17.1: Fettsäuren

Lernziele

Die Strukturen der gebräuchlichen Fettsäuren erkennen und sie als gesättigt, einfach ungesättigt oder mehrfach ungesättigt klassifizieren.

Fettsäuren sind Carbonsäuren, die strukturelle Bestandteile von Fetten, Ölen und allen anderen Kategorien von Lipiden, außer Steroiden, sind. In der Natur wurden mehr als 70 identifiziert. Sie enthalten in der Regel eine gerade Anzahl von Kohlenstoffatomen (in der Regel 12-20), sind im Allgemeinen unverzweigt und können nach dem Vorhandensein und der Anzahl von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen klassifiziert werden. So enthalten gesättigte Fettsäuren keine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, einfach ungesättigte Fettsäuren enthalten eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung und mehrfach ungesättigte Fettsäuren enthalten zwei oder mehr Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen.

Tabelle \(\PageIndex{1}\) listet einige häufige Fettsäuren und eine wichtige Quelle für jede auf. Die Atome oder Gruppen um die Doppelbindungen in ungesättigten Fettsäuren können entweder in der cis- oder trans-isomeren Form angeordnet sein. Natürlich vorkommende Fettsäuren liegen im Allgemeinen in der cis-Konfiguration vor.

Tabelle \(\PageIndex{1}\): Einige in natürlichen Fetten vorkommende Fettsäuren
Name	Abgekürzte Strukturformel	Kondensierte Strukturformel	Schmelzpunkt (°C)	Quelle
Laurinsäure	C11H23COOH	CH3(CH2)10COOH	44	Palmkernöl
Myristinsäure	C13H27COOH	CH3(CH2)12COOH	58	Muskatöl
Palmitinsäure	C15H31COOH	CH3(CH2)14COOH	63	Palmöl
Palmitoleinsäure	C15H29COOH	CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH	0.5	Macadamiaöl
Stearinsäure	C17H35COOH	CH3(CH2)16COOH	70	Kakaobutter
Ölsäure	C17H33COOH	CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH	16	Olivenöl
Linolensäure	C17H31COOH	CH3(CH2)3(CH2CH=CH)2(CH2)7COOH	-5	Rapsöl
α-Linolensäure	C17H29COOH	CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7COOH	-11	Leinsamen
Arachidonsäure	C19H31COOH	CH3(CH2)4(CH2CH=CH)4(CH2)2COOH	-50	Leber

Zwei mehrfach ungesättigte Fettsäuren – Linolsäure und α-Linolensäure – werden als essentielle Fettsäuren bezeichnet, weil der Mensch sie über die Nahrung aufnehmen muss. Beide Substanzen sind für normales Wachstum und normale Entwicklung erforderlich, aber der menschliche Körper kann sie nicht selbst herstellen. Der Körper verwendet Linolsäure, um viele andere ungesättigte Fettsäuren zu synthetisieren, z. B. Arachidonsäure, eine Vorstufe für die Synthese von Prostaglandinen. Darüber hinaus sind die essenziellen Fettsäuren für den effizienten Transport und den Stoffwechsel von Cholesterin notwendig. Die durchschnittliche tägliche Ernährung sollte etwa 4-6 g der essentiellen Fettsäuren enthalten.

Für Ihre Gesundheit: Prostaglandine

Prostaglandine sind chemische Botenstoffe, die in den Zellen synthetisiert werden, in denen ihre physiologische Aktivität zum Ausdruck kommt. Sie sind ungesättigte Fettsäuren mit 20 Kohlenstoffatomen und werden aus Arachidonsäure – einer mehrfach ungesättigten Fettsäure – synthetisiert, wenn sie von einer bestimmten Zelle benötigt werden. Sie werden als Prostaglandine bezeichnet, weil sie ursprünglich aus dem Samen der Prostata isoliert wurden. Heute weiß man, dass sie in fast allen Geweben von Säugetieren synthetisiert werden und fast alle Organe des Körpers beeinflussen. Die fünf Hauptklassen der Prostaglandine werden als PGA, PGB, PGE, PGF und PGI bezeichnet. Die Zahl der Doppelbindungen außerhalb des Fünf-Kohlenstoff-Rings in einem bestimmten Prostaglandin wird durch einen Index am Ende dieser Abkürzungen angegeben.

Die Prostaglandine gehören zu den wirksamsten biologischen Substanzen, die bekannt sind. Geringfügige strukturelle Unterschiede verleihen ihnen sehr unterschiedliche biologische Wirkungen; alle Prostaglandine haben jedoch eine gewisse Fähigkeit, die Kontraktion der glatten Muskulatur zu induzieren, den Blutdruck zu senken und zur Entzündungsreaktion beizutragen. Aspirin und andere nichtsteroidale entzündungshemmende Wirkstoffe wie Ibuprofen hemmen die Synthese von Prostaglandinen, indem sie die Cyclooxygenase hemmen, das Enzym, das für den ersten Schritt der Umwandlung von Arachidonsäure in Prostaglandine benötigt wird.

