Anatomie und Physiologie II (Deutsch)

Fette (oder Triglyceride) im Körper werden als Nahrung aufgenommen oder von Adipozyten oder Hepatozyten aus Kohlenhydratvorläufern synthetisiert., Der Fettstoffwechsel beinhaltet die Oxidation von Fettsäuren, um entweder Energie zu erzeugen oder neue Lipide aus kleineren Molekülen zu synthetisieren. Der Fettstoffwechsel ist mit dem Kohlenhydratstoffwechsel verbunden, da Glukoseprodukte (wie Acetyl-CoA) in Lipide umgewandelt werden können.

Abbildung 1. Ein Triglyceridmolekül (a) zerfällt in ein Monoglycerid (b).,

Der Fettstoffwechsel beginnt im Darm, wo aufgenommene Triglyceride durch Pankreaslipasen, Enzyme, die Fette abbauen, nachdem sie durch Gallensalze emulgiert wurden, in kleinere Kettenfettsäuren und anschließend in Monoglyceridmoleküle zerlegt werden. Wenn Nahrung in Form von Chymus den Dünndarm erreicht, wird ein Verdauungshormon namens Cholecystokinin (CCK) von Darmzellen in der Darmschleimhaut freigesetzt., CCK stimuliert die Freisetzung von Pankreaslipase aus der Bauchspeicheldrüse und stimuliert die Kontraktion der Gallenblase, um gespeicherte Gallensalze in den Darm freizusetzen. CCK reist auch zum Gehirn, wo es als Hungerunterdrücker wirken kann.

Abbildung 2. Chylomikronen enthalten Triglyceride, Cholesterinmoleküle und andere Apolipoproteine (Proteinmoleküle)., Sie tragen diese wasserunlöslichen Moleküle aus dem Darm, durch das Lymphsystem und in den Blutkreislauf, der die Lipide zur Lagerung zum Fettgewebe transportiert.

Zusammen bauen die Pankreaslipasen und Gallensalze Triglyceride in freie Fettsäuren auf. Diese Fettsäuren können über die Darmmembran transportiert werden. Sobald sie jedoch die Membran überqueren, werden sie rekombiniert, um wieder Triglyceridmoleküle zu bilden., Innerhalb der Darmzellen sind diese Triglyceride zusammen mit Cholesterinmolekülen in Phospholipidbläschen, sogenannten Chylomikronen, verpackt. Die Chylomikronen ermöglichen es Fetten und Cholesterin, sich in der wässrigen Umgebung Ihres Lymph-und Kreislaufsystems zu bewegen. Chylomikronen verlassen die Enterozyten durch Exozytose und gelangen über Laktation in die Darmzotten in das Lymphsystem. Aus dem Lymphsystem werden die Chylomikronen in den Kreislauf transportiert., Sobald sie sich im Kreislauf befinden, können sie entweder in die Leber gelangen oder in Fettzellen (Adipozyten) gespeichert werden, die Fettgewebe im ganzen Körper enthalten.

Lipolyse

Um Energie aus Fett zu gewinnen, müssen Triglyceride zunächst durch Hydrolyse in ihre beiden Hauptkomponenten, Fettsäuren und Glycerin, zerlegt werden. Dieser Prozess, Lipolyse genannt, findet im Zytoplasma statt. Die resultierenden Fettsäuren werden durch β-Oxidation zu Acetyl-CoA oxidiert, das vom Krebs-Zyklus verwendet wird., Das Glycerin, das nach der Lipolyse aus Triglyceriden freigesetzt wird, gelangt direkt als DHAP in den Glykolyseweg. Da ein Triglyceridmolekül drei Fettsäuremoleküle mit jeweils 16 oder mehr Kohlenstoffmolekülen liefert, liefern Fettmoleküle mehr Energie als Kohlenhydrate und sind eine wichtige Energiequelle für den menschlichen Körper. Triglyceride liefern im Vergleich zu Kohlenhydraten und Proteinen mehr als das Doppelte der Energie pro Masseneinheit. Wenn der Glukosespiegel niedrig ist, können Triglyceride daher in Acetyl-CoA-Moleküle umgewandelt und zur Erzeugung von ATP durch aerobe Atmung verwendet werden.,

Der Abbau von Fettsäuren, Fettsäureoxidation oder Beta (β) – Oxidation genannt, beginnt im Zytoplasma, wo Fettsäuren in Fettacyl-CoA-Moleküle umgewandelt werden. Dieses Fettacyl CoA kombiniert mit Carnitin, um ein Fettacyl Carnitinmolekül zu schaffen, das hilft, die Fettsäure über die Mitochondrienmembran zu transportieren. Einmal in der mitochondrialen Matrix, wird das Fettacyl-Carnitin-Molekül wieder in Fettacyl-CoA und dann in Acetyl-CoA umgewandelt., Das neu gebildete Acetyl-CoA tritt in den Krebs-Zyklus ein und wird verwendet, um ATP auf die gleiche Weise wie Acetyl-CoA aus Pyruvat zu produzieren.

