Zur Erinnerung...

-Der Abbau von Fettsäuren erfolgt über die ß-Oxidation. Beim Abbauvon Fettsäuren mit Doppelbindungen an ungeradzahligen C-Atomen wird eine Isomerase, bei Doppelbindungen an geradzahligen C-Atomeneine Isomerase und eine Reduktase zusätzlich benötigt.- Vitamin B12 ist Vorstufe des Cofaktors Cobalamin. Dieser Cofaktorist an intramolekularen Umlagerungen häufig beteiligt.Das Co im Cobalamin generiert durch homolytischeSpaltung ein Radikal, welches Wasserstoffatomeübernehmen kann. -Die Fettsäuresynthese erfolgt im Cytosol durch dieFettsäure-Synthetase. Wichtige Vorstufen sindMalonyl-CoA und Acetyl-CoA. Der Überträgerder Acylgruppen an der Synthetase ist das ACP(Acyl-Carrier-Protein).

Wozu benötigen wir Lipide?

-Energiespeicher (Triacylglyceride)

- Bestandteil von Lipoproteinen

-Bestandteil von Glycolipiden

-Einige zelluläre Botenstoffe (Hormone) leiten sich von Lipiden ab(Steroide, Prostaglandine)

-Hauptbestandteil von biologischen Membranen

Fettsäuren-Die Nomenklatur der Fettsäuren: a) gesättigte Fettsäuren (ohne Doppelbindungen): Name-Kohlenwasserstoff (z.B. Octadecan C18) und Zusatz -säure:Octadecansäure oder Octadecanatb) ungesättige Fettsäuren (mit Doppelbindungen):Octadecenat, Octadecadienat, Octadecatrienat..

Octadecenat

Octadecanat(Stearat)

Benennung der Doppelbindungen

cis/trans 3… wenn hiereine Doppelbindung ist

=trans

=cis

Fettsäuren: Eine Auswahl-die meisten FS haben eine gerade Anzahl von C-Atomen-tiersche FS sind fast immer unverzweigt-die meisten ungesättigten FS haben Doppelbindungen in cis-Konfiguration-Säugern fehlen die Enzyme, die Doppelbindung nach C9 machen können. FS mit diesen Bindungen sind daher häufig essentiell.

Einige Eigenschaften der Lipide

- Lipide sind wasserunlösliche Moleküle die sich in unpolaren organischen Lösungsmitteln (Chloroform etc.) gut lösen lassen.

-Die Kettenlänge der FS und der Sättigungsgrad bestimmen einigeeigenschaften der Lipide:

-Ungesättigte FS besitzen einen niedrigeren Schmelzpunkt als gesättigte FS (Stearat (ges): 69°C, Oleat (unges): 13°C).

-Fettsäuren mit kurzen Ketten haben einen niedrigeren Schmelz-punkt als langkettige FS.

Eigenschaften von Membranen (Fluidität, Permeabilität) kann daher durch die Zusammensetzung der Fettsäuren geändert werden.

Es gibt drei Haupttype von Membranlipiden: 1.Phospholipide

-kommt in allen biologischen Membranen vor

polarer Bereich

apolarer Bereich Einfachste Form (häufig Vorstufe fürkomplexere Phospholipide): Diacylglycerin-3-Phosphat(= Phosphatidat)

Die wichtigste Vorstufe für die Synthese komplexer Phospholipide

Dieses Phosphat bildet Ester mit verschiedenen Alkoholen

Phosphatidylserin Phosphatidylethanolamin Phosphatidylcholin

Phosphatidylglcerin Phosphatidylinositol

Biologisch relevante Phosphoglyceride

Ein Phospholipid mit Sphingosin als Alkoholkomponente

Amidbindung zur Fettsäure

-häufig in der Membran neuronaler Zellen, aber auch aller anderenZelltypen zu finden.N-Acyl-Sphingosin nennt man Ceramid.

Bestandteil der Myelinscheide

2. Glykolipide

Cerebroside= nur einen ZuckerrestGanglioside=komplexere Zuckereinheiten (mehr als 60 bekannt)Glykolipide haben ihren Zuckeranteil immer auf der extrazellulärenSeite (Synthese im ER/Golgi)!!

Sphingosin

Die Tay-Sachs-Krankheit

-Ein Versagen des Gangliosid-Abbaus ist Ursache dieser Krankheit.-Überschüssige Ganglioside werden in den Lysosomen angehäuftund können nicht abgebaut werden.-Kinder werden schwachsinnig und blind, und sterben häufig sehr früh.

das Enzym ß-N-Acetylhexosaminidasefehlt bei den Patienten

Das am höchsten ausgezeichnete bilogische Molekül:Cholesterin (3)

-Cholesterin kommt nicht in Prokaryonten vor!-In nahezu allen Membranen der Säuger, speziell in Membranen voneinigen Nervenzellen.-Vorläufer der Steroidhormone-13 Nobelpreise wurden bislang an Forscher vergeben, die sich mitdiesem Molekül befassten!

