Die Lipogenese ist der Hauptstoffwechselweg, über den Fettsäuren langkettig aus Kohlenhydraten synthetisiert werden, die in der Nahrung übermäßig verbraucht werden. Diese Fettsäuren können durch ihre Veresterung zu Glycerinmolekülen in Triglyceride eingebaut werden.
Unter normalen Bedingungen tritt die Lipogenese in der Leber und im Fettgewebe auf und wird als einer der Hauptverursacher der Aufrechterhaltung der Triglycerid-Homöostase im Blutserum angesehen.
Struktur der menschlichen Fettsäuresynthase (FASN) (Quelle: Emw
via
Wikimedia Commons)
Triglyceride sind das Hauptenergiereservoir des Körpers und die darin enthaltene Energie wird dank eines als Lipolyse bekannten Prozesses extrahiert, der im Gegensatz zur Lipogenese aus der Trennung und Freisetzung von Glycerin- und Fettsäuremolekülen in den Blutkreislauf besteht.
Das freigesetzte Glycerin dient als Substrat für den glukoneogenen Weg und Fettsäuren können in andere mit Serumalbumin komplexierte Kompartimente transportiert werden.
Diese Fettsäuren werden von fast allen Geweben außer dem Gehirn und den Erythrozyten aufgenommen und dann wieder zu Triacylglycerinen verestert, um als Brennstoffe oxidiert oder als Energiereserve gespeichert zu werden.
Diäten mit hohem Fettgehalt sind die Hauptursache für Fettleibigkeit, da überschüssige Kalorien gespeichert werden müssen und sich das Fettgewebe ausdehnen muss, um sowohl überschüssige aufgenommene als auch endogen synthetisierte Lipide aufzunehmen.
Eigenschaften und Funktionen
Im menschlichen Körper entstehen Fettsäuren beispielsweise entweder aus Biosyntheseprozessen aus Acetyl-CoA oder als Produkt der hydrolytischen Verarbeitung von Fetten und Membranphospholipiden.
Viele Säugetiere sind nicht in der Lage, einige Fettsäuren zu synthetisieren, was diese wesentlichen Bestandteile ihrer Ernährung ausmacht.
Die Hauptfunktion der Lipogenese besteht in der Speicherung von Energie in Form von Fetten (Lipiden), die beim Verzehr einer größeren Menge an Kohlenhydraten als vom Körper benötigt auftreten und sogar die hepatischen Speicherkapazitäten von Glykogen überschreiten.
Die auf diesem Weg synthetisierten Lipide werden in weißem Fettgewebe gespeichert, dem Hauptlipidspeicherort im Körper.
Die Lipogenese findet in allen Körperzellen statt, jedoch sind Fettgewebe und die Leber die Hauptsynthesestellen. Dieser Weg findet im Zellzytoplasma statt, während die Oxidation der Fettsäuren in den Mitochondrienkompartimenten stattfindet.
Auf die Lipogenese und die anschließende Triglyceridsynthese folgt die Synthese und Sekretion von Lipoproteinpartikeln mit sehr geringer Dichte, die als VLDL-Partikel (Very Low Density Lipoprotein) bekannt sind und in den Blutkreislauf gelangen können.
Sowohl VLDL-Partikel als auch Triglyceride können in den Kapillaren von extrahepatischen Geweben hydrolysiert werden, hauptsächlich in Muskel- und Fettgeweben, um Energie freizusetzen oder zu speichern.
Reaktionen
Der Fluss von Kohlenstoffatomen von in Kohlenhydraten vorhandener Glucose zu Fettsäuren wird durch Lipogenese moduliert und umfasst eine Reihe perfekt koordinierter enzymatischer Reaktionen.
1-Der glykolytische Weg im Cytosol von Zellen ist für die Verarbeitung der Glukose verantwortlich, die aus dem Blutkreislauf in Pyruvat übergeht, das in Acetyl-CoA umgewandelt wird und in den Krebszyklus in den Mitochondrien gelangen kann, in denen Citrat produziert wird .
2-Der erste Schritt des lipogenen Weges besteht in der Umwandlung des Citrat, das die Mitochondrien verlässt, in Acetyl-CoA durch die Wirkung eines Enzyms, das als ATP-Citrat-Lyase (ACLY) bekannt ist.
3-Das resultierende Acetyl-CoA wird carboxyliert, um Malonyl-CoA zu bilden, eine Reaktion, die durch eine Acetyl-CoA-Carboxylase (ACACA) katalysiert wird.
4-Die dritte Reaktion ist die Reaktion, die den begrenzenden Schritt des gesamten Weges, dh die langsamste Reaktion, auferlegt und aus der Umwandlung von Malonyl-CoA in Palmitat durch ein Fettsäuresynthase (FAS) -Enzym besteht.
