Fettsäuren

Fettsäuren sind (höhere) aliphatische Monocarbonsäuren, die obligate Bestandteile von Neutralfetten, Glycerophosphatiden und Sphingolipiden sind und im Organismus meist verestert, unverzweigt und mit einer geraden Anzahl von C-Atomen vorkommen.

Fettsäuren sind in der Natur weit verbreitet. Sie finden sich in Ölen, Fetten und Wachsen, esterartig gebunden an Glycerol oder an hochmolekulare Alkohole.
Unterschieden werden gesättigte oder ungesättigte, kurz- oder langkettige, geradkettige oder verzweigte, geradzahlige oder ungeradzahlige Fettsäuren.
Hier wird im Folgenden unterschieden zwischen:
- Gesättigte Fettsäuren
- Ungesättigte Fettsäuren
Außer den gerade eben erwähnten Typen gibt es noch Fettsäuren mit ungewöhnlichen Strukturen.
- Fettsäuren mit ungewöhnlichen Strukturen, die weit verbreitet sind, sind Mono- und Dihydroxy-Fettsäuren in niederen und höheren Pflanzen, z.B. die Ricinolsäure, eine 12-Hydroxyölsäure.
- Epoxy-Fettsäuren sind in Asteraceae und Euphorbiaceae gefunden worden, z.B. die Vernolsäure, eine 12,13-Epoxyölsäure.
- Ringsysteme haben z.B. Cyclopentenfettsäuren und die Sterculiasäure.

Fettsäuren werden durch enzymatische Hydrolyse aus Nahrungslipiden oder endogenen Lipiden freigesetzt.

Die Biosynthese erfolgt entweder durch Kettenverlängerung bereits vorhandener (CoA-aktivierte) geradzahliger Fettsäuren (mitochondrial und mikrosomal) oder vollständig neu im Rahmen einer De-novo-Synthese (zytoplasmatisch).
Bei der De-novo-Synthese wird Acetyl-CoA, bei der Kettenverlängerung Fettsäure-CoA, mit Acetyl-CoA verbunden, wobei ein CoA abgespalten wird.
- Zunächst wird das anzubindende Acetyl-CoA durch eine Carboxylierung jedoch zu Malonyl-CoA umgewandelt. Hierfür sorgt die Acetyl-CoA-Carbxylase, die die Carboxygruppe von Carboxybiotin-Enzym auf Acetyl-CoA überträgt. (Carboxybiotin-Enzym wird dabei zu Biotin-Enzym.)
- Auf dessen reaktive CH₂-Gruppe wird die bestehende Actyl-CoA bzw. Fettsäure-CoA übertragen.
- Treibende Kraft dieser Reaktion ist die Decarboxylierung des Malonyl-CoA-Restes.
Anschließend erfolgt die Reduktion zum Alkohol, wobei NADPH + H⁺ zu NADP⁺ oxidiert wird.
Durch Dehydratisierung erhält man die α,β-ungesättigte Fettsäure, die durch eine weitere Reduktion zur gesättigten Fettsäure wird. Auch für diese Reduktion wird NADPH + H⁺ als Reduktionsmittel eingesetzt.
Das Prinzip: Anlagerung von Acetyl-CoA, Reduktion, Dehydratisierung, Reduktion gilt bis zur Synthese von C₁₈-Fettsäuren.
Am Ende der Synthese steht eine an CoA gebundene Fettsäure. Diese kann nun z.B. auf Glycerol-3-phosphat übertragen werden, was zu einem Monoacylglycerol (Monoglycerid) führte.

Der Abbau erfolgt durch zum allergrößten Teil durch β-Oxidation in den Mitochondrien.
Im geringen Umfang können Fettsäuren auch durch α-Oxidation abgebaut werden.

Zunächst wird die abzubauende Fettsäure durch Bindung an CoA aktiviert.
Anschließend erfolgt durch die Acyl-CoA-Dehydrogenase unter Beteiligung von Flavoproteinen (FAD) eine erste Oxidation zum α,β-ungesättigten Fettsäure-CoA-Ester.
Durch die Enolhydratase wird nun Wasser angelagert, was zur Entstehung des β-Hydroxyfettsäure-CoA-Esters führt.
NAD⁺ dient in der nun folgenden Reaktion als Oxidationsmittel und wird zu NADH + H⁺ reduziert. In dieser Reaktion wird, katalysiert durch die β-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase, der Alkohol zum Keton aufoxidiert.
Im letzten Schritt wird durch eine β-Ketothiolase eine thioklastische Spaltung durchgeführt, bei der zum einen Acetyl-CoA freigesetzt, zum anderen der verbleibende Fettsäurerest mit CoA wieder in einen aktivierten CoA-Ester überführt wird.
Die Fettsäurekette ist um eine C₂-Einheit verkürzt worden und kann so bis zu ihrem völligen Abbau weiter abgebaut werden.

Man bezeichnet die Fettsäuren meist noch immer nach der Art ihres natürlichen Vorkommens mit Trivialnamen. Ihre systematischen Namen werden gebildet, indem man der Endung "-carbonsäure" die Namen der Alkane vorsetzt.
Die natürlichen Fette enthalten fast ausschließlich Fettsäuren mit einer geraden Zahl von C-Atomen. Dies ergibt sich aus der normalen Biosynthese der Fettsäuren, bei der stets C₂-Einheiten angehängt werden.
Bei der hydrolytischen Spaltung von Fettsäureestern mit Alkalien entstehen die Alkalisalze der Fettsäuren, die Seifen (daher spricht man auch von Verseifung).
Da beim Abbau der Fettsäuren Acetyl-CoA entsteht, das in den Citrat-Zyklus eingeschleust werden kann, bei diesem jedoch 2 CO₂ freigesetzt werden, werden Fettsäuren komplett im Citrat-Zyklus "verbrannt" und können nicht z.B. zur Gluconeogenese eingesetzt werden.