Fettsäuren

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
(Weitergeleitet von E570)
Wechseln zu: Navigation, Suche

Fettsäuren sind aliphatische Monocarbonsäuren mit zumeist unverzweigter Kohlenstoffkette. Die Bezeichnung „Fettsäuren“ fußt auf der Erkenntnis, dass natürliche Fette und Öle aus den Estern langkettiger Carbonsäuren mit Glycerin bestehen. Aus dieser Sicht werden Fettsäuren auch zu den Lipiden gezählt. Später wurden auch alle anderen Alkylcarbonsäuren und deren ungesättigte Vertreter den Fettsäuren zugeordnet.[1]

Allgemeines[Bearbeiten]

Fettsäuren unterscheiden sich durch die Anzahl der C-Atome (Kettenlänge) sowie – bei ungesättigten Fettsäuren – in der Anzahl und Position von Doppelbindungen. Man kann Fettsäuren aufgrund ihrer Kettenlängen in niedere (bis sieben C-Atome), mittlere (acht bis zwölf C-Atome) und höhere (mehr als zwölf C-Atome) Fettsäuren einteilen. Die historische Namensgebung als "Fettsäure" suggeriert, dass eine individuelle Verbindung einmal eine Komponente eines Fettes gewesen sein muss, um eine Fettsäure zu sein. Dies ist aber nicht zwangsläufig der Fall. Unter diesem Begriff werden heute Verbindungen chemischer Ähnlichkeiten gesammelt.

Natürliche Fettsäuren bestehen in der Regel aus einer geraden Zahl von Kohlenstoffatomen und sind unverzweigt. Ausnahmen davon lassen sich jedoch in allen Reichen finden.[2][3] Die Kohlenstoffkette muss mindestens vier C-Atome lang sein, somit ist die Buttersäure die einfachste natürliche Fettsäure. Fettsäuren mit Doppelbindungen werden ungesättigte Fettsäuren genannt. Die Doppelbindung ist in der Regel cis-konfiguriert. Liegen mehrere Doppelbindungen vor, sind diese in der Regel durch eine CH2-Gruppe voneinander getrennt.

Eine große Vielfalt von Fettsäuren (mehr als 400 verschiedene Strukturen, wovon aber nur etwa 10–12 häufig sind) kommt in den Samenölen des Pflanzenreichs vor.[4] Seltene Fettsäuren, die in größeren Prozentgehalten in Samen bestimmter Pflanzenfamilien auftreten, können entwicklungsgeschichtliche Zusammenhänge illustrieren (Verwandtschaftsbeziehungen, Chemotaxonomie, Evolution; vgl. z. B. auch Weltwirtschaft) wie zum Beispiel Petroselinsäure, Taririnsäure, Erucasäure, Cyclopentenfettsäuren und Cyclopropenfettsäuren. Manche Bakterienarten können anhand ihrer Fettsäurenzusammensetzung unterschieden werden.

Als essenzielle Fettsäuren bezeichnet man Fettsäuren, die ein Organismus benötigt, aber nicht selbst herstellen kann. Für Säugetiere sind Fettsäuren essenziell, die eine oder mehrere Doppelbindungen an höheren Positionen als C-9 (vom Carbonyl-Kohlenstoff aus gezählt) besitzen, da ihnen die Enzyme fehlen, solche Doppelbindungen einzufügen. Für den Menschen sind dies streng genommen nur Linolsäure und α-Linolensäure.

Fettsäuren werden in der Lebensmittelindustrie hauptsächlich als Rohstoff für verschiedene Emulgatoren verwendet, daneben jedoch auch als Trägerstoffe, Trennmittel (z. B. in Kaugummi) oder als Überzugsmittel (z. B. für Obst). Sie sind in der EU als Lebensmittelzusatzstoff der Sammelbezeichnung E 570 ohne Höchstmengenbeschränkung (quantum satis) für Lebensmittel allgemein zugelassen.

Die Natrium- oder Kalium-Salze der höheren Fettsäuren sind als Seifen bekannt und werden als Tenside verwendet.

Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren[Bearbeiten]

Stearinsäure, eine gesättigte Fettsäure

Eine gesättigte Fettsäure (engl. saturated fat) ist – als Untergruppe der Alkansäuren – eine Fettsäure, die keine Doppelbindungen zwischen C-Atomen aufweist. Die gesättigten Fettsäuren bilden eine homologe Reihe mit der Summenformel CnH2n+1COOH.

Ölsäure, eine ungesättigte cis-Fettsäure
α-Linolensäure, eine mehrfach ungesättigte Omega-3-Fettsäure

Ungesättigte Fettsäuren besitzen als Alkensäuren mindestens eine Doppelbindung. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFA, von engl. Polyunsaturated fatty acids) besitzen zwei oder mehrere Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen der Kette. Da in natürlichen Fettsäuren die Doppelbindungen meist in der cis-Konfiguration vorliegen, entsteht ein Knick von etwa 30° in der Kohlenwasserstoffkette. Dadurch ist die Van-der-Waals-Wechselwirkung zu anderen Molekülen abgeschwächt; der Schmelzpunkt wird verringert. Einige ungesättigte Fettsäuren sind für den Menschen essentiell, da sie vom menschlichen Körper nicht synthetisiert werden können. Dazu zählen Fettsäuren, die Doppelbindungen an bestimmten Positionen tragen, die Omega-n-Fettsäuren. Hierbei steht n für eine Zahl und beschreibt die Position einer der Doppelbindungen. Bei der Omega-Zählweise wird vom „ω-Ende“ der Kohlenstoffkette aus gezählt, das der Carboxygruppe gegenübersteht. Die Doppelbindung nahe der Carboxygruppe erhält daher die größte Zahl; die Position der dem ω-Ende am nächsten stehenden Doppelbindung bestimmt den Typ der Omega-n-Fettsäure. In der Abbildung der Linolensäure ist die ω-Zählweise in Rot dargestellt. Für die Einteilung in die verschiedenen Gruppen der Omega-n-Fettsäuren ist nur die als erstes gezählte Doppelbindung entscheidend.

