Die Hauptmenge der Lipide liegt in Form der Neutralfette im Körper vor. Bei ihnen handelt es sich um Äster der gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren mit Glycerin. Glycerin ist daher eine biochemisch wesentliche Substanz, mit der wir uns zuerst beschäftigen müssen.

Glycerin ist ein dreivertiger Alkohol mit zwei primären Alkoholgruppen durch rote Pfeile gezeigt

und einer sekundären, gelb, gezeigt. Glycerin entsteht im Stoffwechsel unter anderem aus Glycerinaldehyd, einer Substanz, die beim Zuckerabbau der sogenannten Glykolyse anfällt.

Die Synthese der Neutralfette erfolgt nicht mit Glycerin direkt, sondern vielmehr mit Hilfe des Glycerinphosphats. Diese Substanz kann aus Glycerin in Gegenwart von ATP gebildet werden. Wir zeigen hier das Modell des ATP mit dem Adeninanteil, der beta-glycosidisch am C-Atom I einer Ribose in der Furanoseform verknüpft ist.

Diese Pentose ist am C-Atom V mit drei Phosphosäureeinheiten verknüpft.

Glycerin reagiert mit ATP in Gegenwart eines Enzyms, das die Übertragung von Phosphosäuregruppen katalysiert, eine Kinase. Nach Übertragung der Phosphosäure hinter bleibt ADP. Glycerinphosphat steht zur Fettsynthese zur Verfügung.

Im Fettgewebe läuft ein etwas anderer Stoffwechselweg ab.

Dort wird D-hydroxyacetonphosphat, das auch aus der Glykolyse stammt, ausgenutzt. Wir zeigen hier die Keto-Gruppe des D-hydroxyacetonphosphats, das im Fettgewebe direkt zu Glycerinphosphat hydriert, also reduziert wird.

Fassen wir zusammen. In den meisten Geweben reagiert Glycerin direkt mit ATP unter Ausbildung von Glycerinphosphat. Im Fettgewebe herrscht eine Sondersituation. Dort wird D-hydroxyacetonphosphat zu Glycerinphosphat hydriert.

Glycerinphosphat kann nun weiter reagieren. Einmal können unter Entfernung der Phosphosäure und Reaktion mit Fettsäuren Neutralfette gebildet werden.

Die zweite Reaktionsmöglichkeit besteht darin, dass die Phosphosäuregruppierung am Glycerinphosphat belassen wird und dass eine zweite alkoholische Komponente mit der Phosphosäure reagiert.

Auf diese Weise entstehen Phospholipide. Auf das sehr reaktionsfähige Glycerinphosphat werden zur Synthese der Neutralfette zuerst zwei langkettige Fettsäurereste übertragen.

Das geschieht unter Mitwirkung von Coenzym A, das diese zu übertragenen Azylreste in aktivierter Form enthält.

Nachdem zwei derartige langkettige Reste an das Glycerinphosphat esterartig angeknüpft worden sind, entsteht eine sogenannte Phosphatidsäure. In ihr sind zwei Fettsäurereste und eine Phosphorsäure esterartig gebunden.

Schließlich entsteht durch Ersatz der Phosphorsäure durch einen dritten Fettsäurerest das Neutralfett.

Das fertige Neutralfettmolekül enthält drei langkettige Fettsäurereste. Je nach Ernährungsbedingungen, Klima und manchen anderen Faktoren ist der Gehalt an gesättigten und ungesättigten Fettsäuren unterschiedlich hoch.

Fette mit hohem Anteil an gesättigten Fettsäuren haben hohe Schmelzpunkte. Ungesättigte Fettsäuren erniedrigen den Schmelzpunkt der Neutralfette. Wir wollen uns dazu die Zusammensetzung eines Leberfetts noch ansehen.

