Fettsäuren

Fettsäuren sind aliphatische Monocarbonsäuren mit zumeist unverzweigter Kohlenstoffkette. Die Bezeichnung „Fettsäuren“ fußt auf der Erkenntnis, dass natürliche Fette und Öle aus den Estern langkettiger Carbonsäuren mit Glycerin bestehen. Aus dieser Sicht werden Fettsäuren auch zu den Lipiden gezählt. Später wurden auch alle anderen Alkylcarbonsäuren und deren ungesättigte Vertreter den Fettsäuren zugeordnet.

Allgemeines

Fettsäuren unterscheiden sich durch die Anzahl der C-Atome (Kettenlänge) sowie – bei ungesättigten Fettsäuren – in der Anzahl und Position von Doppelbindungen. Man kann Fettsäuren aufgrund ihrer Kettenlängen in niedere (bis sieben C-Atome), mittlere (acht bis zwölf C-Atome) und höhere (mehr als zwölf C-Atome) Fettsäuren einteilen. Die historische Namensgebung als "Fettsäure" suggeriert, dass eine individuelle Verbindung einmal eine Komponente eines Fettes gewesen sein muss, um eine Fettsäure zu sein. Dies ist aber nicht zwangsläufig der Fall. Unter diesem Begriff werden heute Verbindungen chemischer Ähnlichkeiten gesammelt.

Natürliche Fettsäuren bestehen in der Regel aus einer geraden Zahl von Kohlenstoffatomen und sind unverzweigt. Ausnahmen davon lassen sich jedoch in allen Reichen finden. Die Kohlenstoffkette muss mindestens vier C-Atome lang sein, somit ist die Buttersäure die einfachste natürliche Fettsäure. Fettsäuren mit Doppelbindungen werden ungesättigte Fettsäuren genannt. Die Doppelbindung ist in der Regel cis-konfiguriert. Liegen mehrere Doppelbindungen vor, sind diese in der Regel durch eine CH₂-Gruppe voneinander getrennt.

Eine große Vielfalt von Fettsäuren (mehr als 400 verschiedene Strukturen, wovon aber nur etwa 10–12 häufig sind) kommt in den Samenölen des Pflanzenreichs vor. Seltene Fettsäuren, die in größeren Prozentgehalten in Samen bestimmter Pflanzenfamilien auftreten, können entwicklungsgeschichtliche Zusammenhänge illustrieren (Verwandtschaftsbeziehungen, Chemotaxonomie, Evolution; vgl. z.B. auch Weltwirtschaft) wie zum Beispiel Petroselinsäure, Taririnsäure, Erucasäure, Cyclopentenfettsäuren und Cyclopropenfettsäuren. Manche Bakterienarten können anhand ihrer Fettsäurenzusammensetzung unterschieden werden.

Als essenzielle Fettsäuren bezeichnet man Fettsäuren, die ein Organismus benötigt, aber nicht selbst herstellen kann. Für Säugetiere sind Fettsäuren essenziell, die eine oder mehrere Doppelbindungen an höheren Positionen als C-9 (vom Carbonyl-Kohlenstoff aus gezählt) besitzen, da ihnen die Enzyme fehlen, solche Doppelbindungen einzufügen. Für den Menschen sind dies streng genommen nur Linolsäure und α-Linolensäure.

Fettsäuren werden in der Lebensmittelindustrie hauptsächlich als Rohstoff für verschiedene Emulgatoren verwendet, daneben jedoch auch als Trägerstoffe, Trennmittel (z.B. in Kaugummi) oder als Überzugsmittel (z.B. für Obst). Sie sind in der EU als Lebensmittelzusatzstoff der Sammelbezeichnung E 570 ohne Höchstmengenbeschränkung (quantum satis) für Lebensmittel allgemein zugelassen.

Die Natrium- oder Kalium-Salze der höheren Fettsäuren sind als Seifen bekannt und werden als Tenside verwendet.

Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren

Stearinsäure, eine gesättigte Fettsäure

Eine gesättigte Fettsäure (engl. saturated fat) ist – als Untergruppe der Alkansäuren – eine Fettsäure, die keine Doppelbindungen zwischen C-Atomen aufweist. Die gesättigten Fettsäuren bilden eine homologe Reihe mit der Summenformel C_nH_2n+1COOH.

