Essentielle Fettsäuren und ihre Strukturen
Warum der Mensch Linolsäure und α-Linolensäure mit der Nahrung aufnehmen muss und wie man sie und die γ-Linolensäure an der Skelettformel erkennt.
Das Wichtigste in Kürze
- Eine essentielle Fettsäure braucht der Mensch, kann sie aber nicht bilden. Sie muss deshalb mit der Nahrung zugeführt werden, für den Menschen sind das Linolsäure und α-Linolensäure.
- Menschliche Desaturasen arbeiten nur an Δ9, Δ6 und Δ5. Jenseits von C-9 kann der Mensch keine Doppelbindung einführen, Δ12- und Δ15-Desaturasen haben nur Pflanzen.
- Linolsäure ist 18:2 (cis-Δ9,12) und eine ω-6-Fettsäure. α-Linolensäure ist 18:3 (cis-Δ9,12,15), eine ω-3-Triencarbonsäure mit kurzem Ethyl-Ende.
- Essentielle Fettsäuren haben cis-Doppelbindungen, die durch eine \(\ce{CH2}\)-Gruppe getrennt und damit nicht konjugiert sind. Über die Nahrungskette kommen sie auch in tierischen Fetten vor.
- γ-Linolensäure ist 18:3 (cis-Δ6,9,12), eine ω-6-Fettsäure aus Nachtkerzenöl. Sie ist ein Stellungsisomer der α-Linolensäure und kein trans-Isomer.
Worum es geht
Zwei ungesättigte Fettsäuren kann der Mensch nicht selbst herstellen: Linolsäure und α-Linolensäure. Sie gehören zu den essentiellen Nährstoffen der Ernährungsphysiologie. In der Pharmazie begegnen sie dir in Pflanzenölen wie Lein- oder Nachtkerzenöl und als Ausgangsstoffe der ω-3- und ω-6-Reihe.
Benennung ungesättigter Fettsäuren
Fettsäuren sind unverzweigte Monocarbonsäuren mit meist gerader Zahl an C-Atomen. Ihr Grundgerüst und ihren Einbau in Fette behandelt die Einheit Fettsäuren und Triacylglycerole. Hier geht es um das Handwerkszeug, mit dem du ungesättigte Fettsäuren erkennst.
Kurzschreibweise und Zählweisen
Die Kurzform 18:2 nennt zuerst die Zahl der C-Atome, dann die Zahl der Doppelbindungen. Das Symbol Δ gibt die Lage an. Gezählt wird dabei vom Carboxyl-C als C-1. Δ9 bedeutet: Die Doppelbindung liegt zwischen C-9 und C-10.
Die ω-Zählung beginnt am anderen Ende, am Methyl-C. Die ω-Zahl nennt das C-Atom, an dem vom Methylende aus die erste Doppelbindung beginnt. Beide Zählweisen lassen sich leicht ineinander umrechnen.
ω-Zahl = Kettenlänge minus Δ-Position der letzten Doppelbindung. Bei 18 C-Atomen und letzter Doppelbindung an C-12 ergibt das 18 − 12 = ω-6.
cis und trans
In natürlichen ungesättigten Fettsäuren sind die Doppelbindungen fast immer cis-konfiguriert. Beide Kettenreste stehen auf derselben Seite der Doppelbindung. Dadurch knickt die Kette an jeder Doppelbindung ab. Bei trans liegen die Reste einander gegenüber, und die Kette bleibt fast gestreckt wie eine gesättigte Fettsäure. trans-Fettsäuren entstehen vor allem technisch bei der partiellen Fetthärtung.
Mehrere Doppelbindungen liegen in natürlichen Fettsäuren isoliert vor, also nicht konjugiert. Zwischen zwei Doppelbindungen sitzt jeweils eine \(\ce{CH2}\)-Gruppe. Die Positionen springen deshalb in Dreierschritten, etwa Δ9, Δ12, Δ15.
Warum essentiell
Ein Nährstoff ist essentiell, wenn der Körper ihn braucht, aber nicht selbst bilden kann. Den allgemeinen Begriff erklärt die Einheit Essentielle Nährstoffe und essentielle Aminosäuren. Bei den Fettsäuren liegt der Grund in einer Grenze der Enzymausstattung.
Eine Fettsäure, die der Mensch benötigt, aber nicht synthetisieren kann, sodass sie mit der Nahrung zugeführt werden muss. Für den Menschen sind das die mehrfach ungesättigten Fettsäuren Linolsäure und α-Linolensäure.