Abbildung 3. Klicken Sie für ein größeres Bild. Während der Fettsäureoxidation können Triglyceride in Acetyl-CoA-Moleküle zerlegt und bei niedrigem Glukosespiegel für Energie verwendet werden.

Ketogenese

Wenn durch die Oxidation von Fettsäuren übermäßiges Acetyl-CoA entsteht und der Krebs-Zyklus überlastet ist und nicht damit umgehen kann, wird das Acetyl-CoA umgeleitet, um Ketonkörper zu erzeugen., Diese Ketonkörper können als Brennstoffquelle dienen, wenn der Glukosespiegel im Körper zu niedrig ist. Ketone dienen als Treibstoff in Zeiten anhaltenden Hungers oder wenn Patienten an unkontrolliertem Diabetes leiden und den größten Teil der zirkulierenden Glukose nicht nutzen können. In beiden Fällen werden Fettspeicher freigesetzt, um Energie durch den Krebs-Zyklus zu erzeugen, und Ketonkörper werden erzeugt, wenn sich zu viel Acetyl-CoA ansammelt.

Bei dieser Ketonsynthesereaktion wird überschüssiges Acetyl-CoA in Hydroxymethylglutaryl-CoA (HMG CoA) umgewandelt., HMG CoA ist ein Vorläufer von Cholesterin und ist ein Zwischenprodukt, das anschließend in β-Hydroxybutyrat, den primären Ketonkörper im Blut, umgewandelt wird.

Abbildung 4. Überschüssiges Acetyl-CoA wird vom Krebs-Zyklus auf den Ketogeneseweg umgeleitet. Diese Reaktion tritt in den Mitochondrien der Leberzellen. Das Ergebnis ist die Produktion von β-Hydroxybutyrat, dem primären Ketonkörper im Blut.,

Ketonkörperoxidation

Organe, von denen klassisch angenommen wurde, dass sie ausschließlich von Glukose abhängig sind, wie das Gehirn, können Ketone tatsächlich als alternative Energiequelle verwenden. Dies hält das Gehirn funktionieren, wenn Glukose begrenzt ist. Wenn Ketone schneller produziert werden, als sie verwendet werden können, können sie in CO2 und Aceton zerlegt werden. Das Aceton wird durch Ausatmen entfernt. Ein Symptom der Ketogenese ist, dass der Atem des Patienten süß nach Alkohol riecht. Dieser Effekt bietet eine Möglichkeit zu sagen, ob ein Diabetiker die Krankheit richtig kontrolliert., Das produzierte Kohlendioxid kann das Blut ansäuern, was zu diabetischer Ketoazidose führt, einem gefährlichen Zustand bei Diabetikern.

Ketone oxidieren, um Energie für das Gehirn zu produzieren. beta (β) – Hydroxybutyrat wird zu Acetoacetat oxidiert und NADH wird freigesetzt. Ein HS-CoA-Molekül wird zu Acetoacetat gegeben und bildet Acetoacetyl CoA. Der Kohlenstoff innerhalb des Acetoacetyl-CoA, der nicht an das CoA gebunden ist, löst sich dann ab und spaltet das Molekül in zwei Teile. Dieser Kohlenstoff bindet sich dann an ein anderes freies HS-CoA, was zu zwei Acetyl-CoA-Molekülen führt., Diese beiden Acetyl-CoA-Moleküle werden dann durch den Krebs-Zyklus verarbeitet, um Energie zu erzeugen.

