Das Fettsäuren sind organische Makromoleküle, die von Kohlenwasserstoffen abgeleitet sind und aus langen Ketten von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen, die hydrophob sind (sie sind fettlöslich) und die strukturelle Basis für Fette und Lipide bilden.
Sie sind sehr unterschiedliche Moleküle, die sich durch die Länge ihrer Kohlenwasserstoffketten und das Vorhandensein, die Anzahl, die Position und / oder die Konfiguration ihrer Doppelbindungen voneinander unterscheiden..
In den Lipiden von Tieren, Pflanzen, Pilzen und Mikroorganismen wie Bakterien und Hefen wurden mehr als 100 verschiedene Klassen von Fettsäuren beschrieben, die bei den meisten Lebewesen als spezies- und gewebespezifisch gelten.
Die Öle und Fette, die der Mensch täglich konsumiert, sind tierischen oder pflanzlichen Ursprungs und bestehen hauptsächlich aus Fettsäuren.
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Fettsäuremoleküle erfüllen wichtige Funktionen auf zellulärer Ebene, was sie zu wesentlichen Bestandteilen macht. Da einige von ihnen nicht von Tieren synthetisiert werden können, müssen sie sie über die Nahrung aufnehmen.
Fettsäuren sind als freie Spezies im Zellzytosol selten, daher werden sie im Allgemeinen als Teil anderer molekularer Konjugate gefunden, wie z.
- Lipide in biologischen Membranen.
- Triglyceride oder Fettsäureester, die als Reserven in Pflanzen und Tieren dienen.
- Wachse, die feste Ester langkettiger Fettsäuren und Alkohole sind.
- Andere ähnliche Substanzen.
Bei Tieren werden Fettsäuren im Zytoplasma von Zellen als kleine Fetttröpfchen gespeichert, die aus einem Komplex namens Triacylglycerin bestehen, der nichts anderes als ein Glycerinmolekül ist, an das er in jedem seiner Kohlenstoffatome eine Fettsäurekette gebunden hat durch Esterbindungen.
Während Bakterien kurze und normalerweise einfach ungesättigte Fettsäuren besitzen, ist es in der Natur üblich, Fettsäuren zu finden, deren Ketten eine gerade Anzahl von Kohlenstoffatomen aufweisen, üblicherweise zwischen 14 und 24, gesättigt, einfach ungesättigt oder mehrfach ungesättigt..
Fettsäuren sind amphipathische Moleküle, dh sie haben zwei chemisch definierte Regionen: eine hydrophile polare Region und eine hydrophobe unpolare Region..
Der hydrophobe Bereich besteht aus einer langen Kohlenwasserstoffkette, die chemisch gesehen nicht sehr reaktiv ist. Die hydrophile Region besteht dagegen aus einer terminalen Carboxylgruppe (-COOH), die sich wie eine Säure verhält.
Diese terminale Carboxylgruppe oder Carbonsäure ionisiert in Lösung, ist hochreaktiv (chemisch gesehen) und sehr hydrophil und stellt somit eine kovalente Bindungsstelle zwischen der Fettsäure und anderen Molekülen dar..
Die Länge der Kohlenwasserstoffketten von Fettsäuren weist normalerweise eine gerade Anzahl von Kohlenstoffatomen auf, und dies hängt eng mit dem Biosynthesevorgang zusammen, durch den sie hergestellt werden, da ihr Wachstum in Paaren von Kohlenstoffen erfolgt..
Die häufigsten Fettsäuren haben Ketten mit 16 bis 18 Kohlenstoffatomen und bei Tieren sind diese Ketten nicht verzweigt.
Fettsäuren werden nach der Art der Bindungen, aus denen sie bestehen, in zwei große Gruppen eingeteilt, dh nach dem Vorhandensein von Einfachbindungen oder Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen ihrer Kohlenwasserstoffketten.
Somit gibt es gesättigte und ungesättigte Fettsäuren.
- Gesättigte Fettsäuren haben nur einzelne Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen und alle ihre Kohlenstoffatome sind "gesättigt" oder an Wasserstoffmoleküle gebunden..
- Ungesättigte Fettsäuren haben eine oder mehrere Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen und nicht alle sind an ein Wasserstoffatom gebunden.
Ungesättigte Fettsäuren werden auch nach der Anzahl der Ungesättigtheiten (Doppelbindungen) in einfach ungesättigte Fettsäuren mit nur einer Doppelbindung und mehrfach ungesättigte Fettsäuren mit mehr als einer unterteilt.
