Fettsäurenstruktur, Typen, Funktionen, Biosynthese

Der Fettsäuren Sie sind organische Makromoleküle aus Kohlenwasserstoffen, die aus langen Ketten von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen.

Sie sind sehr unterschiedliche Moleküle, die sich durch die Länge ihrer Kohlenwasserstoffketten und die Vorhandensein, Anzahl, Position und/oder Konfiguration ihrer Doppelbindungen unterscheiden.

Allgemeines Schema der gesättigten Fettsäure (Quelle: Laghi.L [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/)] über Wikimedia Commons)

In Lipiden von Tieren, Pflanzen, Pilzen und Mikroorganismen wie Bakterien und Hefen wurden mehr als 100 Arten verschiedener Fettsäuren beschrieben und sie gelten als bestimmte Arten und Gewebe in den meisten Lebewesen.

Die Öle und Fette, die der Mensch täglich verbraucht.

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Einführung

Butter besteht unter anderem im Wesentlichen aus Fettsäuren (Quelle: Afrika Studio über Pixabay.com)

Fettsäuremoleküle erfüllen wichtige Funktionen auf zellulärer Ebene, was sie zu wesentlichen Komponenten macht und da einige von ihnen nicht von Tieren synthetisiert werden können, müssen sie sie aus der Ernährung erhalten.

Fettsäuren sind selten als freie Spezies im Zellcytosol, daher sind sie im Allgemeinen Teil anderer molekularer Konjugate wie:

- Lipide in biologischen Membranen.

- Triglyceride oder Fettsäureester, die als Reserve bei Pflanzen und Tieren dienen.

- Wachse, die feste Ester von langkettigen Fettsäuren und Alkoholen sind.

- Andere ähnliche Substanzen.

Bei Tieren werden Fettsäuren im Zytoplasma von Zellen als kleine Fettentropfen aus einem Komplex bezeichnet durch Ester -Bindungen.

Während Bakterien kurze und normalerweise ein ungesättigte Fettsäuren haben, ist es in der Natur häufig.

Struktur

Fettsäuren sind amphipatische Moleküle, dh zwei chemisch definierte Regionen: eine hydrophile polare Region und eine hydrophobe apolare Region.

Die hydrophobe Region besteht aus einer langen Kohlenwasserstoffkette, die chemisch nicht sehr reaktiv ist. Die hydrophile Region besteht dagegen aus einem Terminal der Carboxylgruppe (-coH), das sich wie eine Säure verhält.

Diese terminale Carboxylgruppe oder Carboxylsäure ist in Lösung ionisiert, sie ist hochreaktiv (chemisch gesehen) und sehr hydrophil, sodass sie eine kovalente Übergangsstelle zwischen Fettsäure und anderen Molekülen darstellt.

Die Länge der Kohlenwasserstoffketten von Fettsäuren hat normalerweise sogar eine Anzahl von Kohlenstoffatomen.

Die häufigsten Fettsäuren haben Ketten zwischen 16 und 18 Kohlenstoffatomen und Tieren, diese Ketten sind nicht verzweigt.

Einstufung

Fettsäuren werden gemäß der Art der Verbindungen, die sie zusammensetzen, in zwei große Gruppen eingeteilt.

Somit gibt es gesättigte und ungesättigte Fettsäuren.

- Gesättigte Fettsäuren haben nur einfache Kohlenstoffbindungen und alle ihre Kohlenstoffatome sind "gesättigt" oder mit Wasserstoffmolekülen verbunden.

- Ungesättigte Fettsäuren haben eine oder mehrere Doppelkohlenstoffbindungen und nicht alle sind an ein Wasserstoffatom gebunden.

Ungesättigte Fettsäuren sind auch gemäß der Anzahl der Ungesättigungen (Doppelbindungen) in ein ungesättigten, solchen mit einer einzelnen Doppelbindung und polyunlosem ungesättigten, mit mehr als einem ungesättigt geteilt.

Gesättigte Fettsäuren

Sie haben normalerweise zwischen 4 und 26 Kohlenstoffatomen, die durch einfache Verbindungen vereint sind. Sein Schmelzpunkt ist direkt proportional zur Länge der Kette, dh zu ihrem Molekulargewicht.