Etwa ein Drittel der Fettsäuren der Neutralfette sind gesättigt. Die Mehrheit der Fettsäuren wird von den ungesättigten Fettsäuren, insbesondere der Ölsäure, gestellt. Betrachten wir auch noch eine andere Übersicht, die für das Depotfett der Ratte die Typen der Fette zeigt.

Der relativ geringe Anteil der Triglyceride aus gesättigten Fettsäuren fällt auf. Wir haben die gesättigten Fettsäuren mit G gekennzeichnet. Den größten Anteil haben Triglyceride mit drei ungesättigten Fettsäuren, die wir in unserer Symbolik mit U bezeichnet haben.

Gemischt zusammengesetzte Triglyceride spielen eine gewisse Rolle. Triglyceride aus zwei gesättigten und einer ungesättigten Fettsäure sind häufiger als ganz gesättigte, aber doch nicht so häufig wie Triglyceride aus zwei ungesättigten Fettsäuren und einer gesättigten.

Natürlich sind alle diese Angaben für verschiedene Organe, Ernährungsformen und Lebewesen anders. Das Grundmuster der Zusammensetzung, das wir hier vorstellten, mit dem verhältnismäßig großen Anteil ungesättigter Fettsäuren, gilt jedoch bei vielen Säugetieren.

Es gibt für Esterlipide mehrere Konformationen. Wichtig ist die sogenannte Endo-Konformation. Bei ihr liegt die mittlere Kette zwischen den beiden anderen. Viele hydrophobe Wechselwirkungen können entstehen. Bei der anderen Extremform, der Exo-Konformation,

ist die mittlere Kette nicht von den beiden anderen Ketten umgeben. Je nach den Bedingungen ist die eine oder die andere Konformation stabiler.

Fette können wieder gespalten werden. Im Magen-Darm-Trakt, aber auch in anderen Geweben, finden sich fettspaltende Enzyme, sogenannte Lipasen. Bei der stufenweise erfolgenden Spaltung entstehen zuerst Fettsäuren und Monoglyceride,

die die Fettsäurekette noch am Beta-C-Atom tragen. Später können auch diese Beta-Monoglyceride noch hydrolytisch gespalten werden. Alle Spaltprodukte werden wieder in den Stoffwechsel eingeschleust, hauptsächlich den der Leber.

Es gibt einige biochemisch interessante Lipide, in denen außer zwei Fettsäureresten noch eine Phosphorsäuregruppierung ästeartig gebunden ist.

Diese Substanzen findet man fast ausschließlich in Zellmembranen und nicht im Depotfett. Sie haben damit ganz andere Funktionen als die Neutralfette. Bitte vergleichen Sie das von Ihnen gebaute Modell der Phosphatidsäure mit dem hier gezeigten.

Es ist in der Form aufgestellt, die die Fischerprojektion fördert. C-Atom 2 des Glycerinanteils ist Asymmetriezentrum. Man spricht von der L-Form der Phosphatidsäure, wenn die sekundäre alkoholische OH-Gruppe

nach links weist bzw. der Ästeanteil in diese Richtung zeigt. Wird an die Phosphatidsäure ein Alkohol gebunden, dann entsteht ein Phosphorsäureester. Hier wird die Reaktion mit Ethanolamin als Alkohol gezeigt.

Die entstandene Substanz nennt man Cephalin oder Ethanolamin Phosphoglycerin.

Wird Cephalin methyliert oder wird von vornherein Cholin als alkoholische Komponente mit Phosphatidsäure umgesetzt,

dann entsteht ein Vertreter aus der Gruppe der Lezitine. Lezitine haben Zwitterionenstruktur.

Als alkoholische Komponente ist schließlich ein Zuckerabkömmling, der Polyalkohol Inosit erwähnenswert. Inosit wird als Wuchsstoff benötigt. Inosit hat Leberschutzfunktion.

Das Inositphosphatid zeigt unser Bild.

