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Die Geheimnisse der Leber und des Fettgewebes: Wie wandeln sie Kohlenhydrate in Fett um?
Die Fettsynthese ist ein lebenswichtiger Prozess in unserem Körper, der die Umwandlung von Kohlenhydraten durch die Leber und das Fettgewebe beinhaltet. Dies wirkt sich nicht nur auf unser Gewicht, sondern auch auf unsere Gesundheit aus. Dieser Artikel befasst sich näher mit diesem mysteriösen Prozess und wie er in Zellen abläuft.
Unter der Fettsäuresynthese versteht man den Prozess der Herstellung von Fettsäuren aus Acetyl-CoA und NADPH. Dieser Prozess wird durch Enzyme namens Fettsäuresynthetasen erleichtert und findet hauptsächlich im Zytoplasma der Zellen statt.
Unter normalen Umständen stammen 85 bis 90 % der synthetischen Fettsäuren aus den mit der Nahrung aufgenommenen Kohlenhydraten. Diese Kohlenhydrate werden über den Glykolyseweg in Pyruvat und dann weiter in Acetyl-CoA umgewandelt, was den Weg für die Fettsynthese ebnet. Natürlich spielt die Leber in diesem Prozess eine zentrale Rolle, aber auch das Fettgewebe hat einen wichtigen Stellenwert.
Wenn wir eine kohlenhydratreiche Mahlzeit zu uns nehmen, schüttet unser Körper Insulin aus, das dabei hilft, den überschüssigen Zucker in gespeichertes Fett umzuwandeln. Unter anderem wird Acetyl-CoA über mehrere Schritte ins Zytoplasma transportiert, wo Fettsäuren synthetisiert werden.
Im Prozess der Fettsäuresynthese wird Acetyl-CoA zunächst zu Malonyl-CoA carboxyliert, was einer der kritischsten Schritte der Fettsäuresynthese ist.
Um zu verstehen, wie die Leber Kohlenhydrate problemlos in Fett umwandeln kann, müssen wir zunächst verstehen, wie Acetat und Fettsäuresynthasen funktionieren. Acetyl-CoA muss zunächst den Zitronensäurezyklus durchlaufen und sich mit Oxalacetat zu Citrat verbinden, das dann beim Eintritt ins Zytoplasma in Acetyl-CoA und Oxalacetat gespalten wird. Oxalacetat kann außerdem an der Glykogenolyse teilnehmen oder in die Mitochondrien zurückkehren.
Die Reaktion der Fettsäuresynthese wird durch Fettsäuresynthase katalysiert, ein großes dimeres Protein mit mehreren enzymatischen Aktivitäten.
Während des Syntheseprozesses müssen viele Faktoren reguliert werden, einschließlich der Erzeugung von NADPH. NADPH ist ein Reduktionsmittel für die Fettsäuresynthese und kann aus der oxidativen Pyruvat-Decarboxylase oder dem Pentosephosphatweg gewonnen werden. Diese umfassenden biochemischen Prozesse regulieren gemeinsam den gesamten Prozess der Fettsynthese.
Wie Tiere diesen Übergang bewältigen
Im Gegensatz zu Pflanzen können Tiere Kohlenhydrate nicht neu aus Fettsäuren synthetisieren. Die wichtigste Energiespeicherform bei Tieren ist Fett, während ihre Glykogenreserven relativ klein sind. Dies bedeutet, dass die Leber des Tieres im nüchternen Zustand auf andere Quellen, wie beispielsweise glykogenolytische Diaminosäuren, zurückgreifen muss, um den Blutzuckerspiegel aufrechtzuerhalten.
Wenn Tiere Fett zu sich nehmen, wandeln sie es in Acetyl-CoA um, das in den Energiestoffwechselzyklus gelangt.
Eine Rückverwandlung der Fettsäuren in Glukose ist bei diesem Vorgang nicht möglich, da es sich hierbei um eine irreversible Reaktion handelt. Daher spielt Fett im Prozess der Energieumwandlung und -speicherung eine wichtige Rolle.
Regulierungsmechanismus
Außerdem unterliegt der Syntheseprozess einer komplexen Regulation, insbesondere der Aktivität der Acetyl-CoA-Carboxylase. Wenn die Konzentration von Palmöl-CoA in Zellen hoch ist, wird seine Aktivität gehemmt, während Zitronensäure seine Aktivität aktivieren kann. Dieser Prozess hilft, eine übermäßige Ansammlung von Fettsäuren in den Zellen zu verhindern.
Wenn der Insulinspiegel hoch ist, fördert er die Fettsynthese, was nach dem Essen sehr deutlich wird. Beim Sport oder Fasten hemmt er jedoch die Fettsynthese über andere Wege.
Adrenalin und Glucagon fördern in diesem Zusammenhang beispielsweise die Fettoxidation, was auf eine gegenseitige Hemmung von Synthese und Abbau hinweist. Dies ermöglicht uns auch, flexibler im Umgang mit Fett in verschiedenen Situationen zu sein.
Zukünftige Diskussionen
Mit der Vertiefung der Forschung zum Mechanismus der Fettsäuresynthese haben Wissenschaftler nach und nach erkannt, dass insbesondere bei der Produktion ungesättigter Fettsäuren mehr Variablen eine Rolle spielen und dass auch verschiedene Stoffwechselwege und Genregulationswege erforscht werden. Einige Bakterien sind in der Lage, ungesättigte Fettsäuren sowohl anaerob als auch aerob zu synthetisieren, was uns ein breiteres Spektrum an Inspirationen für die Biosynthese bietet.
Die Komplexität dieses Prozesses bringt uns jedoch auch dazu, uns zu fragen: Wie können wir unsere Ernährung und Gesundheit besser steuern, um den Kohlenhydratumwandlungsprozess des Körpers effizienter zu gestalten?