Steroidgerüst

Alle C-Atome dieses Molekülskommen vomAcetyl-CoA

A B

C D

Trotz der großen Vielfalt der Lipide sind sie alle amphipathisch

polare Kopfregion

hydrophiler Schwanz

-Die amphipathische Struktur der Lipide erlaubt die Membranbildung

Micellen und Lipiddoppelschicht

-in wässrigen Lösungen: Plare Köpfedrängen zum Wasser hin, apolare Restemeiden das Wasser (vgl. Proteinfaltung).

-2 Strukturen werden ausgebildet: Micelleund Lipiddoppelschicht

-Die bevorzugte Struktur der Phosphoglycerideist die Lipiddoppelschicht (die beiden FS-Kettensind zu sperrig für die Ausbildung einer Micelle)

Die biologische Bedeutung der Lipiddoppelschicht

-Micellen sind prinzipiell nur sehr kleine Strukturen und daher fürbiochemische/biologische Aufgaben ungeeignet.

-Phospholipide haben dagegen die Eigenschaft, makroskopische Membranen aufzubauen und sind damit bestens für das Umschließenvon biologischen Systemen geeignet!

Membranen-Die Lipiddoppelschichten werden durch eine Reihe von non-kovalenten WW zusammengehalten (sind kooperative Strukturen):

hydrophobe WW, van-der-Waals Anziehungskr.elektrostatische WW,

H-Brücken

Lipiddoppelschichten:- bestrebt sich auszubreiten,-neigen zum Zusammenschluss mit sich selbst (Liposombildung)-sind selbstreparierend (Loch ist energetisch ungünstig!)

Lipiddoppelschichten sind für die meisten polaren Moleküle nahezu impermeabel

-ein polares Molekül muss erst seine Hydrathülle verlieren,um sich in der Lipiddoppelschicht zu lösen und so durchdie Membran zu gelangen.

Selektiver Transport durch Membranen-Die Membran schafft eine Barriere die nur einen geringen Stoffaus-tausch gewährleistet.-viele spezifischen Transportvorgänge werden durch Proteine in derMembran vermittelt.

integrale Membranproteine

periphere Membranporteine

Die Wechselwirkung von Proteinen mit Membranen (I)

Bsp: Bakeriorhodopsin

diese „Transmembrandomänen“ sind-helical, die Reste der Helix sind ungeladen (ca. 20 Reste/Domäne).

Die Wechselwirkung von Proteinen mit Membranen (II)

Bsp: ein Porin

-Transmembranbereich ist einantiparalleles -Faltblatt.- bildet Pore, wobei der äußereRing apolar, das innere derPore polar ist.

Reste liegenauf einer Vorderseiteder Struktur

Das antiparallele ß-Faltbaltt

„Teilweise Einbettung“ eines Proteins in die Membran

Bsp: Prostaglandin-H2-Synthase-1

„Vorhersage“ von -helicalen Transmembranhelices

Energiewert für den Transfer einer AS von derMembran in eine wässrige Lösung

Die Prostaglandin-H2-Synthase-1

Entsteht durch Hydrolyse vonMembranlipiden (wasserunlöslich)

-Das Prostaglandin H2 stimuliertEntzündungsreaktionen(ein „lokales Hormon“)

Membrananker

Prostaglandin-H2-Synthase-1 hat einen hydrophoben Kanal

Die Wirkung von Aspirin und Ibuprofen

-die Modifikation von Ser 530verhindert die Prostaglandinsynthese

„Membrananker“ für Proteine

-Der hydrophobe Rest dieser Anker bindet die ModifiziertenProteine an die Membran.

Dynamik in der Membranebene-Lipide in Membranen zeigen permanente laterale Bewegung(lateral Diffusion= Diffusion in der Ebene der Membran).

Dynamik in der Membranebene-Eine Technik zur Messung der Dynamik in der Membran ist die FRAP (fluorescence recovery after photobleaching)

FRAP Analyse zeigt: Lipide können sich prinzipiell sehr schnell bewegen.(1 Lipidmolekül kann in 1s von einem Ende eines Bakteriums zum anderen diffundieren).Einige Proteine sind beweglich, andere nahezu immobil.

Das Flüssigmosaikmodell (nach Singer und Nicolson)-Membranen sind zweidimensionale Lösungen gerichteter Lipide undglobulärer Proteine.-Die Eigenschaft dieser Lösung (Membranfluidität) ist direkt von derFettsäurezusammensetzung und vom Cholesteringehalt abhängig.

-gesättigte lange FS erniedrigen dieFluidität.- Doppelbindungen erhöhen die Fluidität.-Bei Tieren: Cholesterin reguliert dieFluidität.

Die Zellmembran von Prokaryonten

-Eukaryonten besitzen keine Zellwände (Ausn. Pflanzen).-Eukaryonten haben aber intrazellulär ein hochkompliziertes Membran-system das die Ausbildung von Organellen und Vesikeln ermöglicht.Nächste Stunde: Transportprozesse