Alle drei Moleküle haben amphivielen Charakter. Man sieht in ihnen unpolare Abschnitte in Form der langen Schwänze der Fettsäuren und polare Abschnitte bei der Alkoholkomponente unter Phosphorästergruppierung. Dort ist auch noch eine anionische Ladung frei.

Diese Stoffe wirken daher als Bioemulgatoren. Sie haben außerdem Funktion als Membranbestandteile. Recht komplizierte Lipide sind die Sphingolipide.

Da sie bei bestimmten Erkrankungen abnorm gespeichert werden können, wollen wir uns hier wenigstens mit dem Prinzip ihres Baus auseinandersetzen. Charakteristischer Bestandteil ist das Sphingosin.

Sphingosin ist ein zweivertiger Alkohol mit 18 C-Atomen. Wir zeigen das Modell ohne Wasserstoffatome, die an Kohlenstoffatome gebunden sind.

Das Molekül hat zwei reaktionsbereite Stellen.

Einmal kann an die Amingruppe ein längerer Fettsäurerest amitartig gebunden werden.

Wir zeigen die Reaktion mit der sogenannten Nervonsäure. Das in diesem Fall entstehende Gebilde nennt man Ceramide.

Außerdem kann an die alkoholische Gruppe am C-Atom 1 des Sphingosins eine weitere Komponente gebunden werden. Hier kommt zum Beispiel das Phosphorsäureverester durch Holin infrage. Unter Ausbildung eines Esters entsteht ein Vertreter aus der Gruppe der Sphingomyeline.

Sie kommen im Nervengewebe vor.

Wird an die Alkoholgruppe am C-Atom 1 des Sphingosins bzw. Ceramids ein Zuckerrest glycosidisch gebunden, dann erhält man Sphingoglycolipide. Auch hier gibt es eine Vielzahl von Stoffen.

Wir zeigen hier das Beispiel der Reaktion mit Glucose. Es entsteht mit Monosachariden ein sogenanntes Cerebrosid.

Werden mehrere Zuckereinheiten gebunden, dann erhält man sogenannte Ganglioside. Diese Glycoside werden im Gewebe wieder abgebaut. Fehlt eines der Enzyme, das die glycosidischen Bindungen hier spezifisch spaltet,

dann kommt es zu einer Anreicherung der Sphingoglycolipide, die zu Schwachsinn und zum Tode führt. Fassen wir das Ganze noch einmal stärker abstrahiert zusammen.

Sphingosin, ein langkettiger Aminoalkohol, reagiert mit langkettigen Fettsäuren an der Aminogruppe und der Amidbildung. Es entsteht ein Ceramid.

An der OH-Gruppe am Ceatum I können mit Phosphorcholin, Ester entstehen, die man Zingomyoline nennt. Es können auch Monosacharide reagieren, dabei entstehen Cerebroside.

Reagieren komplizierter gebaute Oligosacharide, dann bilden sich Ganglioside. Wir wollen jetzt eine zweite, biochemisch sehr bedeutende Gruppe von Lipiden vorstellen.

Wie Sie sich erinnern werden, konnte man die Lipide in zwei große Gruppen einteilen, nämlich Esterlipide und Steroide. Wir wollen nach Besprechung der Esterlipide uns nun der Gruppe der Steroide zuwenden.

Der Grundkörper aller Steroide ist das Steran. Steran ist aus drei Zyklohexanringen und einem Zyklopentanring aufgebaut.

Wir wollen hier das Modell des Sterans gemeinsam erstellen. Zuerst muss ein Zyklohexanring in der Sesselkonformation gebaut werden.

An zwei benachbarte C-Atome werden in Transstellung zwei schwarze Abstandshalter angesteckt. Transstellung bedeutet hier, wie immer bei solchen Ringsystemen, dass die Abstandshalter auf verschiedene Seiten der Ringebene zeigen müssen.

Wir zeigen hier in verschiedener Ansicht das Zyklohexan mit der eingetragenen Ringebene und den Abstandshaltern in Transstellung.