Ölsäure, eine ungesättigte cis-Fettsäure

α-Linolensäure eine mehrfach ungesättigte Omega-3-Fettsäure

Ungesättigte Fettsäuren besitzen als Alkensäuren mindestens eine Doppelbindung. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFA, von engl. Polyunsaturated fatty acids) besitzen zwei oder mehrere Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen der Kette. Da in natürlichen Fettsäuren die Doppelbindungen meist in der cis-Konfiguration vorliegen, entsteht ein Knick von etwa 30° in der Kohlenwasserstoffkette. Dadurch ist die Van-der-Waals-Wechselwirkung zu anderen Molekülen abgeschwächt; der Schmelzpunkt wird verringert. Einige ungesättigte Fettsäuren sind für den Menschen essentiell, da sie vom menschlichen Körper nicht synthetisiert werden können. Dazu zählen Fettsäuren, die Doppelbindungen an bestimmten Positionen tragen, die Omega-n-Fettsäuren. Hierbei steht n für eine Zahl und beschreibt die Position einer der Doppelbindungen. Bei der Omega-Zählweise wird vom „ω-Ende“ der Kohlenstoffkette aus gezählt, das der Carboxygruppe gegenübersteht. Die Doppelbindung nahe der Carboxygruppe erhält daher die größte Zahl; die Position der dem ω-Ende am nächsten stehenden Doppelbindung bestimmt den Typ der Omega-n-Fettsäure. In der Abbildung der Linolensäure ist die ω-Zählweise in Rot dargestellt. Für die Einteilung in die verschiedenen Gruppen der Omega-n-Fettsäuren ist nur die als erstes gezählte Doppelbindung entscheidend.

Elaidinsäure, eine ungesättigte trans-Fettsäure

Neben ungesättigten Fettsäuren in der cis-Konfiguration kommen in der Natur auch Fettsäuren mit trans-konfigurierten Doppelbindungen vor, die trans-Fettsäuren. Glyceride der trans-Fettsäuren fallen auch als Nebenprodukt bei der Margarineherstellung an und stehen unter Verdacht, gesundheitsschädliche Eigenschaften zu haben. Insbesondere wird in der Literatur die negative Beeinflussung der koronaren Herzkrankheit angeführt.

Octadeca-9c,11t-diensäure, eine konjugierte Fettsäure

Liegen mehrere Doppelbindungen – genauer C=C-Doppelbindungen – in einer Fettsäure vor, sind diese in der Regel – analog der oben rechts gezeigten Linolensäure – durch eine Methylengruppe (CH₂-Gruppe) voneinander getrennt. Es existieren jedoch auch konjugierte Fettsäuren, bei denen die Doppelbindungen enger beieinander, nämlich konjugiert vorliegen. In der Abbildung der Octadeca-9c,11t-diensäure liegen die Doppelbindungen konjugiert vor. Da eine der Doppelbindungen als trans-Doppelbindung vorliegt, ist diese Verbindung gleichzeitig eine trans-Fettsäure. Für die Bildung dieser Fettsäuren sind oft Bakterien im Verdauungstrakt der Wiederkäuer Ursache. Konjugierte Fettsäuren sind daher in allen Milchprodukten vertreten.

Ungeradzahlige Fettsäuren

Fettsäuren mit einer ungeraden Anzahl von Kohlenstoffatomen entstehen unter anderem durch die α-Oxidation aus Fettsäuren mit geradzahligen Kohlenstoffatomen. Beim Menschen betrifft dies vor allem die Phytansäure und die Pristansäure, welche anschließend in der β-Oxidation zu Propionyl-CoA abgebaut wird.

Verzweigte Fettsäuren

Isovalerian-
säure

Phytansäure (3,7,11,15-Tetramethylhexadecansäure)

Niedere Fettsäuren mit Verzweigungen in der Kohlenstoffkette finden sich in einigen Ätherischen Ölen. So enthalten die Extrakte aus Baldrian Ester der Isovaleriansäure.

Phytansäure (3,7,11,15-Tetramethylhexadecansäure) ist eine verzweigtkettige Carbonsäure, die als Abbauprodukt des Chlorophylls auftritt. In vielen Nahrungsmitteln (z.B. der Milch) sind Spuren dieser Verbindung zu finden. Die krankhafte Unfähigkeit zum Abbau dieser Carbonsäure führt zum Refsum-Syndrom.

Verzweigtkettige Fettsäuren finden sich in den Membranen zahlreicher Prokaryoten. Ihr Vorkommen wird genutzt, um eine Bakterienart zu identifizieren und um verwandtschaftliche Beziehungen der Organismen zu erforschen. Vor allem Fettsäuren mit einer Methylgruppe als Verzweigung in der Nähe vom „ω-Ende“ der Kohlenstoffkette sind von Bedeutung, wie die iso-Pentadecansäure (Methylgruppe am vorletzten Kohlenstoffatom) und die anteiso-Pentadecansäure (Methylgruppe am vorvorletzten Kohlenstoffatom). Sie kommen in geringen Mengen auch im Milchfett vor. Man geht davon aus, dass sie durch Bakterien im Pansen produziert werden und von den Kühen aufgenommen und in deren Fettgewebe bzw. im Milchfett eingelagert werden.