Die Fettsäuren mit zwischen 4 und 8 Kohlenstoffen sind flüssig bei 25 ° C und diejenigen, die essbare Öle bilden, während diejenigen mit mehr als 10 Kohlenstoffatomen fest sind.

Zu den häufigsten gehört die Laurinsäure, die in Palmen- und Kokosnusssamen reichlich vorhanden ist. Palmitinsäure, die in Palme, Kakao und Schweinebutter und Stearinsäure vorkommt, die sich in Kakao und hydrierten Ölen befinden.

Sie sind Fettsäuren mit viel mehr Stabilität als ungesättigte Fettsäuren, insbesondere angesichts der Oxidation, zumindest unter physiologischen Bedingungen.

Dank der Tatsache, dass einfache Kohlenstoffbindungen kostenlos drehen können.

Ungesättigten Fettsäuren

Diese Fettsäuren sind hochreaktiv und anfällig für Sättigung und Oxidation. Sie sind in Pflanzen und Meeresorganismen häufig. Diejenigen, die eine einzige Doppelbindung haben.

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Das Vorhandensein von Doppelbindungen ist bei Kohlenstoffatomen zwischen den Positionen 9 und 10 häufig, aber dies bedeutet nicht.

Im Gegensatz zu gesättigten, werden ungesättigte Fettsäuren nicht aus der terminalen Carboxylgruppe aufgeführt, sondern gemäß der Position der ersten Doppelbindung C - C. Somit sind diese in zwei Gruppen unterteilt, Omega-6 oder ω6 und Omega-3 oder ω3.

Omega-6-Säuren haben die erste Doppelbindung in der Kohlenstoffzahl 6, und Omega-3. Die ω -Konfession wird durch die doppelte Bindung gegeben, die der endgültigen Methylgruppe am nächsten liegt.

Doppelverbindungen finden Sie auch in zwei geometrischen Konfigurationen, die als "bekannt"Cis " Und "trans".

Die meisten natürlichen ungesättigten Fettsäuren haben Konfiguration "Cis”Und die Doppelbindungen von Fettsäuren, die in kommerziellen Fetten (hydriert) vorhanden sind "trans".

In mehrfach ungesättigten Fettsäuren werden zwei Doppelbindungen normalerweise zumindest durch eine Methylgruppe getrennt, dh ein an zwei Wasserstoffatome gebundenes Kohlenstoffatom.

Funktionen

Fettsäuren haben mehrere Funktionen in lebenden Organismen und, wie oben erwähnt Proteine ​​und Kohlenhydrate.

Sie sind auch exzellente Energiesubstrate, dank welcher großen Mengen an Energie in Form von ATP und anderen Zwischenmetaboliten erhalten werden.

Angesichts der Tatsache, dass Tiere beispielsweise keine Kohlenhydrate speichern können, stellen Fettsäuren die Hauptquelle für die Energiespeicherung dar, die aus der Oxidation von überschüssigen Zuckern herrührt.

Kundige gesättigte Fettsäuren im Dickdarm beteiligen sich an der Stimulierung von Wasserabsorption und Natrium-, Chlorid- und Bicarbonationen; Darüber hinaus haben sie Funktionen bei der Produktion von Schleim, bei der Proliferation von Colonozyten (Dickdarmzellen) usw.

Ungesättigte Fettsäuren sind besonders in Essungsölen pflanzlicher Herkunft vorhanden, die für die Ernährung aller Menschen wichtig sind.

Die Öle, die wir täglich konsumieren, sind Fettsäuren (Quelle: Stevepb über Pixabay.com)

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 gefunden werden.

Biosynthese

Der Abbau von Fettsäuren ist als β-Oxidation bekannt und tritt in den Mitochondrien eukaryotischer Zellen auf. Im Gegenteil die Biosynthese tritt im Zytosol von Tierzellen und in Chloroplasten (photosynthetische Organellen) von Pflanzenzellen auf.

Es ist ein Acetyl-CoA-, Malonyl-CoA- und NADPH. Zum Beispiel ist es in Leber- und Fettgewebe sowie in Brustdrüsen sehr wichtig.

Das für diesen Weg verwendete NADPH ist hauptsächlich ein Produkt der NADP-abhängigen Oxidationsreaktionen des Pentosephosphatweg Oxidation von Fettsäuren.