Elaidinsäure, eine ungesättigte trans-Fettsäure

Neben ungesättigten Fettsäuren in der cis-Konfiguration kommen in der Natur auch Fettsäuren mit trans-konfigurierten Doppelbindungen vor, die trans-Fettsäuren. Glyceride der trans-Fettsäuren fallen auch als Nebenprodukt bei der Margarineherstellung an und stehen unter Verdacht, gesundheitsschädliche Eigenschaften zu haben.[5] Insbesondere wird in der Literatur die negative Beeinflussung der koronaren Herzkrankheit angeführt.

Octadeca-9c,11t-diensäure, eine konjugierte Fettsäure

Liegen mehrere Doppelbindungen – genauer C=C-Doppelbindungen – in einer Fettsäure vor, sind diese in der Regel – analog der oben rechts gezeigten Linolensäure – durch eine Methylengruppe (CH2-Gruppe) voneinander getrennt. Es existieren jedoch auch konjugierte Fettsäuren, bei denen die Doppelbindungen enger beieinander, nämlich konjugiert vorliegen. In der Abbildung der Octadeca-9c,11t-diensäure liegen die Doppelbindungen konjugiert vor. Da eine der Doppelbindungen als trans-Doppelbindung vorliegt, ist diese Verbindung gleichzeitig eine trans-Fettsäure. Für die Bildung dieser Fettsäuren sind oft Bakterien im Verdauungstrakt der Wiederkäuer Ursache. Konjugierte Fettsäuren sind daher in allen Milchprodukten vertreten.

Ungeradzahlige Fettsäuren[Bearbeiten]

Fettsäuren mit einer ungeraden Anzahl von Kohlenstoffatomen entstehen unter anderem durch die α-Oxidation aus Fettsäuren mit geradzahligen Kohlenstoffatomen. Beim Menschen betrifft dies vor allem die Phytansäure und die Pristansäure, welche anschließend in der β-Oxidation zu Propionyl-CoA abgebaut wird.

Verzweigte Fettsäuren[Bearbeiten]

Phytansäure (3,7,11,15-Tetramethylhexadecansäure)

Niedere Fettsäuren mit Verzweigungen in der Kohlenstoffkette finden sich in einigen Ätherischen Ölen. So enthalten die Extrakte aus Baldrian Ester der Isovaleriansäure.

Phytansäure (3,7,11,15-Tetramethylhexadecansäure) ist eine verzweigtkettige Carbonsäure, die als Abbauprodukt des Chlorophylls auftritt. In vielen Nahrungsmitteln (z. B. der Milch) sind Spuren dieser Verbindung zu finden. Die krankhafte Unfähigkeit zum Abbau dieser Carbonsäure führt zum Refsum-Syndrom.

Verzweigtkettige Fettsäuren finden sich in den Membranen zahlreicher Prokaryoten. Ihr Vorkommen wird genutzt, um eine Bakterienart zu identifizieren und um verwandtschaftliche Beziehungen der Organismen zu erforschen. Vor allem Fettsäuren mit einer Methylgruppe als Verzweigung in der Nähe vom „ω-Ende“ der Kohlenstoffkette sind von Bedeutung, wie die iso-Pentadecansäure (Methylgruppe am vorletzten Kohlenstoffatom) und die anteiso-Pentadecansäure (Methylgruppe am vorvorletzten Kohlenstoffatom).[6] Sie kommen in geringen Mengen auch im Milchfett vor.[7] Man geht davon aus, dass sie durch Bakterien im Pansen produziert werden und von den Kühen aufgenommen und in deren Fettgewebe bzw. im Milchfett eingelagert werden.[8]

Liste von Fettsäuren und kürzeren Monocarbonsäuren[Bearbeiten]