Liste von Fettsäuren und kürzeren Monocarbonsäuren

gesättigte Fettsäuren und kürzere Monocarbonsäuren
Zahl der C-Atome : Doppelbindungen	Trivialname	Chemische Bezeichnung	Bruttoformel	Vorkommen	Schmelzpunkt	Siedepunkt
1:0	Ameisensäure	Methansäure	HCOOH	Weitverbreitet, in fast allen Organismen	8,3 °C	101 °C
2:0	Essigsäure	Ethansäure	CH₃COOH	Essig (durch Oxidation von Ethanol)	16,6 °C	118 °C
3:0	Propionsäure	Propansäure	C₂H₅COOH	Zwischenprodukt bei der Methangärung	−20,5 °C	141 °C
4:0	Buttersäure	Butansäure	C₃H₇COOH	Milchfett, Schweiß, einfachste Fettsäure	−5,1 °C	164 °C
5:0	Valeriansäure	Pentansäure	C₄H₉COOH	Baldrianwurzel, Holzessig	−34 °C	186 °C
6:0	Capronsäure	Hexansäure	C₅H₁₁COOH	Milchfett, entsteht bei Buttersäuregärung	−3 °C	205 °C
7:0	Önanthsäure	Heptansäure	C₆H₁₃COOH	als Ester im Kalmusöl	−7,2 °C	222 °C
8:0	Caprylsäure	Octansäure	C₇H₁₅COOH	Milchfett, Kokosfett	16,5 °C	239 °C
9:0	Pelargonsäure	Nonansäure	C₈H₁₇COOH	ätherisches Öl von Pelargonium roseum, Käse, Fuselöl, Wein	12,5 °C	254 °C
10:0	Caprinsäure	Decansäure	C₉H₁₉COOH	Tier- und Pflanzenfette	31,4 °C	269 °C
11:0	–	Undecansäure	C₁₀H₂₁COOH	Etherische Öle (Iris- und Quendelöl)	28,6 °C	280 °C
12:0	Laurinsäure	Dodecansäure	C₁₁H₂₃COOH	Milchfett, Pflanzenfette	43,8	225 °C (100 Torr)
13:0	–	Tridecansäure	C₁₂H₂₅COOH	Pflanzenöle	41,5 °C	236 °C (100 Torr)
14:0	Myristinsäure	Tetradecansäure	C₁₃H₂₇COOH	Milchfett, Fischöl, Tier- und Pflanzenfette	54,2 °C	250 °C (100 Torr)
15:0	–	Pentadecansäure	C₁₄H₂₉COOH	Milch- und Körperfett von Wiederkäuern, Fischöl	52,3 °C	257 °C (100 Torr)
16:0	Palmitinsäure	Hexadecansäure	C₁₅H₃₁COOH	Tier- und Pflanzenfette	62,5 °C	351,5 °C
17:0	Margarinsäure	Heptadecansäure	C₁₆H₃₃COOH	Tier- und Pflanzenfette	61,3 °C	227 °C (100 Torr)
18:0	Stearinsäure	Octadecansäure	C₁₇H₃₅COOH	Tier- und Pflanzenfette	69,3 °C	350 °C (Zers.)
19:0	–	Nonadecansäure	C₁₈H₃₇COOH	Rinderfett, Dill (Anethum graveolens)	69,4 °C	297 °C (100 Torr)
20:0	Arachinsäure	Eicosan-/Icosansäure	C₁₉H₃₉COOH	in geringen Mengen in Pflanzensamen und Tierfetten	76,5 °C	328 °C (Zers.)
21:0	–	Heneicosansäure	C₂₀H₄₁COOH	in Pilzen der Gattung Armillaria (4–5 % der Fettsäuren) und in wenigen Pflanzen	74–75
22:0	Behensäure	Docosansäure	C₂₁H₄₃COOH	in geringen Mengen in Pflanzensamen und Tierfetten, bei Morbus Gaucher	72–80
24:0	Lignocerinsäure	Tetracosansäure	C₂₃H₄₇COOH	einige Pflanzenfette, Bestandteil der Sphingomyeline	87,5
26:0	Cerotinsäure	Hexacosansäure	C₂₅H₅₁COOH	Bienenwachs, Carnaubawachs, Montanwachs, Wollschweiß	86–87
28:0	Montansäure	Octacosansäure	C₂₇H₅₅COOH	Montanwachs	91–93
30:0	Melissinsäure	Triacontansäure	C₂₉H₅₉COOH	Selinum-, Trichosanthes- und Pericampylus-Arten	92–94
32:0	Laccersäure	Dotriacontansäure	C₃₁H₆₁COOH		96
34:0	Geddinsäure	Tetratriacontansäure	C₃₃H₆₃COOH		98,4

