunge ist somit noch nicht funktionsfähig und ihr Überleben ist deswegen nicht gesichert.
Phosphatidylinositol kann an der Plasmamembranaussenseite zusätzlich glykosyliert werden. Ein bekanntes Beispiel ist der GPI-Anker, das Glykosylphophatidylinositol. Mittels des GPI-Anker können
gewisse Proteine an der Aussenseite der Zellmembran verankert werden.
Phosphorylierte Phosphoglyceride binden leichter Molküle und dienen als Transmitter biochemischer Signale.
Phospholipasen
Phospholipasen sind Enzyme, die Phospholipide an verschiedenen Stellen schneiden. Phopholipase A1 spaltet die Acylgruppe nur an C1 des Glycerols ab, A2 nur an C2.
Phospholipase B kann an C1 oder C2 spalten
Phospholipase C spaltet den Phosphatkopf ab. Beispiel: Aus Phosphatidylcholin + H2O macht die Phospholipase C Diacylglycerol und Cholin-Phosphat
Phospholipase D trennt nur die zusätzliche Gruppe vom Phosphat ab. Beispiel: Phos-phatidylcholin + H2O --- Phospholipase D--> Phosphatidylsäure + Cholin Phospholipide besitzen einen
hohen Anteil an polydesaturierten FS. In der Leber finden wir z.B. viele ungesättigte FS wie C20:4 oder C18:2
Plasmalogen
Plasmalogene sind eine Variante der Phospholipide, die häufig vorkommt. An C1 ist anstelle der üblichen Etherbindung eine a,b-ungesättigte Etherbindung, ein sogenannter Vinyl- Ether
anzutreffen.
Die Phosphatgruppe an C3 trägt meistens Ethanolamin, Cholin oder Serin.
Sphingolipide (Sphingomyeline, Cerebroside, Ganglioside)
Sphingolipide sind ebenfalls Haupkomponeten von biologischen Membranen. Sie sind vor allem im Nervensystem anzutreffen. Als Vorläufer aller Sphingolipide dient der C18 Alkohol Sphingosin. Sphingosin
verestert mit einer FS bezeichnet man als Ceramid, das Grundgerüst aller Sphigolipide. Eine Ceramidschicht zwischen den Zellen bewirkt, dass die Haut wasserabstossend ist.
Sphingolipide werden unterteilt in Sphingo-Glycolipide und Sphingo-Phospholipide. Die bekanntesten Beispiele sind:
Sphingomyeline:
- häufigste Sphingolipide
- sind Sphingo-Phospholipide
- = Ceramid mit Phospocholin- oder Phosphoethanolamin-Kopf
Sphingomyelin ist ein Bestandteil des Myelins, welches z.B. in der Myelinscheide im Nervengewebe vorkommt.
Cerebroside:
- die einfachsten Sphingo-Glycolipide
- = Ceramid mit einem einzelnen Zucker als Kopfgruppe
- Bsp: Galactocerebroside ( v.a. im Gehirn) und Glucocerebroside ( in den Membranen vieler Gewebe)
Ein Spezialfall sind die Sulfatide , ein Galactocerebrosid bei dem die Galactose eine Sulfatgruppe trägt.
Ganglioside:
- sind sog. komplexe Sphingoglycolipide
- tragen als Kopfgruppe mehrere oder eine Kette aus Zuckerresten
Charakteristisch für die Ganglioside ist die N-Acetylneuraminsäure ( = Sialinsäure), die an den zweiten Zucker angehängt ist. Diese Säure dient als Erkennungssignal unter
den Zellen und ist auch Rezeptor für bakterielle Toxine wie z.B. das Cholera-Toxin. Ganglioside stellen 6% der Lipide des Gehirnes dar.
Aus Isopentenylpyrophosphat hergestellte Lipide
Wichtige Vertreter sind z.B. die Terpenoide.
Isopentenylpyrophosphat wird aus 3 Acetyl-Coenzym A hergestellt. Um nun verschie-dene Lipide zu synthetisieren, werden mehrere Einheiten Isopentenylpyrophosphat unter Abspaltung von Pyrophosphat
polymerisiert. Beispiele sind Menthyl, Farnesyl oder Geranyl-geranyl.