Die Grenze an C-9
Gesättigte Fettsäuren baut der Mensch selbst auf, wie die Fettsäuresynthese zeigt. Doppelbindungen setzen anschließend Enzyme namens Desaturasen. Menschliche Desaturasen arbeiten aber nur an Δ9, Δ6 und Δ5. Sie wirken also nur zwischen C-9 und der Carboxylgruppe. Jenseits von C-9, zum Methylende hin, kann der Mensch keine Doppelbindung einführen. Δ12- und Δ15-Desaturasen besitzen nur Pflanzen.
Daraus folgt die Essentialität direkt. Aus Stearinsäure bildet der Mensch per Δ9-Desaturase die einfach ungesättigte Ölsäure (18:1, Δ9). Eine weitere Doppelbindung an C-12 kann er nicht anfügen. Linolsäure und α-Linolensäure kann er deshalb auch nicht aus Ölsäure gewinnen. Die Fettsäure-Biosynthese deckt also nicht alle benötigten Fettsäuren ab.
Wird im Examen gerne gefragt: Der Mensch kann keine Doppelbindungen jenseits von C-9 einführen, deshalb sind Linolsäure und α-Linolensäure essentiell. Achte darauf, dass beide Reihen gebraucht werden (ω-6 und ω-3) und dass die Doppelbindungen cis-konfiguriert und isoliert sind, nicht trans und nicht konjugiert.
Zwei getrennte Reihen
Linolsäure eröffnet die ω-6-Reihe, α-Linolensäure die ω-3-Reihe. Der Körper verlängert diese Ketten und setzt mit Δ6- und Δ5-Desaturase weitere Doppelbindungen zum Carboxylende hin. So entstehen etwa Arachidonsäure (ω-6) sowie Eicosapentaen- und Docosahexaensäure (ω-3). Das Methylende bleibt dabei unverändert. Eine ω-6-Fettsäure wird deshalb nie zur ω-3-Fettsäure, und die Nahrung muss beide liefern.
Vorkommen und Grenzen der Verwertung
Gebildet werden essentielle Fettsäuren in Pflanzen und Algen. Über die Nahrungskette gelangen sie in Tiere. Man findet sie daher auch in tierischen Fetten, etwa in Fischöl, Milchfett oder Eigelb.
Zur Glucoseversorgung tragen sie nicht bei. Ihr Abbau liefert Acetyl-CoA, und daraus kann der Mensch netto keine Glucose bilden. Die Begründung steht in der Einheit Glucoseversorgung bei Fasten und Stress.
Linolsäure
Linolsäure ist eine C18-Fettsäure mit zwei cis-Doppelbindungen an C-9 und C-12. Ihre Kurzform lautet 18:2 (cis-Δ9,12). Vom Methylende aus gezählt beginnt die erste Doppelbindung am sechsten C-Atom. Linolsäure ist damit eine ω-6-Fettsäure und für den Menschen essentiell. Reich daran sind Distel-, Sonnenblumen-, Maiskeim- und Sojaöl.
Das Erkennen an der Skelettformel solltest du sicher können: Entscheidend sind 18 C-Atome und genau zwei cis-Doppelbindungen an C-9 und C-12. In einer Zickzack-Formel ist jede Ecke und jedes Kettenende ein C-Atom. So gehst du vor:
- Carboxyl-C finden: Das C der COOH-Gruppe ist C-1.
- Kette zählen: Alle Ecken bis zum Methylende mitzählen. Linolsäure hat 18.
- Doppelbindungen zählen: Zwei Doppelbindungen sprechen für 18:2.
- Positionen bestimmen: Die Doppelbindungen beginnen an C-9 und C-12, dazwischen liegt eine \(\ce{CH2}\)-Gruppe.
- Gegenprobe vom Methylende: Hinter der letzten Doppelbindung folgen fünf C-Atome, das ergibt ω-6.
α-Linolensäure
α-Linolensäure trägt eine Doppelbindung mehr als Linolsäure. Sie ist eine C18-Fettsäure mit drei cis-Doppelbindungen an C-9, C-12 und C-15, also 18:3 (cis-Δ9,12,15). Mit drei Doppelbindungen ist sie eine Triencarbonsäure. Die Rechnung 18 − 15 ergibt ω-3. Sie ist für den Menschen essentiell und Ausgangsstoff der ω-3-Reihe.
Viel α-Linolensäure enthalten Lein-, Raps- und Walnussöl. Sie kommt aber nicht nur in pflanzlichen Ölen vor. Über die Nahrungskette ist sie auch Baustein tierischer Fette, etwa im Fett von Fischen oder Weidetieren.