Die Biosyntheseweg wie β-Oxidation wird in allen Zellen durch alestherische Effektoren und kovalente Modifikationen von Enzymen, die an der Regulation beteiligt sind, stark reguliert.

-Malonyl-CoA-Synthese

Die Route beginnt mit der Bildung eines metabolischen Vermittlers, der als Malonyl-CoA aus einem Acetyl-CoA-Molekül bekannt ist und wird durch ein multifunktionales Enzym namen.

Diese Reaktion ist eine Reaktion auf die Zugabe zu einem Carboxylmolekül (-coh, carboxylierung) abhängig von Biotin und tritt in zwei Schritten auf:

1. Erstens der von Bicarbonat (HCO3-) auf ein Biotinmolekül abgeleitete Transfer von ATP-abhängig von einem Carboxyl, das als Prothesen (Nicht-Protein) -Gruppe zu finden ist, die mit Acetyl-CoA-Carboxylase assoziiert sind.
2. Anschließend wird CO2 auf Acetyl-CoA übertragen und Malonyl-CoA wird produziert.

-Routenreaktionen

Bei Tieren erfolgt die Bildung von Kohlenhydratketten von Fettsäuren weiter durch sequentielle Kondensationsreaktionen.

Dieses Enzym katalysiert die Kondensation einer Acetyl-CoA-Einheit und Multonil-CoA.

Wachsende Fettsäuren werden in ein Protein namens "Acylträgerprotein" oder ACP sterifiziert, das Thioés mit Acylgruppen bildet. In UND. coli Dieses Protein ist ein 10 kDa -Polypeptid, aber bei Tieren ist es Teil der Fettsäure -Komplex -Synthase.

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Das Bruch dieser Bindungen tioéster setzt große Mengen an Energie frei, was thermodynamisch das Auftreten von Kondensationsschritts auf dem Biosintheseweg ermöglicht.

Fettsäuresynthase

In Bakterien entspricht die Synthase-Säure-Aktivität tatsächlich sechs unabhängigen Enzymen, die Acetyl-CoA und Malonyl-CoA verwenden, um Fettsäuren zu bilden und mit denen sechs verschiedene enzymatische Aktivitäten assoziiert sind.

Homodimere und multifunktionale komplexe Fettsäuresynthase von Tieren (Quelle: Boehringer Ingelheim [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)] über Wikimedia Commons)

Bei Säugetieren hingegen ist die Fettsäure -Synthase ein multifunktionales homodimisches enzymatisches Komplex von etwa 500 kDa -Molekulargewicht, das sechs verschiedene katalytische Aktivitäten aufweist und mit denen das Säureträgerprotein assoziiert ist.

Schritt 1: Prowter -Reaktion

TIOL -Gruppen in Cysteinabfällen, die für die Vereinigung metabolischer Vermittler mit dem ACP -Enzym verantwortlich sind, muss vor Beginn der Synthese mit den notwendigen Säuregruppen geladen werden.

Zu diesem Zweck wird die Acetyl-CoA-Acetylgruppe in die Tiol (-SH) -Gruppe eines der Cysteinreste der ACP-Untereinheit der Fettsäuresynthase übertragen. Diese Reaktion wird durch die ACP-Acil-Transferase-Untereinheit katalysiert.

Die Acetylgruppe wird dann vom ACP auf einen anderen Cysteinrest in der katalytischen Stelle einer anderen enzymatischen Untereinheit des Komplexes übertragen, die als β-Cethoacyl-ACP-Sinta bekannt ist. Somit ist der enzymatische Komplex "Gerste", um die Synthese zu beginnen.

Schritt 2: Übertragung von Malonyl-CoA-Einheiten

Die Malonyl-CoA, die von der Acetyl-CoA carboxilasa produziert wird. Die Reaktion wird durch die Malonil-ACP-Transferase-Untereinheit des Fettsäuresynthase-Komplexes katalysiert, der dann Malonil-ACP produziert.

Während dieses Prozesses ist die malonische Gruppe mit dem ACP und dem β-Cotoacil-ACP-sisita durch eine Esterverbindung bzw. einem anderen Sulfidl verbunden.

Schritt 3: Kondensation

Das β-Zoacil-ACP-Suntase-Enzym katalysiert die Übertragung der Acetylgruppe.

Während dieser Reaktion wird ein Co2. Dann tritt Acetoacethyl-ACP auf.