einfach ungesättigte Fettsäuren
Zahl der C-Atome : Doppelbindungen	Trivialname	Bruttoformel	Stellung der Doppel- bindung	Vorkommen	Schmelzpunkt	Chemische Bezeichnung
11:1	Undecylensäure	C₁₀H₁₉COOH	10		24,5 °C	(10Z)- Undeca- 10- ensäure
14:1	Myristoleinsäure	C₁₃H₂₅COOH	9	seltene Fettsäure in wenigen Pflanzenölen, z. B. in Samen der Gattung Myristicaceae (Muskatnussgewächse)		(9Z)- Tetradeca- 9- ensäure
16:1	Palmitoleinsäure	C₁₅H₂₉COOH	9	Milchfett, Depotfett der Tiere, Fischtran, Pflanzenfett	1 °C	(9Z)- Hexadeca- 9- ensäure
18:1	Petroselinsäure	C₁₇H₃₃COOH	6	in Korianderöl	30 °C	(6Z)- Octadeca- 6- ensäure
18:1	Ölsäure	C₁₇H₃₃COOH	9	in allen Naturfetten	16 °C	(9Z)- Octadeca- 9- ensäure
18:1	Elaidinsäure¹	C₁₇H₃₃COOH	9	im Fett von Wiederkäuern	44–51 °C	(9E)- Octadeca- 9- ensäure
18:1	Vaccensäure	C₁₇H₃₃COOH	11	im Fett von Wiederkäuern		(11E)- Octadeca- 11- ensäure
20:1	Gadoleinsäure	C₁₉H₃₇COOH	9	Pflanzenöle, insbesondere Leindotteröl	23–24 °C	(9Z)- Eicosa- 9- ensäure
20:1	Icosensäure	C₁₉H₃₇COOH	11	in Rapsöl	16 °C	(11Z)- Eicosa- 11- ensäure
22:1	Cetoleinsäure	C₂₁H₄₁COOH	11	Pflanzenöle		(11Z)- Docosa- 11- ensäure
22:1	Erucasäure	C₂₁H₄₁COOH	13	Rapsöl, Senföl	33 °C	(13Z)- Docosa- 13- ensäure
24:1	Nervonsäure	C₂₃H₄₅COOH	15	Samenöl des seltenen Baums Malania oleifera aus der Familie Olacaceae	42-43 °C	(15Z)- Tetracosa- 15- ensäure

mehrfach ungesättigte Fettsäuren
Zahl der C-Atome : Doppelbindungen	Trivialname	Bruttoformel	Stellung der Doppel- bindungen	Vorkommen	Schmelzpunkt	Chemische Bezeichnung
18:2	Linolsäure	C₁₇H₃₁COOH	9, 12	Pflanzenöle, insbesondere Distelöl, Sonnenblumenöl und Traubenkernöl	−5 °C	(9Z,12Z)- Octadeca- 9,12- diensäure
18:3	Alpha-Linolensäure²	C₁₇H₂₉COOH	9, 12, 15	einige Pflanzenöle, insbesondere Leinöl, Walnussöl, Hanföl, Rapsöl und Sojaöl	−11 °C	(9Z,12Z,15Z)- Octadeca- 9,12,15- triensäure
18:3	Gamma-Linolensäure²	C₁₇H₂₉COOH	6, 9, 12	in wenigen Pflanzenölen wie Borretschöl, Nachtkerzenöl und Hanföl	−11 °C	(6Z,9Z,12Z)- Octadeca- 6,9,12- triensäure
18:3	Calendulasäure	C₁₇H₂₉COOH	8, 10, 12	Hauptfettsäure im fetten Pflanzensamenöl der Ringelblume		(8E,10E,12Z)- Octadeca- 8,10,12- triensäure
18:3	Punicinsäure	C₁₇H₂₉COOH	9, 11, 13	in wenigen Pflanzenölen, z. B. im Kernöl des Granatapfels		(9Z,11E,13Z)- Octadeca- 9,11,13- triensäure
18:3	Alpha-Elaeostearinsäure	C₁₇H₂₉COOH	9, 11, 13	in wenigen Pflanzenölen, z. B. Hauptfettsäure im Öl der Samen von Parinaria montana (Chrysobalanaceae)		(9Z,11E,13E)- Octadeca- 9,11,13- triensäure
18:3	Beta-Elaeostearinsäure	C₁₇H₂₉COOH	9, 11, 13	in wenigen Pflanzenölen, z. B. im Kernöl des Granatapfels		(9E,11E,13E)- Octadeca- 9,11,13- triensäure
20:4	Arachidonsäure	C₁₉H₃₁COOH	5, 8, 11, 14	Tierfette, Fischtran	−49,5 °C	(5Z,8Z,11Z,14Z)- Eicosa- 5,8,11,14- tetraensäure
20:5	Timnodonsäure	C₁₉H₂₉COOH	5, 8, 11, 14, 17	Fischöle	−54 °C	(5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)- Eicosa- 5,8,11,14,17- pentaensäure
22:5	Clupanodonsäure	C₂₁H₃₃COOH	7, 10, 13, 16, 19	Fischöle		(7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)- Docosa- 7,10,13,16,19- pentaensäure
22:6	Cervonsäure	C₂₁H₃₁COOH	4, 7, 10, 13, 16, 19	Fischöle		(4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)- Docosa- 4,7,10,13,16,19- hexaensäure

