Lipidstoffwechsel: Abbau

Question 1

Wie lauten die 4 Schritte der Fettsäureoxidation?

Answer 1

1. Hydrolyse
2. Aktivierung
3. Transport
4. β-Oxidation

Question 2

Beschreibe den 2. Schritt der Fettsäureoxidation (Aktivierung) genauer!

Answer 2

• Ort:
  an der zytosolischen Seite der äußeren Mitochondrienmembran
• Enzym:
  Acyl-CoA-Synthetase, katalysiert zwei Reaktionsschritte

1. Fettsäure + ATP → Acyl-AMP + PPi
2. Acyl-AMP + PPi + CoA + H2O → Acyl-CoA + AMP + 2 Pi

Question 3

Beschreibe den 3. Schritt der Fettsäureoxidation (Transport) genauer!

Answer 3

Transport von Acyl-CoA ins Mitochondrium:

1. Schritt:
   - Acyl-CoA + Cartinin → Acylcarnitin
   - Acylcarnitin-Transferase I
2. Acylcarnitin gelangt durch Porine
   in den Intermembranraum des Mitochondriums
3. Acyliertes Carnitin
   wird über den Carnitin-Acylcarnitin-Transporter (CACT)
   aktiv durch die innere Mitochondrienmembran
   in die Mitochondrienmatrix transportiert
4. In der Matrix wird der Acylrest
   wieder auf ein CoA übertragen
   (Enzym: Acylcarnitin-Transferase II)

Question 4

Beschreibe den 4. Schritt der Fettsäureoxidation (β-Oxidation) grob!
(Ohne Reaktionsschritte)

Answer 4

• Ort: in der Mitochondrienmatrix
• Zyklischer Prozess, bei dem die Fettsäuren vom Carboxylende her abgebaut werden
• Es werden jeweils 2 C-Atome in Form von Acetyl-CoA abgespalten
  und die restliche Fettsäure am β-C-Atom oxidiert
• Pro abgespaltener Acetyl-CoA-Einheit werden benötigt:
  je ein Molekül FAD,
  Wasser (H2O) und
  NAD+
• Die entstehenden Acetyl-CoA-Moleküle werden dann in den Citratzyklus eingeschleust

Question 5

Beschreibe die ersten 2 Reaktionsschritte der β-Oxidation!

Answer 5

1. Oxidation zwischen C2 (α) und C3 (β):
   - Acyl-CoA → trans-Δ2-Enoyl-CoA
   - [Acyl-CoA-Dehydrogenase]
   - FAD → FADH2
   - Es entsteht zwischen C2 und C3 eine trans-konfigurierte Doppelbindung
2. Hydratisierung:
   - trans-Δ2-Enoyl-CoA → L-3-Hydroxyacyl-CoA (auch: β-Hydroxyacyl-CoA)
   - [Enoyl-CoA-Hydratase]

Question 6

Beschreibe die letzten 2 Reaktionsschritte der β-Oxidation!

Answer 6

3. Oxidation:
   - L-3-Hydroxyacyl-CoA → 3-Ketoacyl-CoA
   - [L-3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase]
   (auch: β-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase)
   - NAD+ → NADH+H+
4. Thiolyse:
   - 3-Ketoacyl-CoA + CoA → Acetyl-CoA + Acyl-CoA
   - [Ketothiolase]
   - Acetyl-CoA wird in den Citratzyklus eingeschleust
   - Acyl-CoA wird wieder dem ersten Schritt der β-Oxidation zugeführt

Question 7

Beschreibe den 1. Schritt der Fettsäureoxidation (Hydrolyse) genauer!

Answer 7

TAG + 3 H2O → Glycerin + 3 Fettsäure + 3H+

Question 8

Wie wird Glycerin abgebaut?

Answer 8

1. Glycerin → L-Glycerin-3-Phosphat
   - [Glycerin-Kinase]
   - ATP → ADP
2. L-Glycerin-3-Phosphat → Dihydroxyacetonphosphat
   - [Glycerin-Phosphat-Dehydrogenase]
   - NAD+ → NADH+H+

Question 9

Wie unterscheiden sich kurzkettige und langkettige FS im Transport in Mitochondrien?

Answer 9

• kurzkettige Fettsäuren (< 10 C-Atome) können ohne Transportprotein in Mitochondrien diffundieren
• langkettige Fettsäuren müssen vor ihrem Transport aktiviert werden

Question 10

Wie werden ungeradzahlige Fettsäuren abgebaut?
Nenne dazu die Reaktionsschritte!

Answer 10

Ungeradzahlige Fettsäuren durchlaufen ebenfalls die β-Oxidation.
Im letzten Schritt bleibt allerdings nicht Acetyl-CoA übrig,
sondern Propionyl-CoA,
welches in Succinyl-CoA umgewandelt
und dem Citratzyklus zugeführt wird.

Reaktionsschritte:

1. Carboxylierung:
   - Propionyl-CoA → Methylmalonyl-CoA
   - Cofaktor: Biotin
2. Umwandlung:
   - Methylmalonyl-CoA → Succinyl-CoA
   - Cofaktor: Cobalamin = Vit. B12

Question 11

Wie werden ungesättigten Fettsäuren abgebaut?

Answer 11

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (z.B. Linolensäure)
werden in der β-Oxidation abgebaut.

Dafür sind allerdings 2 zusätzliche Enzyme notwendig:
1. Isomerase
2. Reduktase

Diese wandeln die Doppelbindungen um
und „verschieben“ sie so,
dass die entstehende Fettsäure von den Enzymen der β-Oxidation abgebaut werden kann.

Question 12

Wie unterscheidet sich die β-Oxidation in Peroxisomen von der in Mitochondrien?

Answer 12

Acyl-CoA + O2  trans-∆2-Enoyl-CoA + H2O2

1. Abbau von langkettigen Fettsäuren (>22 C-Atome),
   insbesondere in Hepatocyten
2. Einschleusung von Acyl-CoA in die Peroxisomen ist nicht carnitinabhängig
3. nur über 2-5 Zyklen → Verkürzung langkettiger Fettsäuren
4. Keine:
   - Atmungskette
   - ATP-Synthese
   - FADH2-Synthese

Question 13

Wie kommt es zum Zellweger-Syndrom?

Answer 13

• Gestörte Peroxisomen-Bildung oder
• defekte Acyl-CoA-Oxidase
• autosomal-rezessiv vererbbar