gesättigte Fettsäuren und kürzere Monocarbonsäuren
Zahl der C-Atome : Doppelbindungen Trivialname Chemische Bezeichnung Bruttoformel Vorkommen Schmelzpunkt[9] Siedepunkt[9]
1:0 Ameisensäure Methansäure HCOOH Weitverbreitet, in fast allen Organismen 8,3 °C 101 °C
2:0 Essigsäure Ethansäure CH3COOH Essig (durch Oxidation von Ethanol) 16,6 °C 118 °C
3:0 Propionsäure Propansäure C2H5COOH Zwischenprodukt bei der Methangärung −20,5 °C 141 °C
4:0 Buttersäure Butansäure C3H7COOH Milchfett, Schweiß, einfachste Fettsäure −5,1 °C 164 °C
5:0 Valeriansäure Pentansäure C4H9COOH Baldrianwurzel, Holzessig −34 °C 186 °C
6:0 Capronsäure Hexansäure C5H11COOH Milchfett, entsteht bei Buttersäuregärung −3 °C 205 °C
7:0 Önanthsäure Heptansäure C6H13COOH als Ester im Kalmusöl −7,2 °C 222 °C
8:0 Caprylsäure Octansäure C7H15COOH Milchfett, Kokosfett 16,5 °C 239 °C
9:0 Pelargonsäure Nonansäure C8H17COOH ätherisches Öl von Pelargonium roseum, Käse, Fuselöl, Wein 12,5 °C 254 °C
10:0 Caprinsäure Decansäure C9H19COOH Tier- und Pflanzenfette 31,4 °C 269 °C
11:0 Undecansäure C10H21COOH Etherische Öle (Iris- und Quendelöl) 28,6 °C 280 °C
12:0 Laurinsäure Dodecansäure C11H23COOH Milchfett, Pflanzenfette 43,8 225 °C (100 Torr)
13:0 Tridecansäure C12H25COOH Pflanzenöle 41,5 °C 236 °C (100 Torr)
14:0 Myristinsäure Tetradecansäure C13H27COOH Milchfett, Fischöl, Tier- und Pflanzenfette 54,2 °C 250 °C (100 Torr)
15:0 Pentadecansäure C14H29COOH Milch- und Körperfett von Wiederkäuern, Fischöl 52,3 °C 257 °C (100 Torr)
16:0 Palmitinsäure Hexadecansäure C15H31COOH Tier- und Pflanzenfette 62,5 °C 351,5 °C
17:0 Margarinsäure Heptadecansäure C16H33COOH Tier- und Pflanzenfette 61,3 °C 227 °C (100 Torr)
18:0 Stearinsäure Octadecansäure C17H35COOH Tier- und Pflanzenfette 69,3 °C 350 °C (Zers.)
19:0 Nonadecansäure C18H37COOH Rinderfett, Dill (Anethum graveolens) 69,4 °C 297 °C (100 Torr)
20:0 Arachinsäure Eicosan-/Icosansäure C19H39COOH in geringen Mengen in Pflanzensamen und Tierfetten 76,5 °C 328 °C (Zers.)
21:0 Heneicosansäure C20H41COOH in Pilzen der Gattung Armillaria (4–5 % der Fettsäuren) und in wenigen Pflanzen 74–75
22:0 Behensäure Docosansäure C21H43COOH in geringen Mengen in Pflanzensamen und Tierfetten, bei Morbus Gaucher 72–80
24:0 Lignocerinsäure Tetracosansäure C23H47COOH einige Pflanzenfette, Bestandteil der Sphingomyeline 87,5
26:0 Cerotinsäure Hexacosansäure C25H51COOH Bienenwachs, Carnaubawachs, Montanwachs, Wollschweiß 86–87
28:0 Montansäure Octacosansäure C27H55COOH Montanwachs 91–93
30:0 Melissinsäure Triacontansäure C29H59COOH Selinum-, Trichosanthes- und Pericampylus-Arten 92–94
32:0 Laccersäure Dotriacontansäure C31H61COOH 96
34:0 Geddinsäure Tetratriacontansäure C33H63COOH 98,4
einfach ungesättigte Fettsäuren
Zahl der C-Atome : Doppelbindungen Trivialname Bruttoformel Stellung
der
Doppel-
bindung
Vorkommen Schmelzpunkt Chemische Bezeichnung
11:1 Undecylensäure C10H19COOH 10   24,5 °C (10Z)- Undeca- 10- ensäure
14:1 Myristoleinsäure C13H25COOH 9 seltene Fettsäure in wenigen Pflanzenölen, z. B. in Samen der Gattung Myristicaceae (Muskatnussgewächse)   (9Z)- Tetradeca- 9- ensäure
16:1 Palmitoleinsäure C15H29COOH 9 Milchfett, Depotfett der Tiere, Fischtran, Pflanzenfett 1 °C (9Z)- Hexadeca- 9- ensäure
18:1 Petroselinsäure C17H33COOH 6 in Korianderöl 30 °C (6Z)- Octadeca- 6- ensäure
18:1 Ölsäure C17H33COOH 9 in allen Naturfetten 16 °C (9Z)- Octadeca- 9- ensäure
18:1 Elaidinsäure1 C17H33COOH 9 im Fett von Wiederkäuern 44–51 °C (9E)- Octadeca- 9- ensäure
18:1 Vaccensäure C17H33COOH 11 im Fett von Wiederkäuern   (11E)- Octadeca- 11- ensäure
20:1 Gadoleinsäure C19H37COOH 9 Pflanzenöle, insbesondere Leindotteröl 23–24 °C (9Z)- Eicosa- 9- ensäure
20:1 Icosensäure C19H37COOH 11 in Rapsöl 16 °C (11Z)- Eicosa- 11- ensäure
22:1 Cetoleinsäure C21H41COOH 11 Pflanzenöle   (11Z)- Docosa- 11- ensäure
22:1 Erucasäure C21H41COOH 13 Rapsöl, Senföl 33 °C (13Z)- Docosa- 13- ensäure
24:1 Nervonsäure C23H45COOH 15 Samenöl des seltenen Baums Malania oleifera aus der Familie Olacaceae[10] 42-43 °C (15Z)- Tetracosa- 15- ensäure
mehrfach ungesättigte Fettsäuren
Zahl der C-Atome : Doppelbindungen Trivialname Bruttoformel Stellung
der
Doppel-
bindungen
Vorkommen Schmelzpunkt Chemische Bezeichnung
18:2 Linolsäure C17H31COOH 9, 12 Pflanzenöle, insbesondere Distelöl, Sonnenblumenöl und Traubenkernöl −5 °C (9Z,12Z)- Octadeca- 9,12- diensäure
18:3 Alpha-Linolensäure2 C17H29COOH 9, 12, 15 einige Pflanzenöle, insbesondere Leinöl, Walnussöl, Hanföl, Rapsöl und Sojaöl −11 °C (9Z,12Z,15Z)- Octadeca- 9,12,15- triensäure
18:3 Gamma-Linolensäure2 C17H29COOH 6, 9, 12 in wenigen Pflanzenölen wie Borretschöl, Nachtkerzenöl und Hanföl −11 °C (6Z,9Z,12Z)- Octadeca- 6,9,12- triensäure
18:3 Calendulasäure C17H29COOH 8, 10, 12 Hauptfettsäure im fetten Pflanzensamenöl der Ringelblume   (8E,10E,12Z)- Octadeca- 8,10,12- triensäure
18:3 Punicinsäure C17H29COOH 9, 11, 13 in wenigen Pflanzenölen, z. B. im Kernöl des Granatapfels   (9Z,11E,13Z)- Octadeca- 9,11,13- triensäure
18:3 Alpha-Elaeostearinsäure C17H29COOH 9, 11, 13 in wenigen Pflanzenölen, z. B. Hauptfettsäure im Öl der Samen von Parinaria montana (Chrysobalanaceae)   (9Z,11E,13E)- Octadeca- 9,11,13- triensäure
18:3 Beta-Elaeostearinsäure C17H29COOH 9, 11, 13 in wenigen Pflanzenölen, z. B. im Kernöl des Granatapfels   (9E,11E,13E)- Octadeca- 9,11,13- triensäure
20:4 Arachidonsäure C19H31COOH 5, 8, 11, 14 Tierfette, Fischtran −49,5 °C (5Z,8Z,11Z,14Z)- Eicosa- 5,8,11,14- tetraensäure
20:5 Timnodonsäure C19H29COOH 5, 8, 11, 14, 17 Fischöle −54 °C (5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)- Eicosa- 5,8,11,14,17- pentaensäure
22:5 Clupanodonsäure C21H33COOH 7, 10, 13, 16, 19 Fischöle   (7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)- Docosa- 7,10,13,16,19- pentaensäure
22:6 Cervonsäure C21H31COOH 4, 7, 10, 13, 16, 19 Fischöle   (4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)- Docosa- 4,7,10,13,16,19- hexaensäure
Anmerkungen
1 Die Elaidinsäure, das trans-Isomere der Ölsäure, entsteht bei der Fetthärtung zur Herstellung von Margarine durch partielle Hydrierung mehrfach ungesättigter Fettsäuren im Zuge einer Isomerisierung. In der Natur kommt sie im Fett von Wiederkäuern (Milch, Butter, Rindertalg) vor, da deren Pansenorganismen ebenfalls hydrierende Enzyme enthalten.
2 Beim Linolsäure-Isomeren mit den Doppelbindungen in den Positionen 9, 12 und 15 (alle in cis-Konfiguration) handelt es sich um die alpha-Linolensäure, das Isomere mit den Doppelbindungen in den Positionen 6, 9 und 12 (alle in cis-Konfiguration) wird als gamma-Linolensäure bezeichnet.