An der Skelettformel unterscheidest du sie von Linolsäure am Methylende. Die dritte Doppelbindung an C-15 lässt dahinter nur noch zwei C-Atome übrig. Dieses kurze Ethyl-Ende ist das Kennzeichen einer ω-3-Fettsäure. Bei Linolsäure folgen hinter der letzten Doppelbindung dagegen fünf C-Atome. Die Abbildung stellt beide neben der γ-Linolensäure dar, mit bündig ausgerichteten Carboxylgruppen.
Man kann sich die Kette wie ein Lineal vorstellen, das immer am Carboxylende angelegt wird. Wer dort mit dem Zählen beginnt, liest die Δ-Positionen direkt ab. Kettenlänge und Lage der Doppelbindungen genügen dann zur sicheren Zuordnung.
γ-Linolensäure
γ-Linolensäure ist ebenfalls eine C18-Triencarbonsäure. Ihre drei cis-Doppelbindungen liegen aber an C-6, C-9 und C-12. Die letzte Doppelbindung an C-12 macht sie wie die Linolsäure zur ω-6-Fettsäure. Der Mensch bildet sie selbst aus Linolsäure, denn die zusätzliche Doppelbindung an C-6 liegt diesseits der Grenze an C-9. Reich an γ-Linolensäure sind Pflanzenöle wie Nachtkerzenöl und Borretschöl.
Beide sind 18:3 und rein cis-konfiguriert. Sie unterscheiden sich nur in der Lage der Doppelbindungen, sind also Stellungsisomere. γ-Linolensäure ist kein trans-Isomer der α-Linolensäure und entsteht nicht bei der Fetthärtung.
Die drei C18-Fettsäuren im Vergleich:
| Fettsäure | Kurzform | Doppelbindungen (cis) | C-Atome hinter letzter DB | Reihe | Typisches Vorkommen |
|---|---|---|---|---|---|
| Linolsäure | 18:2 | Δ9, Δ12 | 5 | ω-6 | Distel-, Sonnenblumenöl |
| α-Linolensäure | 18:3 | Δ9, Δ12, Δ15 | 2 | ω-3 | Lein-, Rapsöl |
| γ-Linolensäure | 18:3 | Δ6, Δ9, Δ12 | 5 | ω-6 | Nachtkerzen-, Borretschöl |
Quiz
Aussage 1
α-Linolensäure findet sich ausschließlich in pflanzlichen Ölen wie Leinöl und Rapsöl.
Pflanzen bilden α-Linolensäure, über die Nahrungskette ist sie aber auch Baustein tierischer Fette, etwa von Fischen oder Weidetieren.
Aussage 2
γ-Linolensäure entsteht bei der Fetthärtung als trans-Isomer der α-Linolensäure.
γ-Linolensäure ist rein cis-konfiguriert mit Doppelbindungen an C-6, C-9 und C-12. Sie ist ein Stellungsisomer der α-Linolensäure und kommt natürlich in Pflanzenölen wie Nachtkerzenöl vor.
Aussage 3
Bei α-Linolensäure bleiben hinter der Doppelbindung an C-15 nur zwei C-Atome, was sie als ω-3-Fettsäure kennzeichnet.
α-Linolensäure ist 18:3 (cis-Δ9,12,15). Das kurze Ethyl-Ende hinter der letzten Doppelbindung ist das Kennzeichen der ω-3-Fettsäure.
Aussage 4
Aus dem Acetyl-CoA, das beim Abbau essentieller Fettsäuren entsteht, kann der Mensch netto Glucose aufbauen.
Aus Acetyl-CoA kann der Mensch netto keine Glucose bilden. Essentielle Fettsäuren werden daher nicht zu Glucose umgewandelt.
Aussage 5
Eine C18-Fettsäure mit cis-Doppelbindungen an C-9 und C-12 ist Linolsäure, eine ω-6-Fettsäure.
Linolsäure ist 18:2 (cis-Δ9,12). Hinter der letzten Doppelbindung an C-12 folgen fünf C-Atome, 18 − 12 ergibt ω-6.
Aussage 6
Der Mensch kann Ölsäure nicht durch eine zusätzliche Doppelbindung an C-12 in Linolsäure umwandeln.
Menschliche Desaturasen arbeiten nur an Δ9, Δ6 und Δ5. Eine Doppelbindung jenseits von C-9 kann der Mensch nicht einführen, deshalb ist Linolsäure essentiell.
Aussage 7
Alle für den Menschen essentiellen Fettsäuren gehören zur ω-3-Reihe.
Linolsäure ist eine ω-6-Fettsäure, α-Linolensäure eine ω-3-Fettsäure. Die Nahrung muss beide Reihen liefern, weil der Körper sie nicht ineinander umwandeln kann.
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