Farnesyl mit seinen 15 C-Atomen bindet Proteine an die Plasmamembran. Dabei liegt der hydrophobe Farnesylteil in dem Bilayer. Geranyl-geranyl mit 20 C-Atomen hat die selbe Funktion.
Wegen dieser Eigenschaft der Verankerung werden gewisse Proteine farnesyliert oder geranyl-geranyliert. Dies ist eine weitere Art von posttranslationeller Modifikation.
Natürlicher Kautschuk besteht aus Tausenden von Isopentenyleinheiten, die alle cis verknüpft sind. Bei künstlichem Kautschuk kommen auch trans Bindungen vor!
Dolichol
chol besteht aus 17-22 Isopentenyleinheiten. Es verankert Oligosaccharide in der Membran des Endoplasmatischen Retikulums und dient so als Plattform für die Glykosilierung von Proteinen im Lumen
des ER (ein Schritt in der Prozessierung von sekretierten Proteinen). Dolichol findet man auch in Pflanzen und in Hefe.
Ubichinon
Zu finden ist dieses Molekül in der inneren Mitochondrienmembran. Es dient als Redox-Element! Es verwendet mit der Nahrung aufgenommene H+. Mittels des Isopentenylschwanzes aus 6-10 Isopentenyleinheiten
wird es in der Membran verankert. Menachinon= Vitamin K
Der Körper kann kein Vitamin K synthetisieren! Es wird aber von Enzymen benötigt, die Blutproteine verändern und somit in der Blutgerinnung eine wichtige Rolle spielen. Menachinon
besitzt 8 Isopentenyleinheiten.
Cholesterol ( =Cholesterin)
Cholesterol ist aus 6 Isopentenyleinheiten aufgebaut. Wegen der Doppelbindung zwischen C5 und C6 kann es keine cis Isomere der Ringe A und B geben. Es wird über Squalen, ein C30-Terpen, synthetisiert.
Cholesterol kann vom Körper nicht abgebaut werden und muss darum ausgeschieden werden. Dies geschieht in der besser wasserlöslichen Form von Sodium Cholate (Gallensalz). Ohne Gallensalze ist
unser Körper nicht in der Lage, Lipide zu resorbieren!
Cholesterinlinolenat ist ein mit Linolen verestertes Cholesteol, welches hydrophober ist aufgrund der FS.
Pflanzen besitzen sehr wenige Cholesterol oder Cholesterol ähnliche Stoffe.
Die menschlichen Sexualhormone wie Testosteron, Androsteron, Oestrogen, Oestradiol sind alles Derivate des Cholesterols. Gemeinsamer Vorläufer für alle Steroidhormone ist das Androstendion aus
17 α-Hydroxyprogesteron. Calcitriol, Cholecalciferol oder Vitamin D ist ein Cholesterol Derivat. Durch UV Licht wird der B-Ring geöffnet (benötigt keine Enzyme!). Im Winter müssen wir Vitamin B mit der Nahrung
aufnehmen, da unser Körper zu wenig Licht bekommt. Vitamin B erhöht die Ca2+ Resorption im Darm und die Freisetzung von Ca2+ aus den Knochen.
Alle hydrophoben Vitamine, d.h. Vitamin A, D, E und K, bzw. ihre Vorläufer, ebenfalls alle aus Isopentenyleinheiten aufgebaut, müssen durch die Nahrung aufgenommen werden. Dies kann z.B. durch
Lebertran geschehen.
In Pflanzen wie z.B. Karotten finden wir Farbstoffe wie das b-Carotin. b-Carotin ist dank seiner konjugierten Doppelbindungen lichtabsorbierend.
Aus dem β-Carotin gewinnt unser Körper das Vitamin A. Die b-Carotin-15,15’-Dioxygenase spaltet β-Carotin
mit O2 zu 2 Retinalen. Retinal finden wir im Sehpigment. Es wird bei Lichteinfall zu Retinol abgebaut, kann aber in einer Dunkelphase wieder zu Retinal aufgebaut werden. |