Fettsäuren mit weiteren funktionellen Gruppen[Bearbeiten]

Fettsäuren mit weiteren funktionellen Gruppen
Zahl der C-Atome: Doppelbindungen
funktionelle Gruppe
Trivialname Bruttoformel Stellung der
funktionellen Gruppen
Vorkommen Schmelz-
punkt
Chemische Bezeichnung
18:1
Epoxy-
Vernolsäure C18H32O3 9 (Doppelbindung)
12 (Epoxygruppe)
Hauptfettsäure im Vernoniaöl (aus Samen der Feinastern) 23–25 °C 12-(R),13-(S)-Epoxy-9-cis-Octadecensäure
18:1
Hydroxy-
Rizinolsäure C18H34O3 9 (Doppelbindung)
12 (Hydroxygruppe)
Hauptfettsäure im Rizinusöl 5 °C 12-Hydroxy-9-cis-octadecensäure
19:0
Cyclopropyl-
Lactobacillsäure C19H36O2 11,12 (Cyclopropan) Wichtige Fettsäure in Lactobacillus-Arten 28–29 °C cis-11,12-Methylenoctadecansäure

Fettsäuren mit einer Hydroxygruppe kommen in den Lipiden von Tieren, Pflanzen und Prokaryoten vor. Häufig findet sich die Hydroxygruppe am zweiten Kohlenstoffatom (vergleiche α-Hydroxycarbonsäuren). Auch β-Hydroxyfettsäuren kommen vor, ebenso wie Fettsäuren, bei denen die funktionelle Gruppe mitten in der Kohlenstoffkette vorkommt, wie bei der Rizinolsäure. Weitere funktionelle Gruppen mit einem Sauerstoffatom sind die Epoxygruppe, die Ketogruppe und die Furangruppe, die ebenfalls in Fettsäuren zu finden sind.[11]

Fettsäuren in den Membranlipiden von Bakterien weisen zum Teil ungewöhnliche Bestandteile im Molekül auf. So weisen alicyclische Fettsäuren einen Ring aus Kohlenwasserstoffen auf. Dieser kann sich, als Cyclopropan, mitten in der Kohlenstoffkette befinden, wie dies bei den Mykolsäuren oder der Lactobacillsäure der Fall ist.[12] Weiterhin können sie auch eine Ketogruppe aufweisen. Mykolsäuren sind außerdem die längsten natürlich vorkommenden Fettsäuren. Sie sind über Arabinogalaktan an das Murein in der Bakterienzellwand gebunden.

Omega-Cyclohexyltridecansäure

Ringe mit sechs oder sieben Kohlenstoffatomen (Cyclohexan bzw. Cycloheptan) finden sich häufig am Ende der eigentlichen Fettsäurekette, sie werden dann als Omega-alicyclische (ω-alicyclische) Fettsäuren bezeichnet, wobei der griechische Kleinbuchstabe ω als Lokant verwendet wird. Die Bakteriengattung Alicyclobacillus ist nach diesen Fettsäuren benannt worden, da sie diese in großen Mengen in den Membranlipiden enthält. Ein Beispiel ist die Omega-Cyclohexyltridecansäure, eine ω-alicyclische Fettsäure mit einem Cyclohexan-Rest und einer Kette mit 13 Kohlenstoffatomen.[13]

Stoffwechsel[Bearbeiten]

Transport[Bearbeiten]

Fettsäuren werden als Triglyceride im Fettgewebe gespeichert. Bei Bedarf, der durch die Botenstoffe Adrenalin, Noradrenalin, Glucagon oder ACTH angezeigt wird, findet dort eine Lipolyse statt.

Die freien Fettsäuren werden dann im Blutkreislauf zu den energiebenötigenden Zellen transportiert, wo sie zuerst unter ATP-Verbrauch an Coenzym A (CoA) gebunden (aktiviert) werden. Diese Reaktion wird durch die Hydrolyse des dabei entstehenden Pyrophosphats zu zwei Phosphaten (Pi) vorangetrieben.

