Fettstoffwechsel

Unter Fettstoffwechsel wird zum einen die Zerlegung von Nahrungsfetten im Verdauungstrakt, also die Fettverdauung und der Transport über den Ductus thoracicus in das venöse Blut, zum anderen die oxidative Verstoffwechselung im Körper zum Zwecke der Energiegewinnung und der Ab- und Umbau zu Synthesevorstufen von Vitaminen, Steroidhormonen und Gallensäuren verstanden.

Fettverdauung

Bei der Verdauung werden Fette und fettähnliche Substanzen durch die Magenmotorik emulgiert und teilweise bereits zerlegt. Dieses setzt sich im Darm fort, bis schließlich durch den Gallensaft kleinste Fetttröpfchen gebildet werden.

Durch die Nahrung nehmen wir folgende Lipide auf:

Triglyceride (pflanzliche Öle, tierische Fette etc.)
Cholesterin (Eier, Fleisch etc.)
Fettsäuren unterschiedlicher Größe (Kettenlänge des Moleküls) und Sättigung (gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren).

Näheres zu diesem Thema siehe den Spezialartikel Fettverdauung.

Transport

Im Blut können Lipide mit Hilfe von Lipoproteinen transportiert werden. Insgesamt ca. 80 % der aus der Verdauung stammenden Triglyceride werden vom Muskel- und Fettgewebe aufgenommen. Dies geschieht durch Abspaltung freier Fettsäuren von Triglyceriden mittels der endothelständigen Lipoproteinlipase, die durch ein bestimmtes Apolipoprotein (ApoCII) aktiviert wird.

Stoffwechselwege

Unterscheidungsgesichtspunkte

Als Gesichtspunkte zur Unterscheidung der Fettstoffwechselprozesse können dienen

die Funktion der Fette und fettähnlichen Substanzen, im folgenden Lipide genannt;
die Richtung der Stoffumwandlung, unterschieden nach aufbauenden (anabolen) und abbauenden (katabolen) sowie nach anabolen und katabolen Vorgängen, in denen die (teilweise) abgebauten Lipide als Synthesevorstufen für andere Substrate dienen.

Da eine der bedeutendsten Funktionen von Fetten, die des Energielieferanten, gleichzeitig den wichtigsten katabolen Vorgang ausmachen und der Aufbau zu Zellmembranen, Hormonen usw. anabol ist, bietet sich die Gliederung nach funktionalen Gesichtspunkten am ehesten an.

Funktionen von Lipiden

Die wichtigsten Funktionen von Lipiden sind

Energiespeicher des Organismus für die meisten Energie erfordernden Vorgänge;
Strukturbausteine: als Lipiddoppelschichten bilden sie die Grundstruktur aller zellulären Membranen;
Synthesevorstufe einer Vielzahl biologisch aktiver Verbindungen, die als Hormone oder hormonähnlich wirkende Substanzen dienen.

Energiestoffwechsel

In Bezug auf die Energiebereitstellung für körperliche Arbeit sowie - eingeschränkt - für strukturerhaltende energieaufwendige Vorgänge und Ionentransporte haben die Triglyceride eine erhebliche Bedeutung. Im Zusammenhang für diese energieliefernde Funktion haben sie überragende Bedeutung als Massenspeicher für Energie. Hierzu können auch andere Substrate, vor allem Kohlenhydrate, in Fett umgewandelt werden.

Um die den Triglyceriden innewohnende Energie freizusetzen, müssen sie zunächst weiter aufgespalten werden. Die fettigen Ester-Verbindungen werden hierbei durch Lipasen zerlegt, im Falle der Triglyceride durch pankreatische Triacylglycerasen. Nachdem diese tätig waren, ergibt sich ein Gemisch aus Fettsäuren, Glycerin und Monoacylglycerinen. Mit Gallensäuren können nun im intestinalen Lumen Micellen gebildet werden, die von den Mucosazellen v.a. des Duodenums aufgenommen werden.

