Lipolyse, Carnitin-Shuttle und Betaoxidation: vom Fettgewebe ins Mitochondrium
Kurz gesagt: Bei der Lipolyse spalten Lipasen im Fettgewebe Triacylglycerine in Fettsäuren und Glycerol. Fettsäuren reisen an Albumin gebunden zu Muskel und Leber, Glycerol geht zur Leber in die Gluconeogenese. In der Zielzelle werden langkettige Fettsäuren zu Acyl-CoA aktiviert und über das Carnitin-Shuttle in die Matrix gebracht. Dort verkürzt die Betaoxidation sie schrittweise zu Acetyl-CoA, NADH und FADH2. Transport ist Teil des Stoffwechselwegs.
Physikum Biochemie
CPT-1 als Engpass
Module 9 und 10 im Lernheft
Lernheft Fasten & Nahrung18 Module von Insulin bis Harnstoffzyklus mit Fallfragen und Selbsttest. Zum passenden Material
Die Betaoxidation wird oft als isolierter Zyklus in der Matrix gelernt. Damit fehlt aber die Hälfte der Geschichte. Bevor eine Fettsäure abgebaut wird, muss sie aus dem Fettgewebe mobilisiert, im Blut transportiert, in die Zelle aufgenommen, aktiviert und in das Mitochondrium geschleust werden. An jeder dieser Stellen kann es Prüfungsfragen und Krankheitsbilder geben. Diese Seite führt dich durch den ganzen Weg.
Wie wird Fett im Fettgewebe mobilisiert?
Die adipöse Triglyceridlipase (ATGL) spaltet die erste Fettsäure ab, die hormonsensitive Lipase (HSL) vor allem die zweite, die Monoacylglycerin-Lipase die letzte. Katecholamine fördern die Lipolyse über Beta-Rezeptoren, cAMP und Proteinkinase A. Insulin hemmt sie stark, schon in niedriger Konzentration. Deshalb ist ein sinkender Insulinspiegel im Fasten der wichtigste Auslöser für die Fettmobilisierung. Die Produkte gehen getrennte Wege. Im Lernheft lautet die Verwechslung dazu: Fettmobilisierung ist kein einheitlicher Molekülstrom.
Schritt
Ort
Was du wissen musst
Lipolyse
Fettzelle
ATGL, HSL, gehemmt durch Insulin, gefördert durch Katecholamine
Transport
Blut
Fettsäuren an Albumin gebunden, Glycerol frei gelöst
Aktivierung
Äußere Mitochondrienmembran, Zytosol
Acyl-CoA-Synthetase, verbraucht ATP zu AMP
Carnitin-Shuttle
Mitochondrienmembranen
CPT-1 außen, Translokase, CPT-2 innen; CPT-1 durch Malonyl-CoA gehemmt
Betaoxidation
Matrix
Pro Runde 1 FADH2, 1 NADH, 1 Acetyl-CoA, Kette um 2 C kürzer
Warum beeinflusst ein Transportdefekt die Fettverbrennung?
Langkettige Acyl-CoA-Moleküle können die innere Mitochondrienmembran nicht passieren. CPT-1 überträgt den Acylrest auf Carnitin, eine Translokase bringt Acylcarnitin in die Matrix, CPT-2 hängt den Acylrest wieder an CoA. Fehlt ein Glied, erreicht das Substrat den mitochondrialen Reaktionsraum unzureichend. Genau das ist die Lösung der Fallfrage in Modul 10. Kurz- und mittelkettige Fettsäuren brauchen das Shuttle nicht und gelangen direkt in die Matrix.
CPT-2-Mangel: Muskelschmerzen und Myoglobinurie bei längerer Belastung oder Fasten
Carnitinmangel: Muskelschwäche, Hypoglykämie im Fasten
MCAD-Mangel: Defekt der Betaoxidation selbst, hypoketotische Hypoglykämie, im Neugeborenenscreening erfasst
Gemeinsamer Hinweis: wenig Ketonkörper trotz Hypoglykämie
Lernheft 12
Biochemie: Fasten & Nahrung
Der Intermediärstoffwechsel in 18 Modulen, jeweils mit Erklärseite, Fallfrage und Auflösung mit Abrufcheck.
Jede Runde besteht aus vier Reaktionen: Oxidation mit FAD, Hydratisierung, Oxidation mit NAD+ und thiolytische Spaltung. Pro Runde entstehen ein FADH2, ein NADH und ein Acetyl-CoA. Palmitat mit 16 C-Atomen durchläuft sieben Runden und liefert acht Acetyl-CoA. Ungeradzahlige Fettsäuren hinterlassen am Ende Propionyl-CoA, das über Succinyl-CoA in den Citratzyklus eintritt. Ungesättigte Fettsäuren brauchen zusätzliche Isomerasen und liefern etwas weniger FADH2.
Kreuzfalle Glycerol
Glycerol wird nicht wie eine lange Fettsäure oxidiert. Es tritt in der Leber über Glycerin-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat in den Kohlenhydratstoffwechsel ein. Fettgewebe selbst kann Glycerol kaum verwerten, weil ihm die Glycerinkinase weitgehend fehlt.
Häufig gestellte Fragen
1. Welches Hormon hemmt die Lipolyse am stärksten?
Insulin. Schon niedrige Insulinspiegel bremsen die Lipolyse, während Katecholamine sie fördern.
2. Wozu braucht man Carnitin?
Für den Transport langkettiger Fettsäuren über die innere Mitochondrienmembran. Ohne Carnitin-Shuttle findet keine Betaoxidation langkettiger Fettsäuren statt.
3. Wie werden Fettsäuren im Blut transportiert?
Freie Fettsäuren sind an Albumin gebunden. Nahrungsfette und Leberfette werden dagegen in Lipoproteinen transportiert.
4. Was entsteht pro Runde Betaoxidation?
Ein FADH2, ein NADH und ein Acetyl-CoA. Die Fettsäure wird dabei um zwei C-Atome kürzer.
5. Warum ist die Hypoglykämie bei Betaoxidationsdefekten hypoketotisch?
Ohne Betaoxidation entsteht in der Leber kaum Acetyl-CoA für die Ketogenese. Gleichzeitig fehlen Energie und Acetyl-CoA für die Gluconeogenese.
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