Zur Erinnerung... -Der Abbau von Fettsäuren erfolgt über die ß-Oxidation. Beim Abbau von Fettsäuren mit Doppelbindungen an ungeradzahligen C-Atomen wird eine Isomerase, bei Doppelbindungen an geradzahligen C-Atomen eine Isomerase und eine Reduktase zusätzlich benötigt. - Vitamin B12 ist Vorstufe des Cofaktors Cobalamin. Dieser Cofaktor ist an intramolekularen Umlagerungen häufig beteiligt. Das Co im Cobalamin generiert durch homolytische Spaltung ein Radikal, welches Wasserstoffatome übernehmen kann. -Die Fettsäuresynthese erfolgt im Cytosol durch die Fettsäure-Synthetase. Wichtige Vorstufen sind Malonyl-CoA und Acetyl-CoA. Der Überträger der 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 Octadecanat b) ungesättige Fettsäuren (mit Doppelbindungen): Octadecenat, Octadecadienat, Octadecatrienat.. Octadecanat (Stearat) Octadecenat

Benennung der Doppelbindungen =trans cis/trans D3… wenn hier eine Doppelbindung ist =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 einige eigenschaften 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 apolarer Bereich Einfachste Form (häufig Vorstufe für komplexere Phospholipide): Diacylglycerin-3-Phosphat (= Phosphatidat) polarer Bereich

Die wichtigste Vorstufe für die Synthese komplexer Phospholipide Dieses Phosphat bildet Ester mit verschiedenen Alkoholen

Biologisch relevante Phosphoglyceride Phosphatidylserin Phosphatidylethanolamin Phosphatidylcholin Phosphatidylinositol Phosphatidylglcerin

Ein Phospholipid mit Sphingosin als Alkoholkomponente -häufig in der Membran neuronaler Zellen, aber auch aller anderen Zelltypen zu finden. N-Acyl-Sphingosin nennt man Ceramid. Amidbindung zur Fettsäure Bestandteil der Myelinscheide

2. Glykolipide Cerebroside= nur einen Zuckerrest Ganglioside=komplexere Zuckereinheiten (mehr als 60 bekannt) Glykolipide haben ihren Zuckeranteil immer auf der extrazellulären Seite (Synthese im ER/Golgi)!! Sphingosin

Die Tay-Sachs-Krankheit -Ein Versagen des Gangliosid-Abbaus ist Ursache dieser Krankheit. -Überschüssige Ganglioside werden in den Lysosomen angehäuft und können nicht abgebaut werden. -Kinder werden schwachsinnig und blind, und sterben häufig sehr früh. das Enzym ß-N-Acetylhexosaminidase fehlt 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 von einigen Nervenzellen. -Vorläufer der Steroidhormone -13 Nobelpreise wurden bislang an Forscher vergeben, die sich mit diesem Molekül befassten! Alle C-Atome dieses Moleküls kommen vom Acetyl-CoA C D A B Steroidgerüst

Trotz der großen Vielfalt der Lipide sind sie alle amphipathisch -Die amphipathische Struktur der Lipide erlaubt die Membranbildung polare Kopfregion hydrophiler Schwanz

Micellen und Lipiddoppelschicht -in wässrigen Lösungen: Plare Köpfe drängen zum Wasser hin, apolare Reste meiden das Wasser (vgl. Proteinfaltung). -2 Strukturen werden ausgebildet: Micelle und Lipiddoppelschicht -Die bevorzugte Struktur der Phosphoglyceride ist die Lipiddoppelschicht (die beiden FS-Ketten sind zu sperrig für die Ausbildung einer Micelle)

Die biologische Bedeutung der Lipiddoppelschicht -Micellen sind prinzipiell nur sehr kleine Strukturen und daher für biochemische/biologische Aufgaben ungeeignet. -Phospholipide haben dagegen die Eigenschaft, makroskopische Membranen aufzubauen und sind damit bestens für das Umschließen von 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 durch die 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 der Membran vermittelt. integrale Membranproteine periphere Membranporteine

Die Wechselwirkung von Proteinen mit Membranen (I) diese „Transmembrandomänen“ sind a-helical, die Reste der Helix sind ungeladen (ca. 20 Reste/Domäne). Bsp: Bakeriorhodopsin

Die Wechselwirkung von Proteinen mit Membranen (II) -Transmembranbereich ist ein antiparalleles -Faltblatt. - bildet Pore, wobei der äußere Ring apolar, das innere der Pore polar ist. Bsp: ein Porin

Das antiparallele ß-Faltbaltt Reste liegen auf einer Vorderseite der Struktur

„Teilweise Einbettung“ eines Proteins in die Membran Bsp: Prostaglandin-H2-Synthase-1

„Vorhersage“ von a-helicalen Transmembranhelices Energiewert für den Transfer einer AS von der Membran in eine wässrige Lösung

Die Prostaglandin-H2-Synthase-1 Entsteht durch Hydrolyse von Membranlipiden (wasserunlöslich) -Das Prostaglandin H2 stimuliert Entzündungsreaktionen (ein „lokales Hormon“)

Prostaglandin-H2-Synthase-1 hat einen hydrophoben Kanal Membrananker

Die Wirkung von Aspirin und Ibuprofen -die Modifikation von Ser 530 verhindert die Prostaglandinsynthese

„Membrananker“ für Proteine -Der hydrophobe Rest dieser Anker bindet die Modifizierten Proteine 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 und globulärer Proteine. -Die Eigenschaft dieser Lösung (Membranfluidität) ist direkt von der Fettsäurezusammensetzung und vom Cholesteringehalt abhängig. -gesättigte lange FS erniedrigen die Fluidität. - Doppelbindungen erhöhen die Fluidität. -Bei Tieren: Cholesterin reguliert die

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