Sie haben normalerweise zwischen 4 und 26 Kohlenstoffatome, die durch Einfachbindungen verbunden sind. Sein Schmelzpunkt ist direkt proportional zur Länge der Kette, dh zu ihrem Molekulargewicht.
Fettsäuren mit 4 bis 8 Kohlenstoffen sind bei 25 ° C flüssig und bilden Speiseöle, während solche mit mehr als 10 Kohlenstoffatomen fest sind.
Zu den häufigsten gehört Laurinsäure, die reichlich in Palm- und Kokosnusskernölen enthalten ist. Palmitinsäure in Palmen, Kakao und Schmalz sowie Stearinsäure in Kakao und gehärteten Ölen.
Sie sind Fettsäuren mit viel größerer Stabilität als ungesättigte Fettsäuren, insbesondere gegen Oxidation, zumindest unter physiologischen Bedingungen.
Da sich einzelne Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen frei drehen können, sind gesättigte Fettsäuren sehr flexible Moleküle, obwohl die sterische Hinderung die vollständig ausgedehnte Struktur am energetisch stabilsten macht..
Diese Fettsäuren sind hochreaktiv und neigen zur Sättigung und Oxidation. Sie kommen häufig in Pflanzen und Meeresorganismen vor. Diejenigen mit nur einer Doppelbindung sind als einfach ungesättigt oder monoenoisch bekannt, während diejenigen mit mehr als zwei als polyenoisch oder mehrfach ungesättigt bekannt sind..
Das Vorhandensein von Doppelbindungen ist zwischen den Kohlenstoffatomen zwischen den Positionen 9 und 10 üblich, dies bedeutet jedoch nicht, dass einfach ungesättigte Fettsäuren mit einer Ungesättigtheit an einer anderen Position nicht gefunden werden.
Im Gegensatz zu gesättigten Fettsäuren werden ungesättigte Fettsäuren nicht aus der terminalen Carboxylgruppe, sondern gemäß der Position der ersten CC-Doppelbindung aufgelistet. Sie werden daher in zwei Gruppen unterteilt, Omega-6- oder ω6-Säuren und Omega-3 oder ω3.
Omega-6-Säuren haben die erste Doppelbindung bei Kohlenstoff Nummer 6 und Omega-3-Säuren haben sie bei Kohlenstoff Nummer 3. Der Name ω wird durch die Doppelbindung gegeben, die der endgültigen Methylgruppe am nächsten liegt.
Doppelbindungen können auch in zwei geometrischen Konfigurationen gefunden werden, die als "cis " Y. "trans".
Die meisten natürlichen ungesättigten Fettsäuren haben eine Konfiguration "Cis”Und die Doppelbindungen von Fettsäuren, die in kommerziellen (hydrierten) Fetten vorhanden sind, finden sich in "trans".
Bei mehrfach ungesättigten Fettsäuren sind zwei Doppelbindungen üblicherweise durch mindestens eine Methylgruppe voneinander getrennt, dh ein Kohlenstoffatom, das an zwei Wasserstoffatome gebunden ist..
Fettsäuren haben in lebenden Organismen mehrere Funktionen, und wie oben erwähnt, ist eine ihrer wesentlichen Funktionen ein wesentlicher Bestandteil von Lipiden, die die Hauptkomponenten biologischer Membranen und eines der drei am häufigsten vorkommenden Biomoleküle in Organismen sind, die in Verbindung mit leben Eiweiß und Kohlenhydrate.
Sie sind auch ausgezeichnete Energiesubstrate, dank derer große Energiemengen in Form von ATP und anderen Zwischenmetaboliten gewonnen werden..
Da Tiere beispielsweise nicht in der Lage sind, Kohlenhydrate zu speichern, stellen Fettsäuren die Hauptquelle für die Energiespeicherung dar, die durch die Oxidation von übermäßig verbrauchtem Zucker entsteht.
Kurzkettige gesättigte Fettsäuren im Dickdarm stimulieren die Absorption von Wasser und Natrium-, Chlorid- und Bicarbonationen. Darüber hinaus haben sie Funktionen bei der Schleimproduktion, bei der Proliferation von Kolonozyten (Kolonzellen) usw..
Ungesättigte Fettsäuren sind besonders häufig in essbaren Pflanzenölen enthalten, die für die Ernährung aller Menschen wichtig sind.
Andere nehmen als Liganden einiger Proteine mit enzymatischen Aktivitäten teil, daher sind sie wichtig für ihre Auswirkungen auf den Energiestoffwechsel der Zellen, in denen sie sich befinden..
