Lipidanabolismus, Aminosäuren und Mendelsche Regeln

Lipidanabolismus und Fettsäuresynthese

Der Lipidanabolismus umfasst drei wesentliche Prozesse: die Synthese von Fettsäuren, Glycerin und die Synthese von Triacylglyceriden.

Der Prozess der Fettsäuresynthese

Die Fettsäuresynthese findet im Cytosol aus Acetyl-CoA statt, welches aus dem Katabolismus von Kohlenhydraten, der β-Oxidation und dem Abbau von Aminosäuren stammt. Acetyl-CoA dient als Initiator, der durch die Aktivierung mit CO₂ zu Malonyl-CoA (einem 3-C-Körper) umgewandelt wird. Bei der Verbindung von Malonyl-CoA und Acetyl-CoA wird CO₂ freigesetzt, wodurch eine 4-C-Kette entsteht. Anschließend erfolgen zwei Hydrierungen unter Verbrauch von NADPH. Dieser Prozess wird durch den Multienzymkomplex der Fettsäure-Synthase (FAS/SAG) katalysiert.

Durch die wiederholte Anlagerung von Malonyl-CoA-Molekülen werden jeweils 2 Kohlenstoffatome hinzugefügt, bis eine Kette mit einer geraden Anzahl an C-Atomen entsteht. Die Biosynthese unterscheidet sich von der β-Oxidation dadurch, dass sie im Cytosol stattfindet, die Kette an den SAG-Komplex gebunden bleibt (statt an CoA) und NADPH als Wasserstoffüberträger dient (statt NADH oder FADH₂).

Synthese von Glycerin und Triglyceriden

Glycerinsynthese: Um Fettsäuren binden zu können, muss Glycerin als Glycerin-3-phosphat vorliegen. Dieses wird aus Dihydroxyaceton-3-phosphat (einem Zwischenprodukt der Glykolyse) oder durch die Hydrolyse von Fetten gewonnen.

Triglyceridsynthese: Hierfür werden Glycerin-3-phosphat und Fettsäure-Acyl-CoA benötigt. Die Bindung erfolgt über Esterbindungen: Zuerst entstehen Monoacylglycerine, dann Diacylglycerine und schließlich Triacylglyceride im endoplasmatischen Retikulum. Dieser Prozess findet in fast allen Zellen statt, besonders in der Leber und im Fettgewebe, wo die Lipide als Speicher dienen.

Anabolismus von Aminosäuren

Es gibt 10 essentielle Aminosäuren, die der menschliche Körper nicht selbst synthetisieren kann, und nicht-essentielle Aminosäuren, die wir herstellen können. Während Mikroorganismen alle Aminosäuren synthetisieren können, haben andere Lebewesen im Laufe der Evolution diese Fähigkeit teilweise verloren. Die Synthese erfolgt aus organischen Säuren (3 bis 5 C-Atome), denen eine Aminogruppe hinzugefügt wird. Dies geschieht durch Transaminierung (Übertragung von einer anderen Aminosäure) oder durch Aufnahme von Ammonium-Ionen nach einer Desaminierung.

Einige Bakterien und Cyanobakterien können zudem Stickstoff (N₂) als Quelle nutzen. Ein zentrales Molekül ist die α-Ketoglutarsäure aus dem Krebs-Zyklus, die mit NH₄⁺ zu Glutaminsäure reagiert und als wichtiger Aminogruppenspender für die Biosynthese anderer Aminosäuren fungiert.

Genetik und die Mendelschen Regeln

Gregor Mendel untersuchte erbliche Merkmale. Er unterschied zwischen dem Phänotyp (äußeres Erscheinungsbild, abhängig von Genotyp und Umwelt) und dem Genotyp (Gesamtheit der Erbanlagen). Gene sind DNA-Abschnitte mit biologischen Informationen; bei Viren können sie auch aus RNA bestehen. Allele sind verschiedene Varianten eines Gens.

Die drei Mendelschen Gesetze

• 1. Mendelsches Gesetz (Uniformitätsregel): Kreuzt man zwei reinerbige Individuen (P-Generation), die sich in einem Merkmal unterscheiden (z. B. glatte vs. runzlige Samen), sind die Nachkommen der F₁-Generation uniform (alle glatt).
• 2. Mendelsches Gesetz (Spaltungsregel): Kreuzt man die Individuen der F₁-Generation untereinander, treten in der F₂-Generation die Merkmale im Verhältnis 3:1 auf. Faktoren liegen doppelt vor (einer von jedem Elternteil), wobei das dominante Merkmal das rezessive unterdrückt.
• 3. Mendelsches Gesetz (Unabhängigkeitsregel): Verschiedene Merkmale (z. B. Form und Farbe) werden unabhängig voneinander vererbt. Bei einer Kreuzung von glatten gelben und grünen runzligen Samen entstehen in der F₂-Generation neue Kombinationen im Verhältnis 9:3:3:1.

Geschlechtsgebundene Vererbung

Gene liegen auf homologen Chromosomenabschnitten. Es gibt jedoch auch differenzielle Segmente auf den Geschlechtschromosomen (X und Y). Männer sind bezüglich des X-Chromosoms hemizygot. Krankheiten wie Hämophilie (Bluterkrankheit), Farbenblindheit und Nachtblindheit werden über das X-Chromosom vererbt, während Merkmale wie die Ichthyose mit dem Y-Chromosom verknüpft sein können.