Fettsäuren sind eine wichtige Energiequelle und ein wichtiger Bestandteil der Zellmembranen. Ihr Stoffwechsel umfasst zwei gegensätzliche Wege: Beta-Oxidation, die sie zur Energiegewinnung abbaut, und Lipogenese, die sie zur Speicherung aufbaut.
Fettsäureoxidation (Beta-Oxidation)
Aktivierung
Fettsäuren werden im Zytoplasma durch Bindung an Coenzym A aktiviert und bilden Fettacyl-CoA. Diese Reaktion verbraucht ATP. Das Fettacyl-CoA wird dann über den Carnitin-Shuttle in die Mitochondrien transportiert.
Der Beta-Oxidationszyklus
Innerhalb der mitochondrialen Matrix durchläuft Fettacyl-CoA wiederholte Zyklen von vier Reaktionen: Oxidation durch Acyl-CoA-Dehydrogenase (Erzeugung von FADH2), Hydratisierung durch Enoyl-CoA-Hydratase, Oxidation durch Beta-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase (Erzeugung von NADH) und Thiolyse durch Thiolase (Erzeugung von Acetyl-CoA und einem verkürzten Fettacyl-CoA).
Energieertrag
Jeder Zyklus entfernt zwei Kohlenstoffatome als Acetyl-CoA. Ein Palmitatmolekül mit 16 Kohlenstoffatomen durchläuft sieben Zyklen und produziert dabei 8 Acetyl-CoA, 7 FADH2 und 7 NADH. Das Acetyl-CoA gelangt dann zur weiteren Energieerzeugung in den Zitronensäurezyklus.
Fettsäuresynthese (Lipogenese)
Citrat-Shuttle
Wenn reichlich Energie vorhanden ist, wird überschüssiges Acetyl-CoA in den Mitochondrien über den Citrat-Shuttle in das Zytoplasma exportiert. Citrat wird durch ATP-Citrat-Lyase gespalten, um Acetyl-CoA und Oxalacetat zu produzieren.
Malonyl-CoA-Bildung
Acetyl-CoA-Carboxylase wandelt Acetyl-CoA in Malonyl-CoA um, den entscheidenden Schritt der Fettsäuresynthese. Dieses Enzym wird durch Insulin und Citrat aktiviert und durch Palmitoyl-CoA gehemmt.
Dehnungszyklus
Fettsäuresynthase, ein großes multifunktionales Enzym, führt einen wiederholten Zyklus aus Kondensation, Reduktion, Dehydrierung und Reduktion durch. Jeder Zyklus fügt zwei Kohlenstoffatome hinzu. Der Prozess erfordert NADPH und erzeugt als Primärprodukt Palmitat (16:0).
Verordnung
Oxidation und Synthese von Fettsäuren werden wechselseitig reguliert. Wenn die Energie niedrig ist, aktiviert AMPK die Oxidation und hemmt die Synthese. Wenn reichlich Energie vorhanden ist, aktiviert Insulin die Synthese und hemmt die Oxidation.