\mathrm{R{-}COOH + CoA{-}SH + ATP \longrightarrow R{-}CO{-}S{-}CoA + 2 \ P_i + H^+ + AMP}

Danach werden sie durch das Enzym Carnitin-Acyltransferase I an Carnitin gebunden und aktiv in die Matrix der Mitochondrien transportiert, wo sie durch Carnitin-Acyltransferase II wieder an CoA gebunden werden. Diese Aktivierung ist notwendig, da Fettsäuren durch die Mitochondriummembran diffundieren können. Nur aktiv transportierte Fettsäuren werden zur β-Oxidation der Fettsäuren herangezogen. Die Acyl-Carnitin-Aktivierung ist nicht reversibel, eine aktivierte Fettsäure wird abgebaut.

Fettsäureabbau[Bearbeiten]

Hauptartikel: Fettsäureoxidation

In der Matrix des Mitochondriums findet die β-Oxidation der Fettsäuren zu Acetyl-CoA statt, welches im Citratzyklus weiterverwendet werden kann, um ATP zu gewinnen. Bei längeren Hungerperioden oder Ernährung mit sehr wenig Kohlenhydraten, wie z. B. der Atkins-Diät, werden die Fette stattdessen zu Ketonkörpern verstoffwechselt.

Zusätzlich zur mitochondrialen Fettsäureoxidation findet auch in den Peroxisomen eine Verwertung von Fettsäuren statt. Vor allem sehr langkettige Fettsäuren werden meist dort zuerst verkürzt, ehe sie in den Mitochondrien weiterverarbeitet werden können. Diese peroxisomale Funktion ist erheblich. Ein Ausfall führt zu Adrenoleukodystrophie.

Fettsäuresynthese[Bearbeiten]

Hauptartikel: Fettsäuresynthese

Die Fettsäuresynthese erfolgt im Gegensatz zum Abbau im Cytosol. Bei höheren Organismen sind alle dafür notwendigen Enzyme in einem einzigen Enzymkomplex, der Fettsäure-Synthase, zusammengefasst. Bei grünen Pflanzen jedoch findet der Aufbau bis höchstens zur C18-Fettsäure hauptsächlich in den Plastiden statt und wird dann erst ins Cytosol transportiert.

Dazu wird zuerst Malonyl-CoA aus Acetyl-CoA unter ATP-Verbrauch durch Carboxylierung gebildet. Dieses wird dann zu Malonyl-ACP umgewandelt, denn im Gegensatz zum Abbau dient bei der Synthese Acyl carrier protein (ACP) statt CoA als Carriermolekül. Die nachfolgende Kondensationsreaktion ist grob betrachtet eine Umkehr der Fettsäureoxidation (β-Oxidation). Jedoch finden sich im Detail einige bedeutende Unterschiede, die eine unabhängige, gezielte Steuerung beider Vorgänge erlauben.

Charakteristische Fettsäuren in Mikroorganismen[Bearbeiten]

Arttypisch vorkommende Fettsäuren können als Biomarker verwendet werden.[14] Actinomyceten sind Gram-positive Bakterien, welche bei der Zersetzung von organischem Material vorkommen und unter anderem dabei einen erdigen Geruch erzeugen. Fettsäuren von Actinomyceten sind gelegentlich am C10 mit einer Methylgruppe verzweigt, z. B. 16:0 10-Methyl und 18:0 10-Methyl.[15] Bodenlebende Actinomyceten sind z. B. Rhodococcus, Nocardia, Corynebacterium und Streptomyces. Gram-positive Bakterien sind z. B. auch Bacillus spp. wie Bacillus cereus und Bacillus subtilis. Die Anzahl der Bakterien der Bacillus spp. nimmt in der Rhizosphäre zu. Sie bilden verzweigte Fettsäuren wie 15:0 iso and 15:0 anteiso.

Gram-negative Bakterien sind ein bedeutender Bestandteil der Rhizosphäre und Erhöhen die Verfügbarkeit von Phosphat, Eisen und anderen Mineralien, manche produzieren auch Fungizide.[16] Gram-negative Bakterien erzeugen höhere Konzentrationen an einfach ungesättigten Fettsäuren wie 16:1 Omega-7 und 18:1 Omega-9, die großteils zu Cyclopropyl-Fettsäuren wie 17:0 Cyclopropan und 19:0 Cyclopropan weiterverstoffwechselt werden.[17] Unter anaeroben Bedingungen entstehen Dimethylacetale (DMA), die als Biomarker verwendet werden können.[18] Bei strikt anaeroben Bedingungen, wie während einer Überflutung, nimmt die Anzahl fakultativ aerober Bakterien ab, die Anzahl der anaeroben Bakterien und Archaeen zu.[19]

Die Fettsäuren in den Lipiden von Archaeen sind nicht über eine Esterbindung verbunden, sondern über eine Etherbindung.[20] Mykorrhiza-Pilze bilden Speichervesikel, die unter anderem 18:2 w6c und 16:1 w5c enthalten.[21]

Verschiedene Fettsäuren als Biomarker:

  • Gesättigte Fettsäuren (englisch saturated fatty acids, SAFA)
  • Einfach ungesättigte Fettsäuren (engl. monounsaturated fatty acids, MUFA)
    • 16:1 ω5c (Hexadecenonsäure) – Mykorrhiza
    • Omega-5 und 7 Position (z. B. 16:1 ω7c, Palmitoleinsäure) – Gram-negative Bakterien
    • 16:1 ω8c (8-Hexadecenonsäure) – Methan-oxidierende Bakterien Typ I
    • 18:1 ω8c (10-Octadecenonsäure) – Methan-oxidierende Bakterien Typ II
    • Omega-9 Position (z. B. 16:1 ω9c, cis-7-Palmitoleinsäure) – Ectomycorrhizale Pilze & Gram-positive Bakterien
  • Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (engl. polyunsaturated fatty acids, PUFA)
  • Cyclopropyl-Fettsäuren (z. B. 19:0 cyclo ω7c) – Bakterien
  • Dimethylacetale (z. B. 16:0 DMA, Hexadecanal-Dimethylacetal) – Anaerobe Bakterien