Auch der zweite Zyklohexanring ist in der Sesselkonformation anzubringen.

In der Nomenklatur werden diese beiden Ringe später als A-Ring und B-Ring bezeichnet werden. Die C-Atome, an denen die Ringe verknüpft sind, tragen die Nummer 5 und 10.

Zum Weiterbau muss man an den C-Atomen 8 und 9 den Ring C wieder in Transstellung anknüpfen.

Ring C muss wiederum in die Sesselkonformation überführt werden. Schließlich wird an die C-Atome 13 und 14 der 5-Ring angesteckt.

Das fertige Gebilde muss von der Seite her gesehen einen flachen Bau ergeben und die Sesselkonformation in den Ringen A bis C aufweisen.

Das Kalottenmodell zeigt, dass die Ringe Materie erfüllt sind. Wichtiger als Steran ist ein Naha-Verwandter das Androstan.

Es trägt an den C-Atomen 10 und 13 noch zusätzlich jeweils eine Methylgruppe. Bei richtigem Bau müssen beide Methylgruppen auf die gleiche Seite des Moleküls weisen, die man traditionell als Oberseite bezeichnet.

Alle Bindungen im Molekül, die auf diese Seite schauen, werden in der Projektionsformel durch einen dick ausgezeichneten Strich gekennzeichnet.

In diesem Modell haben wir alle Bindungen durch gelbe Röhrchen markiert, die in Cis-Stellung zur Bindung C10, C19 bzw. C13, C18 stehen.

In der Projektionsformel müssen die hier gelb markierten Bindungen dick ausgezogen geschrieben werden. Die Bindung, die von C5 ausgeht, weist genau in die entgegengesetzte Richtung

wie die vorher dick ausgezogenen gelb markierten. Man zeigt die Richtung, die von C5 ausgeht, durch einen gebrochenen Strich an.

Man nennt jetzt alle Substituenten, die in Trans-Stellung zur Bindung C10, C19 stehen, alpha-ständig. Solche alpha-ständigen Substituenten werden mit unterbrochenem Strich in der Projektionsformel an das Grundskelett angebunden.

Wir haben hier alle alpha-ständigen Substituenten durch grüne Stäbchen markiert. Sie sehen auf die Unterseite des Moleküls.

Die gelb markierten Richtungen sehen auf die Oberseite des Moleküls. Diese in Bezug auf die Bindung C10, C19, Cis-ständigen Substituenten

bezeichnet man als beta-ständig. Vor Veränderung der Ringverknüpfung zwischen Ring A und B wollen wir noch einmal zeigen, dass die von C5 ausgehende Bindung jetzt nach Trans konfiguriert ist zur Bindung C10, C19.

Natürlich ist auch die Bindung C10, C1 und C5, C6 transverknüpft in diesem Molekül.

Wir lösen jetzt die Bindung C4, C5 und stecken auf das andere Ende des Drahtkreuzchens bei C5 um. Ring A und B sind damit Cis-verknüpft worden. Man sieht das auch daran, dass der Substituent an C5 jetzt in Cis-Stellung zur Bindung C10, C19 steht.

Nach Überführung von Ring A in die Sesselkonformation erhalten wir ein stark abgeknickt gebautes Molekül. In ihm sind die Substituenten stärker angenähert als in der Trans-Stellung.

Die Trans-Stellung mit dem flachen Molekülbau ist daher häufig die stabilere, in der Natur öfter vorkommende Form des Steroid-Ring-Systems. Eine Cis-Verknüpfung zwischen Ring C und D findet man gelegentlich auch, wodurch natürlich auch wieder ein abgeknickter Molekülbau resultiert.

Solche Cis-verknüpfte Steroide findet man zum Beispiel in Grötengiften oder in den Inhaltsstoffen des Fingerhuts einer Pflanze, deren Steroide als Herz wirksame Substanzen in der Heilkunde verwendet werden.