Anmerkungen: ¹ Die Elaidinsäure, das trans-Isomere der Ölsäure, entsteht bei der Fetthärtung zur Herstellung von Margarine durch partielle Hydrierung mehrfach ungesättigter Fettsäuren im Zuge einer Isomerisierung. In der Natur kommt sie im Fett von Wiederkäuern (Milch, Butter, Rindertalg) vor, da deren Pansenorganismen ebenfalls hydrierende Enzyme enthalten.; ² Beim Linolsäure-Isomeren mit den Doppelbindungen in den Positionen 9, 12 und 15 (alle in cis-Konfiguration) handelt es sich um die alpha-Linolensäure, das Isomere mit den Doppelbindungen in den Positionen 6, 9 und 12 (alle in cis-Konfiguration) wird als gamma-Linolensäure bezeichnet.

Fettsäuren mit weiteren funktionellen Gruppen

Fettsäuren mit weiteren funktionellen Gruppen
Zahl der C-Atome: Doppelbindungen funktionelle Gruppe	Trivialname	Bruttoformel	Stellung der funktionellen Gruppen	Vorkommen	Schmelz- punkt	Chemische Bezeichnung
18:1 Epoxy-	Vernolsäure	C₁₈H₃₂O₃	9 (Doppelbindung) 12 (Epoxygruppe)	Hauptfettsäure im Vernoniaöl (aus Samen der Feinastern)	23–25 °C	12-(R),13-(S)-Epoxy-9-cis-Octadecensäure
18:1 Hydroxy-	Rizinolsäure	C₁₈H₃₄O₃	9 (Doppelbindung) 12 (Hydroxygruppe)	Hauptfettsäure im Rizinusöl	5 °C	12-Hydroxy-9-cis-octadecensäure
19:0 Cyclopropyl-	Lactobacillsäure	C₁₉H₃₆O₂	11,12 (Cyclopropan)	Wichtige Fettsäure in Lactobacillus-Arten	28–29 °C	cis-11,12-Methylenoctadecansäure

Fettsäuren mit einer Hydroxygruppe kommen in den Lipiden von Tieren, Pflanzen und Prokaryoten vor. Häufig findet sich die Hydroxygruppe am zweiten Kohlenstoffatom (vergleiche α-Hydroxycarbonsäuren). Auch β-Hydroxyfettsäuren kommen vor, ebenso wie Fettsäuren, bei denen die funktionelle Gruppe mitten in der Kohlenstoffkette vorkommt, wie bei der Rizinolsäure. Weitere funktionelle Gruppen mit einem Sauerstoffatom sind die Epoxygruppe, die Ketogruppe und die Furangruppe, die ebenfalls in Fettsäuren zu finden sind.

Fettsäuren in den Membranlipiden von Bakterien weisen zum Teil ungewöhnliche Bestandteile im Molekül auf. So weisen alicyclische Fettsäuren einen Ring aus Kohlenwasserstoffen auf. Dieser kann sich, als Cyclopropan, mitten in der Kohlenstoffkette befinden, wie dies bei den Mykolsäuren oder der Lactobacillsäure der Fall ist. Weiterhin können sie auch eine Ketogruppe aufweisen. Mykolsäuren sind außerdem die längsten natürlich vorkommenden Fettsäuren. Sie sind über Arabinogalaktan an das Murein in der Bakterienzellwand gebunden.

Die Mykolsäuren in Mycobacterium tuberculosis.

Omega-Cyclohexyltridecansäure

Ringe mit sechs oder sieben Kohlenstoffatomen (Cyclohexan bzw. Cycloheptan) finden sich häufig am Ende der eigentlichen Fettsäurekette, sie werden dann als Omega-alicyclische (ω-alicyclische) Fettsäuren bezeichnet, wobei der griechische Kleinbuchstabe ω als Lokant verwendet wird. Die Bakteriengattung Alicyclobacillus ist nach diesen Fettsäuren benannt worden, da sie diese in großen Mengen in den Membranlipiden enthält. Ein Beispiel ist die Omega-Cyclohexyltridecansäure, eine ω-alicyclische Fettsäure mit einem Cyclohexan-Rest und einer Kette mit 13 Kohlenstoffatomen.

Stoffwechsel

Transport

Fettsäuren werden als Triglyceride im Fettgewebe gespeichert. Bei Bedarf, der durch die Botenstoffe Adrenalin, Noradrenalin, Glucagon oder ACTH angezeigt wird, findet dort eine Lipolyse statt.

Die freien Fettsäuren werden dann im Blutkreislauf zu den energiebenötigenden Zellen transportiert, wo sie zuerst unter ATP-Verbrauch an Coenzym A (CoA) gebunden (aktiviert) werden. Diese Reaktion wird durch die Hydrolyse des dabei entstehenden Pyrophosphats zu zwei Phosphaten (P_i) vorangetrieben.

$\mathrm{R{-}COOH + CoA{-}SH + ATP \longrightarrow R{-}CO{-}S{-}CoA + 2 \ P_i + H^+ + AMP}$

Danach werden sie durch das Enzym Carnitin-Acyltransferase I an Carnitin gebunden und aktiv in die Matrix der Mitochondrien transportiert, wo sie durch Carnitin-Acyltransferase II wieder an CoA gebunden werden. Diese Aktivierung ist notwendig, da Fettsäuren durch die Mitochondriummembran diffundieren können. Nur aktiv transportierte Fettsäuren werden zur β-Oxidation der Fettsäuren herangezogen. Die Acyl-Carnitin-Aktivierung ist nicht reversibel, eine aktivierte Fettsäure wird abgebaut.

Fettsäureabbau

→ Hauptartikel: Fettsäureoxidation

In der Matrix des Mitochondriums findet die β-Oxidation der Fettsäuren zu Acetyl-CoA statt, welches im Citratzyklus weiterverwendet werden kann, um ATP zu gewinnen. Bei längeren Hungerperioden oder Ernährung mit sehr wenig Kohlenhydraten, wie z. B. der Atkins-Diät, werden die Fette stattdessen zu Ketonkörpern verstoffwechselt.

Zusätzlich zur mitochondrialen Fettsäureoxidation findet auch in den Peroxisomen eine Verwertung von Fettsäuren statt. Vor allem sehr langkettige Fettsäuren werden meist dort zuerst verkürzt, ehe sie in den Mitochondrien weiterverarbeitet werden können. Diese peroxisomale Funktion ist erheblich. Ein Ausfall führt zu Adrenoleukodystrophie.

Fettsäuresynthese

→ Hauptartikel: Fettsäuresynthese

Die Fettsäuresynthese erfolgt im Gegensatz zum Abbau im Cytosol. Bei höheren Organismen sind alle dafür notwendigen Enzyme in einem einzigen Enzymkomplex, der Fettsäure-Synthase, zusammengefasst. Bei grünen Pflanzen jedoch findet der Aufbau bis höchstens zur C18-Fettsäure hauptsächlich in den Plastiden statt und wird dann erst ins Cytosol transportiert.

Dazu wird zuerst Malonyl-CoA aus Acetyl-CoA unter ATP-Verbrauch durch Carboxylierung gebildet. Dieses wird dann zu Malonyl-ACP umgewandelt, denn im Gegensatz zum Abbau dient bei der Synthese Acyl carrier protein (ACP) statt CoA als Carriermolekül. Die nachfolgende Kondensationsreaktion ist grob betrachtet eine Umkehr der Fettsäureoxidation (β-Oxidation). Jedoch finden sich im Detail einige bedeutende Unterschiede, die eine unabhängige, gezielte Steuerung beider Vorgänge erlauben.

Charakteristische Fettsäuren in Mikroorganismen

Arttypisch vorkommende Fettsäuren können als Biomarker verwendet werden. Actinomyceten sind Gram-positive Bakterien, welche bei der Zersetzung von organischem Material vorkommen und unter anderem dabei einen erdigen Geruch erzeugen. Fettsäuren von Actinomyceten sind gelegentlich am C10 mit einer Methylgruppe verzweigt, z. B. 16:0 10-Methyl und 18:0 10-Methyl. Bodenlebende Actinomyceten sind z. B. Rhodococcus, Nocardia, Corynebacterium und Streptomyces. Gram-positive Bakterien sind z. B. auch Bacillus spp. wie Bacillus cereus und Bacillus subtilis. Die Anzahl der Bakterien der Bacillus spp. nimmt in der Rhizosphäre zu. Sie bilden verzweigte Fettsäuren wie 15:0 iso and 15:0 anteiso.

Gram-negative Bakterien sind ein bedeutender Bestandteil der Rhizosphäre und Erhöhen die Verfügbarkeit von Phosphat, Eisen und anderen Mineralien, manche produzieren auch Fungizide. Gram-negative Bakterien erzeugen höhere Konzentrationen an einfach ungesättigten Fettsäuren wie 16:1 Omega-7 und 18:1 Omega-9, die großteils zu Cyclopropyl-Fettsäuren wie 17:0 Cyclopropan und 19:0 Cyclopropan weiterverstoffwechselt werden. Unter anaeroben Bedingungen entstehen Dimethylacetale (DMA), die als Biomarker verwendet werden können. Bei strikt anaeroben Bedingungen, wie während einer Überflutung, nimmt die Anzahl fakultativ aerober Bakterien ab, die Anzahl der anaeroben Bakterien und Archaeen zu.

Die Fettsäuren in den Lipiden von Archaeen sind nicht über eine Esterbindung verbunden, sondern über eine Etherbindung. Mykorrhiza-Pilze bilden Speichervesikel, die unter anderem 18:2 w6c und 16:1 w5c enthalten.

Verschiedene Fettsäuren als Biomarker:

Gesättigte Fettsäuren (englisch saturated fatty acids, SAFA)
- 15:0 (Pentadecanonsäure) – Bakterien

Geradzahlige Fettsäuren (z. B. 16:0, Palmitinsäure) – Prokaryoten und Eukaryoten
- iso-verzweigte Fettsäuren (z. B. 17:0 iso, 15-Methylpalmitinsäure) – Gram-positive Bakterien
- anteiso-verzweigte Fettsäuren (z. B. 17:0 anteiso, 14-Methylpalmitinsäure) – Gram-positive Bakterien
- 10-Methyl-verzweigte Fettsäuren (z. B. 19:0 10-methyl, Tuberculostearinsäure) – Actinomycetales

Einfach ungesättigte Fettsäuren (engl. monounsaturated fatty acids, MUFA)
- 16:1 ω5c (Hexadecenonsäure) – Mykorrhiza
- Omega-5 und 7 Position (z. B. 16:1 ω7c, Palmitoleinsäure) – Gram-negative Bakterien
- 16:1 ω8c (8-Hexadecenonsäure) – Methan-oxidierende Bakterien Typ I
- 18:1 ω8c (10-Octadecenonsäure) – Methan-oxidierende Bakterien Typ II
- Omega-9 Position (z. B. 16:1 ω9c, cis-7-Palmitoleinsäure) – Ectomycorrhizale Pilze & Gram-positive Bakterien

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (engl. polyunsaturated fatty acids, PUFA)
- 18:2 ω6c, (Linolensäure) – Ectomycorrhizale Pilze
- 20:2 ω6c, 20:3 ω6c, 20:4 ω6c – Protozoen
- Andere PUFA – Eukaryoten

Cyclopropyl-Fettsäuren (z. B. 19:0 cyclo ω7c) – Bakterien

Dimethylacetale (z. B. 16:0 DMA, Hexadecanal-Dimethylacetal) – Anaerobe Bakterien

Gesundheitliche Bedeutung

Sowohl gesättigte als auch ungesättigte Fettsäuren liefern viel Energie, unterstützen das Immunsystem, vermindern u.a. Depressionen und wirken sich auf viele weitere Stoffwechselprozesse positiv aus. Fette mit hohem Anteil an mittelkettigen Fettsäuren sind einfacher zu verdauen als solche mit langkettigen Fettsäuren.

Zudem hat die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) in einer aktuellen Auswertung von Interventionsstudien mit über 13.600 Teilnehmern herausgefunden, dass ein hoher Anteil mehrfach ungesättigter Fettsäuren, zusammen mit einem niedrigen Anteil gesättigter Fettsäuren, das Risiko für koronare Herzkrankheiten (z. B. Herzinfarkt) senkt. Sie bestätigte damit Ergebnisse, die Daniel und Hecht bereits 1990 veröffentlichten. Günstige Verhältnisse mehrfach ungesättigter zu gesättigter Fettsäuren finden sich vor allem in Pflanzenfetten: Distelöl (74,5 %/8,6 %), Hanföl (70 %/10 %), Sonnenblumenöl (60,7 %/11,5 %), Sojaöl (61,0 %/13,4 %) und Rapsöl (27 %/6 %). Ausnahmen bilden Kokos- und Palmkernfett (1,4 %/86,5 %).

Ungesättigte trans-Fettsäuren wirken sich ungünstig auf den Cholesterinspiegel aus. Insbesondere durch die Senkung des HDL-Cholesterol-Spiegels bei gleichzeitiger Erhöhung des LDL-Cholesterol-Lipoprotein(a)-Spiegels sowie proinflammatorische Effekte kommt es zu einem negativen Einfluss auf die endotheliale Funktion der Arterienwände. Auch gibt es Vermutungen auf eine Verstärkung von Insulin-Resistenz und Adipositas, Zellmembranveränderungen und negative Effekte auf die Blutgerinnung. Außerdem ist die Evidenz von Observationsstudien für einen Zusammenhang zwischen trans-Fettsäuren und erhöhtem Risiko für koronare Herzkrankheiten sehr überzeugend. Lebensmittel mit Trans-Fettsäuren sind in den Inhaltsangaben mit dem Vermerk "Pflanzliches Öl, teilweise gehärtet" gekennzeichnet.

In Populationen, die im mediterranen Raum angesiedelt sind, beträgt die Zufuhr von einfach ungesättigten Fettsäuren zwischen 16 und 29 % der täglichen Gesamtenergiezufuhr (vor allem in Form von Ölsäure). Untersuchungen zeigen, dass ein Austausch von gesättigten Fettsäuren durch Kohlenhydrate, mehrfach ungesättigte oder einfach ungesättigte Fettsäuren kardiovaskuläre Risikofaktoren reduziert. Im Vergleich zu Kohlenhydraten wirkten sich MUFAs positiv auf Triglyzeride, HDL-Cholesterin und das Verhältnis Gesamtcholesterin:HDL-Cholesterin aus. Zwei Meta-Analysen zeigten kürzlich positive Auswirkungen einer erhöhten Zufuhr von einfach ungesättigten Fettsäuren auf folgende kardiovaskuläre Risikofaktoren: systolischer und diastolischer Blutdruck, glykiertes Hämoglobin (HbA1c) und Nüchternglukose.

Die Omega-6-Fettsäuren (z. B. Linolsäure, Gamma-Linolensäure) und die Omega-3-Fettsäuren gehören zu den essentiellen Fettsäuren, da sie nicht vom menschlichen Organismus selbst hergestellt werden können. In Pflanzenölen kommt Linolsäure (Sonnenblumenöl, Sojaöl, Maiskeimöl) in recht hohen Konzentrationen (50–70 % bezogen auf den Gesamtfettsäureanteil) vor. Durch Dehydrierung und Kettenverlängerung kann der menschliche Organismus Linolsäure über mehrere Zwischenstufen bis zur Arachidonsäure umwandeln. Arachidonsäure kann im Körper weiter zu den Prostaglandinen umgewandelt werden. Lein- und Hanföl sind reich an Linolensäure, die Arachidonsäure wird nur in tierischen Produkten wie Leber, Eiern und Schmalz vorgefunden. Die essentiellen Fettsäuren sind am Aufbau von Zellmembranen beteiligt und sie senken den Blutfett- und Cholesterinspiegel.

Omega-6-Fettsäuren werden meist über die Arachidonsäure – aber nicht immer oder ausschließlich – zu entzündungsfördernden Prostaglandinen verstoffwechselt, Omega-3-Fettsäuren zu entzündungshemmenden.

Von der DGE wird empfohlen, etwa 30 % des Energiebedarfs mit Fett zu decken. 10 % sollte mit gesättigten Fettsäuren gedeckt werden, 10 bis 13 % mit einfach ungesättigten und der Rest mit mehrfach ungesättigten. Die amerikanische Herzgesellschaft (ADA), die europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) sowie die amerikanische "Academy of Nutrition and Dietetics" empfehlen, weniger als 35 % des Energiebedarfs aus Fett zu beziehen, wobei die ADA eine Energiezufuhr von weniger als 20 % an einfach ungesättigten Fettsäuren empfiehlt. Um das Herz-Kreislauf-Risiko gering zu halten, sollte das Verhältnis von Omega-6- zu Omega-3-Fettsäuren maximal 5:1 betragen. Eine internationale Expertenkommission unter Leitung von Professor Dr. Berthold Koletzko (Vorsitzender der Stiftung Kindergesundheit) hat Richtlinien für die Ernährung von Müttern und Babys entwickelt und veröffentlicht. Darin wird beschrieben, dass der heranwachsende Fetus vermehrt langkettige, mehrfach ungesättigte Fettsäuren, so genannte LC-PUFA (Longchain polyunsaturated fatty acid), benötigt. Insbesondere sind dies die Arachidonsäure (Omega-6-Fettsäure, AA) und die Docosahexaensäure (Omega-3-Fettsäure, DHA). Die genannten Fettsäuren sind in fetten Seefischen (z. B. Hering, Makrele und Lachs) enthalten.

Substituierte Fettsäuren mit Keto- und Hydroxygruppen sind in verdorbenen Ölen vorhanden. Sie sind teilweise für den menschlichen Organismus giftig. Eine weitere wichtige substituierte Fettsäure, die Ricinolsäure, ist im Ricinusöl zu etwa 80 % enthalten. Ricinusöl wird nicht im Darm aufgenommen und wirkt daher abführend.

Analytik von Fettsäuren

Die moderne qualitative und quantitative Analytik der Fettsäuren in der Lebensmittelchemie und in der physiologischen Forschung bedient sich in der Regel der chromatographischen Verfahren. Zum Einsatz kommen die Kapillar-Gaschromatographie (nach Umesterung zum Methylester), die HPLC und die Kopplung dieser Verfahren mit der Massenspektrometrie. Meist werden die Fettsäuren in Form geeigneter Derivate, wie z. B. der Fettsäuremethylester oder ihrer TMS-Derivate, chromatographisch getrennt. In besonderen Fällen wird auch noch heute die klassische Säulen- und Dünnschichtchromatografie eingesetzt; so erfolgt die Trennung von Isomeren über Silbernitrat-Dünnschichtchromatographie.

Basierend auf Artikeln in:

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