Gesundheitliche Bedeutung[Bearbeiten]

Sowohl gesättigte als auch ungesättigte Fettsäuren liefern viel Energie, unterstützen das Immunsystem, vermindern u.a. Depressionen und wirken sich auf viele weitere Stoffwechselprozesse positiv aus. Fette mit hohem Anteil an mittelkettigen Fettsäuren sind einfacher zu verdauen als solche mit langkettigen Fettsäuren.

Zudem hat die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) in einer aktuellen Auswertung von Interventionsstudien mit über 13.600 Teilnehmern herausgefunden, dass ein hoher Anteil mehrfach ungesättigter Fettsäuren, zusammen mit einem niedrigen Anteil gesättigter Fettsäuren, das Risiko für koronare Herzkrankheiten (z. B. Herzinfarkt) senkt.[22] Sie bestätigte damit Ergebnisse, die Daniel und Hecht bereits 1990 veröffentlichten.[23][24] Günstige Verhältnisse mehrfach ungesättigter zu gesättigter Fettsäuren finden sich vor allem in Pflanzenfetten: Distelöl (74,5 %/8,6 %), Hanföl (70 %/10 %), Sonnenblumenöl (60,7 %/11,5 %), Sojaöl (61,0 %/13,4 %) und Rapsöl (27 %/6 %). Ausnahmen bilden Kokos- und Palmkernfett (1,4 %/86,5 %).[24]

Ungesättigte trans-Fettsäuren wirken sich ungünstig auf den Cholesterinspiegel aus. Insbesondere durch die Senkung des HDL-Cholesterol-Spiegels bei gleichzeitiger Erhöhung des LDL-Cholesterol-Lipoprotein(a)-Spiegels sowie proinflammatorische Effekte kommt es zu einem negativen Einfluss auf die endotheliale Funktion der Arterienwände.[25][26] Auch gibt es Vermutungen auf eine Verstärkung von Insulin-Resistenz und Adipositas, Zellmembranveränderungen und negative Effekte auf die Blutgerinnung.[27] Außerdem ist die Evidenz von Observationsstudien für einen Zusammenhang zwischen trans-Fettsäuren und erhöhtem Risiko für koronare Herzkrankheiten sehr überzeugend.[28] Lebensmittel mit Trans-Fettsäuren sind in den Inhaltsangaben mit dem Vermerk "Pflanzliches Öl, teilweise gehärtet" gekennzeichnet.[29]

In Populationen, die im mediterranen Raum angesiedelt sind, beträgt die Zufuhr von einfach ungesättigten Fettsäuren zwischen 16 und 29 % der täglichen Gesamtenergiezufuhr (vor allem in Form von Ölsäure). Untersuchungen zeigen, dass ein Austausch von gesättigten Fettsäuren durch Kohlenhydrate, mehrfach ungesättigte oder einfach ungesättigte Fettsäuren kardiovaskuläre Risikofaktoren reduziert.[30] Im Vergleich zu Kohlenhydraten wirkten sich MUFAs positiv auf Triglyzeride, HDL-Cholesterin und das Verhältnis Gesamtcholesterin:HDL-Cholesterin aus. Zwei Meta-Analysen zeigten kürzlich positive Auswirkungen einer erhöhten Zufuhr von einfach ungesättigten Fettsäuren auf folgende kardiovaskuläre Risikofaktoren: systolischer und diastolischer Blutdruck, glykiertes Hämoglobin (HbA1c) und Nüchternglukose.[31][32][33]

Die Omega-6-Fettsäuren (z. B. Linolsäure, Gamma-Linolensäure) und die Omega-3-Fettsäuren gehören zu den essentiellen Fettsäuren, da sie nicht vom menschlichen Organismus selbst hergestellt werden können. In Pflanzenölen kommt Linolsäure (Sonnenblumenöl, Sojaöl, Maiskeimöl) in recht hohen Konzentrationen (50–70 % bezogen auf den Gesamtfettsäureanteil) vor. Durch Dehydrierung und Kettenverlängerung kann der menschliche Organismus Linolsäure über mehrere Zwischenstufen bis zur Arachidonsäure umwandeln. Arachidonsäure kann im Körper weiter zu den Prostaglandinen umgewandelt werden. Lein- und Hanföl sind reich an Linolensäure, die Arachidonsäure wird nur in tierischen Produkten wie Leber, Eiern und Schmalz vorgefunden. Die essentiellen Fettsäuren sind am Aufbau von Zellmembranen beteiligt und sie senken den Blutfett- und Cholesterinspiegel.

Omega-6-Fettsäuren werden meist über die Arachidonsäure – aber nicht immer oder ausschließlich – zu entzündungsfördernden Prostaglandinen verstoffwechselt, Omega-3-Fettsäuren zu entzündungshemmenden.