Lipogenese

Wenn der Glukosespiegel reichlich vorhanden ist, kann das durch Glykolyse erzeugte überschüssige Acetyl-CoA in Fettsäuren, Triglyceride, Cholesterin, Steroide und Gallensalze umgewandelt werden., Dieser Prozess, Lipogenese genannt, erzeugt Lipide (Fett) aus dem Acetyl-CoA und findet im Zytoplasma von Adipozyten (Fettzellen) und Hepatozyten (Leberzellen) statt. Wenn Sie mehr Glukose oder Kohlenhydrate zu sich nehmen, als Ihr Körper benötigt, verwendet Ihr System Acetyl CoA, um den Überschuss in Fett umzuwandeln. Obwohl es mehrere metabolische Quellen für Acetyl-CoA gibt, wird es am häufigsten aus der Glykolyse gewonnen. Acetyl-CoA-Verfügbarkeit ist signifikant, weil es Lipogenese initiiert., Die Lipogenese beginnt mit Acetyl-CoA und schreitet durch die anschließende Zugabe von zwei Kohlenstoffatomen aus einem anderen Acetyl-CoA voran; Dieser Vorgang wird wiederholt, bis Fettsäuren die entsprechende Länge haben. Da dies ein bindungsbildender anaboler Prozess ist, wird ATP verbraucht. Die Bildung von Triglyceriden und Lipiden ist jedoch eine effiziente Möglichkeit, die in Kohlenhydraten verfügbare Energie zu speichern. Triglyceride und Lipide, energiereiche Moleküle, werden im Fettgewebe gespeichert, bis sie benötigt werden.,

Obwohl die Lipogenese im Zytoplasma stattfindet, entsteht in den Mitochondrien das notwendige Acetyl-CoA und kann nicht über die Mitochondrienmembran transportiert werden. Um dieses Problem zu lösen, wird Pyruvat sowohl in Oxaloacetat als auch in Acetyl-CoA umgewandelt. Für diese Umwandlungen werden zwei verschiedene Enzyme benötigt. Oxaloacetat bildet sich über die Wirkung von Pyruvatcarboxylase, während die Wirkung von Pyruvatdehydrogenase Acetyl-CoA erzeugt. Oxaloacetat und Acetyl-CoA bilden zusammen Citrat, das die Mitochondrienmembran durchqueren und in das Zytoplasma gelangen kann., Im Zytoplasma wird Citrat wieder in Oxaloacetat und Acetyl CoA umgewandelt. Oxaloacetat wird in Malat und dann in Pyruvat umgewandelt. Pyruvat kreuzt sich über die Mitochondrienmembran zurück, um auf den nächsten Zyklus der Lipogenese zu warten. Das Acetyl-CoA wird in Malonyl-CoA umgewandelt, das zur Synthese von Fettsäuren verwendet wird. Abbildung 6 fasst die Wege des Fettstoffwechsels.

Abbildung 6. Lipide können während des Stoffwechsels einem von mehreren Wegen folgen. Glycerin und Fettsäuren folgen verschiedenen Wegen.,

Chapter Review

Lipide stehen dem Körper aus drei Quellen zur Verfügung. Sie können in der Nahrung aufgenommen, im Fettgewebe des Körpers gespeichert oder in der Leber synthetisiert werden. In der Nahrung aufgenommene Fette werden im Dünndarm verdaut. Die Triglyceride werden in Monoglyceride und freie Fettsäuren zerlegt und dann über die Darmschleimhaut importiert. Nach der Verabreichung werden die Triglyceride resynthetisiert und in die Leber oder das Fettgewebe transportiert., Fettsäuren werden durch Fettsäure oder β-Oxidation zu Zwei-Kohlenstoff-Acetyl-CoA-Molekülen oxidiert, die dann in den Krebs-Zyklus eintreten können, um ATP zu erzeugen. Wenn überschüssiges Acetyl-CoA erzeugt wird und die Kapazität des Krebs-Zyklus überlastet, kann das Acetyl-CoA zur Synthese von Ketonkörpern verwendet werden. Wenn Glukose begrenzt ist, können Ketonkörper oxidiert und als Brennstoff verwendet werden. Überschüssiges Acetyl-CoA, das aus überschüssiger Glukose-oder Kohlenhydrataufnahme erzeugt wird, kann für die Fettsäuresynthese oder Lipogenese verwendet werden. Acetyl CoA wird verwendet, um Lipide, Triglyceride, Steroidhormone, Cholesterin und Gallensalze zu erzeugen., Lipolyse ist der Abbau von Triglyceriden in Glycerin und Fettsäuren, wodurch sie für den Körper leichter zu verarbeiten sind.

Selbstprüfung

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