Schritt 4: Reduzierung

Die β-Zoacil-ACP-Reduktase-Untereinheit katalysiert die Reduktion der NADPH-abhängigen Aceoacetyl-ACP.

Schritt 5: Dehydration

Dieser Schritt bildet die trans-α, β-Acyl-ACP oder das ∆2-Insaturado-acil-ACP (Crratonilil-ACP), Produkt zur Dehydration des D-β-Hydroxybutiril-ACP nach Aktion der wütenden Untereinheit-ACP -Hydratasa.

Später wird der Kratonil-ACP durch eine Reaktion auf Butiril-ACP reduziert. Mit dieser Reaktion ist der erste von sieben Zyklen, die zur Herstellung von Palmitail-ACP benötigt werden. Dies ist der Vorläufer fast aller Fettsäuren.

Wie folgen nachfolgende Kondensationsreaktionen??

Die Butirilo-Gruppe wird vom ACP in die Tiolgruppe eines Cysteinrests im β-Cethoacil-ACP-Ssita übertragen, so dass das ACP in der Lage ist, eine andere malonische Gruppe aus dem Malonyl-CoA zu akzeptieren.

Auf diese Weise ist die Reaktion, die auftritt.

Die Palmitail-ACP, die aus den nachfolgenden Schritten entsteht (nach Zugabe von 5 weiteren malonischen Einheiten) Der Syntheseweg von Phospholipiden und Triacylglyceriden.

Palmitinsäurestruktur (Quelle: Andel, über Wikimedia Commons)

Die Fettsäure-Synthase der meisten Organismen stoppt in der Synthese von Palmitail-ACP, da die katalytische Stelle der β-Cethoacyl-ACP-Synthase-Untereinheit eine Konfiguration aufweist, bei der nur Fettsäuren dieser Länge aufgenommen werden können.

Wie sind Fettsäuren ungerade Anzahl von Kohlenstoffatomen?

Diese sind in marinen Organismen relativ häufig und werden auch durch eine komplexe Fettsäuresynthase synthetisiert. Die „Gerstenreaktion“ tritt jedoch mit einem längeren Molekül, dem Propionyl-ACP, von drei Kohlenstoffatomen auf.

Wo und wie sind die Fettsäuren längerer Ketten?

Palmitinsäure dient, wie kommentiert, als Vorläufer für viele gesättigte und ungesättigte Fettsäuren längerer Ketten. Der "Dehnung" Fettsäuren tritt in Mitochondrien auf, während die Einführung der Unsättigung im Wesentlichen im endoplasmatischen Retikulum erfolgt.

Viele Organismen verwandeln ihre gesättigten Fettsäuren als Anpassung an niedrige Umwelttemperaturen in ungesättigt.

Fettsäureeigenschaften

Viele der Eigenschaften von Fettsäuren hängen von ihrer Kettenlänge, dem Vorhandensein und der Anzahl der Unsättigungen ab:

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- Ungesättigte Fettsäuren haben niedrigere Schmelzpunkte als gesättigte Fettsäuren derselben Länge.

- Die Länge der Fettsäuren (die Anzahl der Kohlenstoffatome) ist umgekehrt proportional zur Fließfähigkeit oder Flexibilität des Moleküls, dh die "kurzen" Moleküle sind flüssiger und umgekehrt.

Im Allgemeinen bestehen Flüssigkeitsfettsubstanzen aus Fettsäuren mit kurzen Ketten und mit der Anwesenheit der Ungesättigten.

Pflanzen haben reichlich ungesättigte Fettsäuren sowie Tiere, die bei sehr niedrigen Temperaturen leben, da diese als Komponenten von Lipiden, die in Zellmembranen vorhanden sind.

Unter physiologischen Bedingungen das Vorhandensein einer Doppelbindung in der Kohlenwasserstoffkette eines Fetts.

Das Vorhandensein von Doppelbindungen in Fettsäuren, die mit Lipidmolekülen assoziiert sind.

Beispiel für die Bildung einer Myla von Fettsäuren mit den Carboxylgruppen, die der wässrigen Umgebung ausgesetzt sind (Quelle: Benzutzer: Anderl [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/)] über Wikimedia Commons)

Die Löslichkeit von Fettsäuren nimmt mit zunehmender Länge ihrer Kette ab, sodass sie umgekehrt proportional sind. In wässrigen und Lipidmischungen sind Fettsäuren in Strukturen assoziiert, die als Mizellen bekannt sind.