Von der DGE wird empfohlen, etwa 30 % des Energiebedarfs mit Fett zu decken. 10 % sollte mit gesättigten Fettsäuren gedeckt werden, 10 bis 13 % mit einfach ungesättigten und der Rest mit mehrfach ungesättigten. Die amerikanische Herzgesellschaft (ADA), die europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) sowie die amerikanische "Academy of Nutrition and Dietetics" empfehlen, weniger als 35 % des Energiebedarfs aus Fett zu beziehen, wobei die ADA eine Energiezufuhr von weniger als 20 % an einfach ungesättigten Fettsäuren empfiehlt.[34][35][36] Um das Herz-Kreislauf-Risiko gering zu halten, sollte das Verhältnis von Omega-6- zu Omega-3-Fettsäuren maximal 5:1 betragen. Eine internationale Expertenkommission unter Leitung von Professor Dr. Berthold Koletzko (Vorsitzender der Stiftung Kindergesundheit) hat Richtlinien für die Ernährung von Müttern und Babys entwickelt und veröffentlicht.[37] Darin wird beschrieben, dass der heranwachsende Fetus vermehrt langkettige, mehrfach ungesättigte Fettsäuren, so genannte LC-PUFA (Longchain polyunsaturated fatty acid), benötigt. Insbesondere sind dies die Arachidonsäure (Omega-6-Fettsäure, AA) und die Docosahexaensäure (Omega-3-Fettsäure, DHA). Die genannten Fettsäuren sind in fetten Seefischen (z. B. Hering, Makrele und Lachs) enthalten.

Substituierte Fettsäuren mit Keto- und Hydroxygruppen sind in verdorbenen Ölen vorhanden. Sie sind teilweise für den menschlichen Organismus giftig. Eine weitere wichtige substituierte Fettsäure, die Ricinolsäure, ist im Ricinusöl zu etwa 80 % enthalten. Ricinusöl wird nicht im Darm aufgenommen und wirkt daher abführend.

Analytik von Fettsäuren[Bearbeiten]

Die moderne qualitative und quantitative Analytik der Fettsäuren in der Lebensmittelchemie und in der physiologischen Forschung bedient sich in der Regel der chromatographischen Verfahren. Zum Einsatz kommen die Kapillar-Gaschromatographie (nach Umesterung zum Methylester), die HPLC und die Kopplung dieser Verfahren mit der Massenspektrometrie. Meist werden die Fettsäuren in Form geeigneter Derivate, wie z. B. der Fettsäuremethylester oder ihrer TMS-Derivate, chromatographisch getrennt. In besonderen Fällen wird auch noch heute die klassische Säulen- und Dünnschichtchromatografie eingesetzt; so erfolgt die Trennung von Isomeren über Silbernitrat-Dünnschichtchromatographie.[38]