Der Abbau von Fettsäuren ist als β-Oxidation bekannt und tritt in den Mitochondrien eukaryotischer Zellen auf. Die Biosynthese findet dagegen im Cytosol tierischer Zellen und in den Chloroplasten (photosynthetischen Organellen) pflanzlicher Zellen statt..
Es ist ein von Acetyl-CoA, Malonyl-CoA und NADPH abhängiger Prozess, der in allen lebenden Organismen und in "höheren" Tieren wie Säugetieren auftritt. Zum Beispiel ist es sehr wichtig in Leber- und Fettgewebe sowie in den Brustdrüsen..
Das für diesen Weg verwendete NADPH ist hauptsächlich das Produkt der NADP-abhängigen Oxidationsreaktionen des Pentosephosphatweges, während Acetyl-CoA aus verschiedenen Quellen stammen kann, beispielsweise aus der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat, aus dem Krebszyklus und der β-Oxidation von Fettsäuren.
Der Biosyntheseweg wird wie der der β-Oxidation in allen Zellen durch allosterische Effektoren und kovalente Modifikationen von Enzymen, die an der Regulation beteiligt sind, stark reguliert..
Der Weg beginnt mit der Bildung eines als Malonyl-CoA bekannten metabolischen Zwischenprodukts aus einem Acetyl-CoA-Molekül und wird durch ein multifunktionales Enzym namens Acetyl-CoA-Carboxylase katalysiert..
Diese Reaktion ist eine Additionsreaktion eines Biotin-abhängigen Carboxylmoleküls (-COOH, Carboxylierung) und erfolgt in zwei Schritten:
Bei Tieren erfolgt die Bildung von Kohlenhydratketten von Fettsäuren weiter durch aufeinanderfolgende Kondensationsreaktionen, die durch ein multimeres und multifunktionales Enzym katalysiert werden, das als Fettsäuresynthase bekannt ist..
Dieses Enzym katalysiert die Kondensation einer Acetyl-CoA-Einheit und mehrerer Malonyl-CoA-Moleküle, die aus der Acetyl-CoA-Carboxylase-Reaktion hergestellt werden. Dabei wird für jedes hinzugefügte Malonyl-CoA ein Molekül CO2 freigesetzt.
Die wachsenden Fettsäuren werden zu einem Protein verestert, das als "Acylträgerprotein" oder ACP bezeichnet wird und mit Acylgruppen Thioester bildet. Auf E coli Dieses Protein ist ein 10 kDa-Polypeptid, aber bei Tieren ist es Teil des Fettsäuresynthasekomplexes.
Das Aufbrechen dieser Thioesterbindungen setzt große Energiemengen frei, was thermodynamisch gesehen das Auftreten von Kondensationsschritten im Biosyntheseweg ermöglicht..
In Bakterien entspricht die Fettsäuresynthaseaktivität tatsächlich sechs unabhängigen Enzymen, die Acetyl-coA und Malonyl-coA zur Bildung von Fettsäuren verwenden und mit denen sechs verschiedene enzymatische Aktivitäten verbunden sind.
Im Gegensatz dazu ist die Fettsäuresynthase bei Säugetieren ein multifunktionaler homodimerer Enzymkomplex mit einem Molekulargewicht von etwa 500 kDa, der sechs verschiedene katalytische Aktivitäten aufweist und mit dem das Acylträgerprotein assoziiert.
Die Thiolgruppen in den Cysteinresten, die für die Bindung von Stoffwechselzwischenprodukten an das ACP-Enzym verantwortlich sind, müssen vor Beginn der Synthese mit den erforderlichen Acylgruppen beladen werden..
Hierzu wird die Acetylgruppe von Acetyl-coA auf die Thiolgruppe (-SH) eines der Cysteinreste der ACP-Untereinheit der Fettsäuresynthase übertragen. Diese Reaktion wird durch die ACP-Acyltransferase-Untereinheit katalysiert..
Die Acetylgruppe wird dann vom ACP auf einen anderen Cysteinrest an der katalytischen Stelle einer anderen Enzymuntereinheit des als β-Ketoacyl-ACP-Synthase bekannten Komplexes übertragen. Somit wird der Enzymkomplex "vorbereitet", um die Synthese zu beginnen..
Malonyl-CoA, das durch Acetyl-CoA-Carboxylase hergestellt wird, wird in ACP auf die Thiolgruppe übertragen, und während dieser Reaktion geht der CoA-Anteil verloren. Die Reaktion wird durch die Malonyl-ACP-Transferase-Untereinheit des Fettsäuresynthase-Komplexes katalysiert, die dann Malonyl-ACP produziert.
Während dieses Prozesses ist die Malonylgruppe über einen Ester bzw. eine andere Sulfhydrylbindung an ACP und β-Ketoacyl-ACP-Synthase gebunden..
Das Enzym β-Ketoacyl-ACP-Synthase katalysiert die Übertragung der daran gebundenen Acetylgruppe im "Priming" -Schritt auf den 2-Kohlenstoff der Malonylgruppe, die im vorherigen Schritt auf das ACP übertragen wurde.
Während dieser Reaktion wird ein CO2-Molekül aus Malonyl freigesetzt, das dem CO2 entspricht, das Bicarbonat bei der Carboxylierungsreaktion der Acetyl-CoA-Carboxylase liefert. Dann wird Acetoacetyl-ACP hergestellt.
Die β-Ketoacyl-ACP-Reduktase-Untereinheit katalysiert die NADPH-abhängige Reduktion von Acetoacetyl-ACP, wodurch D-β-Hydroxybutyryl-ACP gebildet wird.
In diesem Schritt wird trans-α, β-Acyl-ACP oder ∆2-ungesättigtes Acyl-ACP (Cratonyl-ACP) gebildet, ein Produkt der Dehydratisierung von D-β-Hydroxybutyryl-ACP durch die Wirkung des Enoyl- Untereinheit. ACP-Hydratase.
Später wird Cratonyl-ACP durch eine NADPH-abhängige Reaktion, die durch die Enoyl-ACP-Reduktase-Untereinheit katalysiert wird, zu Butyryl-ACP reduziert. Diese Reaktion schließt den ersten von sieben Zyklen ab, die zur Herstellung von Palmitoyl-ACP erforderlich sind, einem Vorläufer fast aller Fettsäuren..
Die Butyrylgruppe wird vom ACP auf die Thiolgruppe eines Cysteinrests in der β-Ketoacyl-ACP-Synthase übertragen, mit der das ACP eine andere Malonylgruppe aus Malonyl-CoA aufnehmen kann.
Auf diese Weise tritt die Reaktion auf, bei der Malonyl-ACP mit Buturyl-β-Ketoacyl-ACP-Synthase kondensiert, wodurch β-Ketohexanoyl-ACP + CO2 entsteht.
Das Palmitoyl-ACP, das aus den nachfolgenden Schritten (nach Zugabe von 5 weiteren Malonyleinheiten) entsteht, kann dank der Aktivität des Thioesteraseenzyms als freie Palmitinsäure freigesetzt, auf CoA übertragen oder für das Phospholipid in Phosphatidsäure eingebaut werden und Triacylglyceridsyntheseweg.
Die Fettsäuresynthase der meisten Organismen stoppt bei der Synthese von Palmitoyl-ACP, da die katalytische Stelle der β-Ketoacyl-ACP-Synthase-Untereinheit eine Konfiguration aufweist, in der nur Fettsäuren dieser Länge untergebracht werden können.
Diese sind in marinen Organismen relativ häufig und werden auch von einem Fettsäuresynthasekomplex synthetisiert. Die "Priming" -Reaktion findet jedoch mit einem längeren Molekül, Propionyl-ACP, mit drei Kohlenstoffatomen statt..
Palmitinsäure dient, wie diskutiert, als Vorstufe für viele längerkettige gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. Der Prozess der "Verlängerung" von Fettsäuren findet in den Mitochondrien statt, während die Einführung von Ungesättigtheiten im wesentlichen im endoplasmatischen Retikulum erfolgt.
Viele Organismen wandeln ihre gesättigten Fettsäuren als Anpassung an niedrige Umgebungstemperaturen in ungesättigte um, da sie so den Schmelzpunkt von Lipiden unter Raumtemperatur halten können..
Viele der Eigenschaften von Fettsäuren hängen von ihrer Kettenlänge und dem Vorhandensein und der Anzahl von Ungesättigtheiten ab:
- Ungesättigte Fettsäuren haben niedrigere Schmelzpunkte als gesättigte Fettsäuren gleicher Länge.
- Die Länge der Fettsäuren (die Anzahl der Kohlenstoffatome) ist umgekehrt proportional zur Fließfähigkeit oder Flexibilität des Moleküls, dh die "kürzeren" Moleküle sind flüssiger und umgekehrt..
Im Allgemeinen bestehen flüssige Fettsubstanzen aus kurzkettigen Fettsäuren mit ungesättigten Fettsäuren.
Pflanzen haben reichlich ungesättigte Fettsäuren sowie Tiere, die bei sehr niedrigen Temperaturen leben, da diese als Bestandteile der in Zellmembranen vorhandenen Lipide ihnen unter diesen Bedingungen eine größere Fließfähigkeit verleihen..
Unter physiologischen Bedingungen verursacht das Vorhandensein einer Doppelbindung in der Kohlenwasserstoffkette einer Fettsäure eine Krümmung von etwa 30 °, wodurch diese Moleküle einen größeren Raum einnehmen und die Stärke ihrer Van-der-Waals-Wechselwirkungen verringern..
Das Vorhandensein von Doppelbindungen in Fettsäuren, die mit Lipidmolekülen assoziiert sind, hat direkte Auswirkungen auf den Grad der "Verpackung", die diese in den Membranen haben können, zu denen sie gehören, und hat somit auch Auswirkungen auf Membranproteine.
Die Löslichkeit von Fettsäuren nimmt mit zunehmender Kettenlänge ab, so dass sie umgekehrt proportional sind. In wässrigen und Lipidmischungen assoziieren Fettsäuren in Strukturen, die als Mizellen bekannt sind..
Eine Mizelle ist eine Struktur, in der die aliphatischen Ketten von Fettsäuren "eingeschlossen" sind, wodurch alle Wassermoleküle "ausgestoßen" werden und auf deren Oberfläche sich die Carboxylgruppen befinden..
Die Nomenklatur der Fettsäuren kann etwas komplex sein, insbesondere wenn man sich auf die gebräuchlichen Namen bezieht, die sie erhalten, die oft mit einer physikalisch-chemischen Eigenschaft zusammenhängen, mit dem Ort, an dem sie gefunden werden, oder anderen Merkmalen.
Viele Autoren sind der Ansicht, dass diese Moleküle, da sie dank der terminalen Carboxylgruppe bei physiologischem pH-Wert ionisiert sind, unter Verwendung der Terminierung als "Carboxylate" bezeichnet werden sollten.ato ".
Gemäß dem IUPAC-System erfolgt die Aufzählung der Kohlenstoffatome einer Fettsäure aus der Carboxylgruppe am polaren Ende des Moleküls, und die ersten beiden an diese Gruppe gebundenen Kohlenstoffatome werden als α bzw. β bezeichnet. Das terminale Methyl der Kette enthält das Kohlenstoffatom ω.
Im Allgemeinen erhalten sie in der systematischen Nomenklatur den Namen des „Stammkohlenwasserstoffs“ (des Kohlenwasserstoffs mit der gleichen Anzahl von Kohlenstoffatomen) und dessen Endung.oder" zum "Oico", Wenn es sich um eine ungesättigte Fettsäure handelt, wird das Ende hinzugefügt "Enoic".
Betrachten Sie zum Beispiel den Fall einer C18 (C18) -Fettsäure:
- Da der Kohlenwasserstoff mit der gleichen Anzahl von Kohlenstoffatomen als Octadecan bekannt ist, wird die gesättigte Säure "Octadecansäure" Ach ja "OctadecanoatUnd sein gebräuchlicher Name ist Stearinsäure.
- Wenn Sie eine Doppelbindung zwischen einem Paar von Kohlenstoffatomen in Ihrer Struktur haben, wird dies als "Octadecensäure""
- Wenn es zwei Doppelbindungen c - c hat, dann heißt es "Octadecadiensäure" und wenn du drei hast "Octadecatriensäure"".
Wenn Sie die Nomenklatur zusammenfassen möchten, wird 18: 0 für die 18-Kohlenstoff-Fettsäure und keine Doppelbindungen (gesättigt) verwendet, und je nach Grad der Ungesättigtheit wird anstelle von Null 18: 1 für ein Molekül geschrieben mit einer Ungesättigtheit, 18: 2 für eine mit zwei Ungesättigtheiten und so weiter.
Wenn Sie angeben möchten, zwischen welchen Kohlenstoffatomen die Doppelbindungen in ungesättigten Fettsäuren liegen, verwenden Sie das Symbol ∆ mit einem hochgestellten numerischen Index, der den Ort der Ungesättigtheit und das Präfix angibt "Cis"Oder "trans", abhängig von der Konfiguration davon.
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