Eine Micella ist eine Struktur, in der die aliphatischen Ketten von Fettsäuren "eingeschlossen" sind, wodurch alle Wassermoleküle und auf deren Oberfläche Carboxylentruppen "ausgeht".

Nomenklatur

Die Nomenklatur von Fettsäuren kann etwas komplex sein, insbesondere wenn man auf die gebräuchlichen Namen bezieht.

Viele Autoren sind der Ansicht, dass diese Moleküle, da die terminale Carboxylgruppe, zu physiologischem pH -Wert ionisiert wird, sie als "Carboxilate" unter Verwendung der Terminierung bezeichnen sollteAto ".

Nach dem IUPAC -System die Aufzählung der Kohlenstoffatome eines Fetts. Das Kettenanschlussmethyl enthält das Kohlenstoffatom ω.

Im Allgemeinen erhalten sie in der systematischen Nomenklatur den Namen des "elterlichen" Kohlenwasserstoffs (Kohlenwasserstoff mit der gleichen Anzahl von Kohlenstoffatomen) und deren Beendigung wird ersetzt. "entweder" von "Oico", Wenn es sich um eine ungesättigte Fettsäure handelt, wird die Beendigung zugesetzt "Nebel".

Betrachten Sie zum Beispiel den Fall einer Fettsäure von 18 Kohlenstoffatomen (C18):

- Da Kohlenwasserstoff mit der gleichen Menge Kohlenstoffatomen als Oktadecano bekannt ist, wird gesättigte Säure genannt ""Oktadecansäure" Ach ja "OktadecanoatoUnd sein gebräuchlicher Name ist Stearinsäure.

- Wenn Sie eine doppelte Bindung zwischen einigen Kohlenstoffatomen in seiner Struktur haben, ist es als "bekannt"Oktadecenosäure"

- Wenn Sie zwei Doppel C res c - c haben, heißt es, dass es aufgerufen wird "Octadecadiensäure" Und wenn Sie drei haben "Oktadecatriensäure".

Wenn Sie die Nomenklatur zusammenfassen möchten, verwenden Sie 18: 0 für 18 -Carbon -Fettsäure und keine doppelte Bindung (gesättigt) und je nach Ungesättigungsgrad, dann wird anstelle von Null 18: 1 für ein Molekül mit einem Molekül geschrieben mit einer Unsättigung, 18: 2 für eine mit zwei Unsättigung und so weiter.

Wenn Sie angeben möchten, zwischen welchen Kohlenstoffatomen die Doppelbindungen in ungesättigten Fettsäuren sind, wird das ∆ -Symbol mit einer numerischen Untersuchung verwendet, die den Ort der Ungesättigtheit und des Präfixs angibt "Cis" entweder "trans", Abhängig von der Konfiguration davon.

Verweise

1. Badui, s. (2006). Lebensmittelchemie. (UND. Quintanar, ed.) (4. Aufl.). Mexiko d.F.: Pearson Ausbildung.
2. Garrett, r., & Grisham, C. (2010). Biochemie (4. Aufl.). Boston, USA: Brooks/Cole. Cengage Lernen.
3. Mathews, c., Van Holde, K., & Ahern, k. (2000). Biochemie (3. Aufl.). San Francisco, Kalifornien: Pearson.
4. Murray, r., Bender, d., Botham, k., Kennelly, p., Rodwell, v., & Weil, p. (2009). Harpers illustrierte Biochemie (28. ed.). McGraw-Hill Medical.
5. Nelson, d. L., & Cox, m. M. (2009). Lehninger Prinzipien der Biochemie. Omega -Ausgaben (5. Aufl.).
6. Rawn, j. D. (1998). Biochemie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
7. Tvrzicka, e., Kremmyda, l., Stankova, geb., & Zak, zu. (2011). Fettsäuren als Biokompound: ihre Rolle im menschlichen Stoffwechsel, Gesundheit und Krankheit- ein Überblick. Teil 1: Klassifizierung, Ernährungsquellen und biologische Funktionen. Biomed Pap Med fac univy olomouc tschechisch repub, 155(2), 117-130.