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1.  Eintrag: fatty acids. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.F02330 (Version: 2.3.1).
  2. T. Rezanka, K. Sigler: Odd-numbered very-long-chain fatty acids from the microbial, animal and plant kingdoms. In: Progress in lipid research. Band 48, Nummer 3–4, 2009 May-Jul, S. 206–238, doi:10.1016/j.plipres.2009.03.003. PMID 19336244.
  3. Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock Mikrobiologie. Deutsche Übersetzung herausgegeben von Werner Goebel, 1. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg/Berlin 2000, ISBN 3-8274-0566-1, S. 500–501.
  4. P. Pohl und H. Wagner: Fettsäuren im Pflanzen- und Tierreich (eine Übersicht), Fette, Seifen, Anstrichmittel 74 (1972) 424–435 und 542–550.
  5. Gebauer, Psota, Kris-Etherton, Lipids, Bd. 42, S. 787–799, 2007.
  6. Toshi Kaneda: Iso- and anteiso-fatty acids in bacteria: biosynthesis, function, and taxonomic significance. In: Microbiological reviews. Band 55, Nummer 2, Juni 1991, S. 288–302, PMID 1886522. PMC 372815 (freier Volltext). (Review).
  7.  Hans-Dieter Belitz, Walter Grosch: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. 4 Auflage. Springer Verlag, Heidelberg/Berlin 1992, ISBN 3-540-55449-1, S. 465–466.
  8. William W. Christie: Fatty Acids: Branched-chain – Structure, Occurence and Biosynthesis. In: Webseite AOCS Lipid Library. 26. Juni 2012, abgerufen am 8. März 2014.
  9. a b David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Physical Constants of Organic Compounds, S. 3-4 – 3-523.
  10. Die Datenbank Seed Oil Fatty Acids (SOFA).
  11. William W. Christie: Fatty Acids: Hydroxy and other oxygenated – Structures, Occurence and Biochemistry. In: Webseite AOCS Lipid Library. 29. Oktober 2013, abgerufen am 8. März 2014.
  12. D. W. Grogan, J. E. Cronan: Cyclopropane ring formation in membrane lipids of bacteria. In: Microbiology and molecular biology reviews : MMBR. Band 61, Nummer 4, Dezember 1997, S. 429–441, PMID 9409147. PMC 232619 (freier Volltext). (Review).
  13. H. Matsubara, K. Goto u. a.: Alicyclobacillus acidiphilus sp. nov., a novel thermo-acidophilic, omega-alicyclic fatty acid-containing bacterium isolated from acidic beverages. In: International journal of systematic and evolutionary microbiology. Band 52, Nr. 5, September 2002, S. 1681–1685, PMID 12361274.
  14. L. Zelles: Identification of single cultured micro-organisms based on their whole-community fatty acid profiles, using an extended extraction procedure. In: Chemosphere. Band 39, Nummer 4, August 1999, S. 665–682, PMID 10422254.
  15. A. Frostegård, A. Tunlid, E. Bååth: Phospholipid Fatty Acid composition, biomass, and activity of microbial communities from two soil types experimentally exposed to different heavy metals. In: Applied and environmental microbiology. Band 59, Nummer 11, November 1993, S. 3605–3617, PMID 16349080. PMC 182506 (freier Volltext).
  16. A. Pandey, P. Trivedi, B. Kumar, L. M. Palni: Characterization of a phosphate solubilizing and antagonistic strain of Pseudomonas putida (B0) isolated from a sub-alpine location in the Indian Central Himalaya. In: Current microbiology. Band 53, Nummer 2, August 2006, S. 102–107, doi:10.1007/s00284-006-4590-5. PMID 16832725.
  17. A. Kaur et al.: Phospholipid fatty acid - A bioindicator of environmental monitoring and assessment in soil ecosystem. In: Current Science (2005). Band 89, Ausgabe 7, S. 1103–1112.
  18. L. Zelles: Fatty acid patterns of phospholipids and lipopolysaccharides in the characterisation of microbial communities in soil: a review. In: Biol Fertil Soils (1999). Band 29, Ausgabe 2, S. 111–129.
  19. Q. Bai, A. Gattinger, L. Zelles: Characterization of Microbial Consortia in Paddy Rice Soil by Phospholipid Analysis. In: Microbial ecology. Band 39, Nummer 4, Mai 2000, S. 273–281, PMID 10882432.
  20. J. Lombard, P. López-García, D. Moreira: Phylogenomic investigation of phospholipid synthesis in archaea. In: Archaea (Vancouver, B.C.). Band 2012, 2012, S. 630910, doi:10.1155/2012/630910. PMID 23304072. PMC 3533463 (freier Volltext).
  21. I. M. van Aarle, P. A. Olsson: Fungal lipid accumulation and development of mycelial structures by two arbuscular mycorrhizal fungi. In: Applied and environmental microbiology. Band 69, Nummer 11, November 2003, S. 6762–6767, PMID 14602638. PMC 262256 (freier Volltext).
  22. „Mehrfach ungesättigte Fettsäuren senken das Risiko für koronare Herzkrankheiten“ (PDF-Datei; 240 kB).
  23.  H. Daniel, H. Hecht: Ernährung und Arteriosklerose. In: Deutsche Apotheker Zeitung. 1990, S. 1307-18.
  24. a b  Claus Leitzmann, Andreas Hahn: Vegetarische Ernährung. 1 Auflage. Ulmer, Stuttgart 1996, ISBN 3-8252-1868-6, S. 88,89.
  25. Uauy, Aro et al., European Journal of Clinical Nutrition, Bd. 63, S. 68–75, 2009.
  26. Micha, Mozaffarian, Nature Reviews Endocrinology, Bd. 5, S. 335–344, 2009.
  27. Mozaffarian et. al., European Journal of Clinical Nutrition, Bd. 63, S. 5–21, 2009.
  28. C. Murray Skeaff Jody Miller: Dietary Fat and Coronary Heart Disease: Summary of Evidence from Prospective Cohort and Randomised Controlled Trials. Ann. Nutr. Metab. 2009;55:173–201.
  29. Marcel Kollmar (2012): Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. Welche Fette braucht der Körper?
  30. The Joint FAO/WHO Expert Consultation on Fats and Fatty Acids in Human Nutrition November 10–14, 2008, Geneva Switzerland (2010): Interim summary of conclusions and dietary recommendations on total fat and fatty acids. (PDF; 1,9 MB)
  31. Schwingshackl L, Strasser B, Hoffmann G. Effects of monounsaturated fatty on glycemic control in patients with abnormal glucose metabolism: a systematic review and meta-analysis. Ann Nutr Metab 2011;58:290–296 doi:10.1159/000331214.
  32. Schwingshackl L, Strasser B, Hoffmann G. Effects of Monounsaturated Fatty Acids on Cardiovascular Risk Factors: A Systematic Review and Meta-Analysis. Ann Nutr Metab 2011;59:176–186 doi:10.1159/000334071.
  33. Schwingshackl L, Strasser B.: High-MUFA Diets Reduce Fasting Glucose in Patients with Type 2 Diabetes. Ann Nutr Metab 2012;60:33–34 doi:10.1159/000335162.
  34. EFSA: Scientific Opinion on Dietary Reference Values for fats, including saturated fatty acids, polyunsaturated fatty acids, monounsaturated fatty acids, trans fatty acids, and cholesterol. In: EFSA Journal 2010; 8(3):1461.
  35. American Dietetic Association, Dietitians of Canada: Position of the American Dietetic Association and Dietitians of Canada: dietary fatty acids. In: J Am Diet Assoc. 2007 Sep;107(9):1599–1611. PMID 17936958.
  36. American Heart Association Nutrition Committee: Diet and lifestyle recommendations revision 2006: a scientific statement from the American Heart Association Nutrition Committee. In: Circulation. 2006 Jul 4;114(1):82–96. PMID 16785338.
  37. J. Perinat. Med. 36(2008) 5–14.
  38. B. Breuer, T. Stuhlfauth et H. P. Fock, Separation of fatty acids or methyl esters including positional and geometric isomers by alumina argentation thin-layer chromatography, J. of Chromatogr. Science, 25 (1987), S. 302–306 doi:10.1093/chromsci/25.7.302.

Literatur[Bearbeiten]

  • Wolf-H. Kunau: Chemie und Biochemie ungesättigter Fettsäuren, Angewandte Chemie, 1976, 88, S. 97–111 (doi:10.1002/ange.19760880402).
  • J. Ernst, W. S. Sheldrick und J.-H. Fuhrhop: Die Strukturen der essentiellen ungesättigten Fettsäuren. Kristallstruktur der Linolsäure sowie Nachweis für die Kristallstrukturen der Linolensäure und der Arachidonsäure, Z. Naturf., 1979, 34b, S. 706–711.
  • P. Nuhn, M. Gutheil, B. Dobner: Vorkommen, Biosynthese und Bedeutung verzweigter Fettsäuren, Fette-Seifen-Anstrichmittel, 1985, 87, S. 135.
  • F. D. Gunstone, J. L. Harwood, F. B. Padley: The Lipid Handbook; Chapman and Hall, London - New York (1986), ISBN 0-412-24480-2.

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Fettsäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Wikibooks: Biosynthese gesättigter Fettsäuren – Lern- und Lehrmaterialien
 Wikibooks: Abbau gesättigter Fettsäuren – Lern- und Lehrmaterialien
 Commons: Fettsäuren – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien