Fettsäure (Fettsäuren): Wirkung und Abbau

Fettsäuren gehören zu den zentralen Molekülen des Stoffwechsels. Sie bilden nicht nur die strukturelle Grundlage vieler Lipide, sondern sind auch eine der wichtigsten Energiequellen des Körpers. Darüber hinaus übernehmen sie essenzielle Funktionen in Zellmembranen, dienen als Wärmeschutz, beeinflussen den Hormonhaushalt und wirken über ihre Derivate, die Eicosanoide, direkt an Signal- und Entzündungsprozessen mit. Die genaue Unterscheidung zwischen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren sowie zwischen essentiellen und nicht-essentiellen Fettsäuren ist daher von großer Bedeutung, um ihre Wirkung im Organismus zu verstehen. Der folgende Artikel behandelt die Wirkung und Funktion sowie den Abbau der Fettsäuren.

Fettsäure – Definition

Fettsäuren sind Monocarbonsäuren mit unverzweigten Kohlenwasserstoffketten, die im Organismus Grundbausteine der Fette (Lipide) darstellen. Man unterscheidet gesättigte Fettsäuren, die keine Doppelbindungen enthalten, von ungesättigten Fettsäuren, die eine oder mehrere Doppelbindungen besitzen. Bestimmte Fettsäuren sind essenziell, was bedeutet der Körper kann sie nicht selbst synthetisieren.

Fettsäure – Wirkung und Funktion

Als Monocarbonsäuren mit unverzweigter Kohlenstoffkette aus etwa 4 bis 24 Kohlenstoffatomen, haben Fettsäuren mehrere Eigenschaften und Wirkungen. Sie sind ein Hauptenergielieferant, denn ein Gramm Fett liefert etwa neun Kilokalorien (kcal). Fettsäuren liegen in Form von Triglyzeriden im Fettgewebe gespeichert vor. Zudem dienen sie als Bestandteile von Zellmembranen (Phospholipide, Cholesterinester).

Im Organismus dienen sie vor allem als Bestandteile von Lipiden und sind meist mit Alkoholen verestert, beispielsweise mit Glycerin, Sphingosin oder Cholesterol. Teilweise liegen sie auch ungebunden vor und werden dann als freie Fettsäuren bezeichnet. Man unterscheidet nicht-essenzielle von essenziellen Fettsäuren. Nicht-essenzielle Fettsäuren können mittels der Fettsäuresynthase vom Organismus selbst hergestellt werden, während die essenziellen Fettsäuren mit der Nahrung aufgenommen werden müssen. Durch ihre Speicherung im Fettgewebe schützen sie Organe und dienen als Wärmeschutz im Organismus.

Omega-3- und Omega-6-Fettsäuren gehören zu den essentiellen Fettsäuren. Beide sind mehrfach ungesättigt, unterscheiden sich jedoch in ihrer Wirkung. Omega-3-Fettsäuren zum Beispiel α–Linolensäure aus Walnüssen oder Leinsamen (ALA) oder Eicosapentaensäure (EPA) wirken entzündungshemmend, unterstützen Herz-Kreislauf-System, Gehirnfunktion und Sehkraft. Omega-6-Fettsäuren, zum Beispiel Linolsäure in Sonnenblumen- und Maisöl, sind bedeutend für Haut, Wachstum und Immunabwehr. Sie können in zu hohem Verhältnis zu Omega-3 jedoch auch entzündungsfördernd wirken.

Fettsäuren fungieren als Vorstufen von Eicosanoiden wie Prostaglandinen, Thromboxanen und Leukotrienen, die in Entzündungsreaktionen, der Blutgerinnung und im Gefäßtonus wirken. Zudem haben Fettsäuren eine Signalwirkung. Insbesondere die Arachidonsäure, welche eine mehrfach ungesättigte Omega-6-Fettsäure ist, dient als Vorstufe für die Bildung von Eicosanoiden. Hierbei handelt es sich um Gewebshormone, die lokal wirken und eine Vielzahl physiologischer Prozesse steuern. Prostaglandine regulieren Entzündungsreaktionen, steuern Vasodilatation und Vasokonstriktion, beeinflussen die Schleimsekretion im Magen und fördern die Weheninduktion. Thromboxane fördern die Thrombozytenaggregation und Leukotriene vermitteln unter anderem die Leukozytenaktivierung. Über Eicosanoide verbinden Fettsäuren Stoffwechsel und Signalübertragung.

Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren

Es gibt gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. Die wichtigsten Vertreter beider Arten stellt die nachfolgende Tabelle dar. Gesättigte Fettsäuren enthalten keine Doppelbindungen in ihrer Kohlenstoffkette. Somit sind alle Bindungen „gesättigt“ mit Wasserstoff. Sie sind linear und können sich dicht aneinanderlagern, wodurch sie einen hohen Schmelzpunkt haben. Ein Beispiel sind Butter oder Schmalz, die bei Raumtemperatur fest sind. Gesättigte Fettsäuren dienen als Energielieferanten und Bestandteile von Zellmembranen. Im Übermaß können sie den Cholesterinspiegel erhöhen und zur Atherosklerose beitragen. Zudem sind sie stabiler gegenüber Oxidation als ungesättigte Fettsäuren.

Fettsäure – Abbau

Unter Energiefreisetzung werden Fettsäuren, die aus Triglyzeriden freigesetzt werden, in der β-Oxidation zu Acetyl-CoA abgebaut. Über Citratzyklus und Atmungskette wird daraus ATP (Adenosintriphosphat) gewonnen. Ziel des Abbaus ist die Energiegewinnung.

Der Abbau erfolgt in drei Schritten: Zunächst findet die Aktivierung der Fettsäuren zu Acyl-CoA unter Verbrauch von ATP an der äußeren Mitochondrienmembran statt. Diese katalysiert das Enzym Acyl-CoA-Synthetase. Danach erfolgt der Transport des Acyl-CoA mithilfe des Carnitin-Shuttles durch die Mitochondrienmembran. Der letzte Schritt beinhaltet die eigentliche β-Oxidation in der Mitochondrienmatrix, also der oxidative Abbauprozess der Fettsäuren. In jedem Zyklus entstehen Acetyl-CoA, NADH und FADH2. Acetyl-CoA tritt in den Citratzyklus ein, NADH und FADH2 liefern Elektronen für die Atmungskette.

Als Resultat kommt es zu einer hohen ATP-Ausbeute aus langkettigen Fettsäuren. ATP ist der universelle Energieträger für alle Zellen.