5-Andere nachgeschaltete Reaktionen helfen, Palmitat in andere komplexere Fettsäuren umzuwandeln. Palmitat ist jedoch das Hauptprodukt der De-novo-Lipogenese.
Fettsäuresynthese
Die Synthese von Fettsäuren in Säugetieren beginnt mit dem Fettsäuresynthasekomplex (FAS), einem multifunktionellen und multimeren Komplex im Cytosol, der Palmitat (eine gesättigte 16-Kohlenstoff-Fettsäure) synthetisiert. Für diese Reaktion wird, wie bereits erwähnt, Malonyl-CoA als Kohlenstoffdonor und NADPH als Cofaktor verwendet.
Die FAS-Homodimer-Untereinheiten katalysieren die Synthese und Verlängerung von zwei Kohlenstoffatomen gleichzeitig. Diese Untereinheiten weisen sechs verschiedene enzymatische Aktivitäten auf: Acetyltransferase, B-Ketoacylsynthase, Malonyltransferase, B-Ketoacylreduktase, B-Hydroxyacyldehydratase und Enoylreduktase.
Verschiedene Mitglieder einer Familie sehr langkettiger Fettsäure-Elongationsproteine (Elovl) sind für die Verlängerung der von FAS produzierten Fettsäuren verantwortlich. Nachgeschaltet sind andere Enzyme, die für die Einführung von Doppelbindungen (Entsättigung) in die Ketten der Fettsäuren verantwortlich sind.
Verordnung
Zahlreiche pathophysiologische Zustände haben mit einer fehlerhaften Regulation des lipogenen Weges zu tun, da Unregelmäßigkeiten darin die Homöostase der Körperlipide unterbrechen.
Eine kohlenhydratreiche Ernährung aktiviert die Leberlipogenese, aber es wurde gezeigt, dass es nicht nur um die Menge der aufgenommenen Kohlenhydrate geht, sondern auch um die Art der Kohlenhydrate.
Experimentelle Daten zeigen zum Beispiel, dass einfache Zucker wie Fructose die Leberlipogenese viel stärker aktivieren als andere komplexere Kohlenhydrate.
Der glukolytische Metabolismus von Glukose ist eine hervorragende Kohlenstoffquelle für die Synthese von Fettsäuren.
Glucose induziert auch die Expression der am lipogenen Weg beteiligten Enzyme mittels Proteinen, die Kohlenhydratantwortelemente binden.
Glucosespiegel im Blut stimulieren auch die Expression dieser Enzyme, indem sie die Insulinfreisetzung stimulieren und die Glucagonfreisetzung in der Bauchspeicheldrüse hemmen. Dieser Effekt wird über das Sterolregulationselement-Bindungsprotein 1 (SREBP-1) in Leberzellen und Adipozyten gesteuert.
Andere Regulationswege haben viel mit dem endokrinen System und verschiedenen Hormonen zu tun, die indirekt mit der Expression vieler lipogener Enzyme zusammenhängen.
Verweise
- Ameer, F., Scandiuzzi, L., Hasnain, S., Kalbacher, H. & Zaidi, N. (2014). De-novo-Lipogenese bei Gesundheit und Krankheit. Stoffwechsel, 0–7.
- Lodhi, IJ, Wei, X. & Semenkovich, CF (2011). Lipoexpedienz: De-novo-Lipogenese als metabolischer Signaltransmitter. Trends in Endocrinology & Metabolism, 22 (1), 1–8.
- C. Mathews, K. van Holde & K. Ahern (2000). Biochemistry (3. Aufl.). San Francisco, Kalifornien: Pearson.
- Nelson, DL & Cox, MM (2009). Lehninger Prinzipien der Biochemie. Omega Editions (5. Aufl.).
- Samuel, VT (2011). Fruktose-induzierte Lipogenese: von Zucker über Fett bis hin zur Insulinresistenz. Trends in Endocrinology & Metabolism, 22 (2), 60–65.
- Scherer, T., Hare, JO, Diggs-Andrews, K., Schweiger, M., Cheng, B., Lindtner, C.,… Buettner, C. (2011). Gehirninsulin kontrolliert Fettgewebe-Lipolyse und Lipogenese. Cell Metabolism, 13 (2), 183–194.
- Schutz, Y. (2004). Nahrungsfett, Lipogenese und Energiebilanz. Physiology & Behavior, 83, 557–564.
- Strable, MS & Ntambi, JM (2010). Genetische Kontrolle der De-novo-Lipogenese: Rolle bei ernährungsbedingter Fettleibigkeit. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 45 (3), 199–214.
- N. Zaidi, L. Lupien, NB Kuemmerle, WB Kinlaw, J. V. Swinnen & K. Smans (2013). Lipogenese und Lipolyse: Die Wege, die von den Krebszellen genutzt werden, um Fettsäuren zu gewinnen. Fettsäuren. Fortschritte in der Lipidforschung, 52 (4), 585–589.