Erst nach dieser Zerlegung und Passage des Darmendothels können die Triglyceride resynthetisiert und "verpackt" in Chylomikronen in die Lymphe sezerniert werden, von wo sie über den Ductus thoracicus ins Blut gelangen.

Außerdem können Triglyceride und Cholesterin in der Leber auch aus z.B. Glucose synthetisiert werden.

Bevor Triglyceride in den Zellen Energie freisetzen können, müssen sie wiederum von Lipasen

aus ihren Transport-"Paketen", den Chylomikronen "befreit"
sowie erneut in Glycerin und Fettsäuren gespalten werden.

Die wichtigste Funktion nimmt dabei die hormonsensitive Lipase (HSL) wahr, die schrittweise Fettsäuren durch Hydrolyse vom Glycerin abspaltet. Zur weiteren Verarbeitung müssen die Fettsäuren in die Mitochondrien transportiert werden. Mitochrondrien sind die Kraftwerke einer Zelle, denn in ihnen werden die Fettsäuren in Energie umgewandelt. L-Carnitin bindet beim Energiestoffwechsel langkettige Fettsäuren, die beim Fettabbau entstehen, an sich und transportiert sie in die Mitochrondrien. Die Bindung und Trennung erfolgt mithilfe von Carnitin-Acyltransferasen an der Mitochondrienmembran. Den eigentlichen Membrantransport besorgt der Carnitin-Acylcarnitin-Transporter.^[1]

Im Mitochondrium müssen die Fettsäuren zunächst aktiviert werden, bevor sie schließlich auf dem Wege der β-Oxidation zu Acetyl-CoA zerlegt und in den Zitratzyklus eingeschleust werden können. Hierzu werden die Fettsäuren mit der Summenformel CH₃–(CH₂)_n–COOH in zwei Schritten zum Thioester CH₃–(CH₂)_n–CO–S–CoA verestert.

β-Oxidation

Als β-Oxidation bezeichnet man die Reaktion am β-C-Atom der Fettsäure, also am insgesamt 3. C-Atom, wenn man von der Seite zählt, an der die Carboxygruppe steht (das C-Atom der Carboxygruppe wird bei dieser Zählweise nicht mitgezählt).

Der Abbau der Fettsäuren erfolgt schrittweise. Dies geschieht in einer sich wiederholenden Abfolge von 4 Einzelreaktionen.

Die Reaktionen finden in der Mitochondrienmatrix statt. Langkettige Fettsäuren können nicht selbstständig vom Cytoplasma durch die Mitochondrienmembranen diffundieren und werden daher an Carnitin gebunden, in Form von Acyl-Carnitin, dorthin transportiert.

Näheres zu diesem Thema siehe den Spezialartikel β-Oxidation.

Im Ergebnis der β-Oxidation können die Acetyl-CoA-Moleküle in den Citratzyklus eingeschleust und der sogenannten Endoxidation zugeführt werden, d.h. unter Sauerstoff-Verbrauch wird die gesamte freisetzbare Energie in ATP bzw. GTP umgesetzt und steht damit dem Körper, bspw. der Muskelzelle als kurzfristig verwertbare Energie zur Verfügung.

Synthese der Lipide und Lipoproteine

Werden die bei der Glykolyse anfallenden Acetyl-CoA-Moleküle nicht anderweitig verbraucht, können damit Fettreserven angelegt werden. Diese sind überall im Körper anzutreffen, als Lipoproteine im Blut, oder als Lipide in den jeweiligen Zellen oder spezialisierten Fettzellen. Bei Überschuss von Acetyl-CoA und unter Nahrungskarenz können auch Ketonkörper gebildet werden, die nach einer Anpassungsphase als Energieträger für das Gehirn fungieren können.

Nach dem Aufbau der Fettsäuren (siehe Fettsäuresynthese) werden sie in Triglyceriden zu dritt zusammengeführt. Danach erfolgt der Einbau in die Lipoproteine (siehe dort).