Das breite Spektrum ihrer physiologischen Aktivität hat zur Synthese von Hunderten von Prostaglandinen und ihren Analoga geführt. PGE2-Derivate werden heute in den Vereinigten Staaten zur Einleitung der Wehen eingesetzt. Andere Prostaglandine werden klinisch eingesetzt, um den Blutdruck zu senken oder zu erhöhen, die Magensekretion zu hemmen, die Nasenschleimhaut zu entlasten, Asthma zu lindern und die Bildung von Blutgerinnseln zu verhindern, die mit Herzinfarkten und Schlaganfällen in Verbindung gebracht werden.

Obwohl wir die Kohlenstoffatome oft in einer geraden Linie zeichnen, haben sie in Wirklichkeit eher eine Zickzack-Konfiguration (Teil (a) der Abbildung). Als Ganzes betrachtet, ist das Molekül der gesättigten Fettsäure jedoch relativ gerade (Teil (b) von Abbildung \(\PageIndex{2}\)). Solche Moleküle lagern sich eng aneinander in einem Kristallgitter an, was die Stärke der Dispersionskräfte maximiert und dazu führt, dass Fettsäuren und die aus ihnen gewonnenen Fette relativ hohe Schmelzpunkte haben. Im Gegensatz dazu erzeugt jede cis-Kohlenstoff-zu-Kohlenstoff-Doppelbindung in einer ungesättigten Fettsäure eine ausgeprägte Krümmung des Moleküls, so dass sich diese Moleküle nicht sauber stapeln. Infolgedessen ist die zwischenmolekulare Anziehungskraft von ungesättigten Fettsäuren (und ungesättigten Fetten) schwächer, so dass diese Stoffe einen niedrigeren Schmelzpunkt haben. Die meisten sind bei Raumtemperatur flüssig.

Abbildung \(\PageIndex{2}\): Die Struktur der gesättigten Fettsäuren. (a) Ein Zickzackmuster, das durch die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindungen im Kugel-Stab-Modell eines Palmitinsäuremoleküls gebildet wird. (b) Ein raumfüllendes Modell der Palmitinsäure zeigt die allgemeine Geradlinigkeit eines gesättigten Fettsäuremoleküls.

Wachse sind Ester, die aus langkettigen Fettsäuren und langkettigen Alkoholen gebildet werden. Die meisten natürlichen Wachse sind Gemische aus solchen Estern. Pflanzenwachse auf den Oberflächen von Blättern, Stängeln, Blüten und Früchten schützen die Pflanze vor dem Austrocknen und dem Eindringen von schädlichen Mikroorganismen. Carnaubawachs, das häufig in Fußbodenwachsen, Autowachsen und Möbelpolituren verwendet wird, besteht größtenteils aus Myricylcerotat, das aus den Blättern bestimmter brasilianischer Palmen gewonnen wird. Auch Tiere produzieren Wachse, die als Schutzschichten dienen und die Oberflächen von Federn, Haut und Haaren geschmeidig und wasserabweisend halten. Wenn sich die wachsartige Beschichtung auf den Federn eines Wasservogels auflöst, weil er in einem Ölteppich schwimmt, werden die Federn nass und schwer, und der Vogel, der seinen Auftrieb nicht aufrechterhalten kann, ertrinkt.

Zusammenfassung
Konzeptüberprüfungsübungen
Antworten
Übungen
Antworten

Zusammenfassung

Fettsäuren sind Carbonsäuren, die die strukturellen Bestandteile vieler Lipide sind. Sie können gesättigt oder ungesättigt sein. Die meisten Fettsäuren sind unverzweigt und enthalten eine gerade Anzahl von Kohlenstoffatomen. Ungesättigte Fettsäuren haben einen niedrigeren Schmelzpunkt als gesättigte Fettsäuren mit der gleichen Anzahl von Kohlenstoffatomen.

Konzeptüberprüfungsübungen

Nenne ein Beispiel für jede Verbindung.
1. gesättigte Fettsäure
2. mehrfach ungesättigte Fettsäure
3. einfach ungesättigte Fettsäure
Warum haben ungesättigte Fettsäuren niedrigere Schmelzpunkte als gesättigte Fettsäuren?

Antworten

1. Stearinsäure (Antworten variieren)
2. Linolsäure (Antworten variieren)
3. Palmitoleinsäure (Antworten variieren
Ungesättigte Fettsäuren können sich nicht so eng zusammenlagern wie gesättigte Fettsäuren, da die cis-Doppelbindung einen „Knick“ oder eine Biegung in die Kohlenwasserstoffkette bringt.

Übungen

Klassifiziere jede Fettsäure als gesättigt oder ungesättigt und gib die Anzahl der Kohlenstoffatome in jedem Molekül an.
1. Palmitoleinsäure
2. Myristinsäure
3. Linolsäure
Bestimme jede Fettsäure als gesättigt oder ungesättigt und gib die Anzahl der Kohlenstoffatome in jedem Molekül an.
1. Stearinsäure
2. Oleinsäure
3. Palmitinsäure
Schreibe die kondensierte Strukturformel für jede Fettsäure.
1. Laurinsäure
2. Palmitoleinsäure
3. Linolsäure
Schreibe die kondensierten Strukturformeln für jede Fettsäure.
1. Ölsäure
2. α-Linolensäure
3. Palmitinsäure
Reihen Sie diese Fettsäuren (alle enthalten 18 Kohlenstoffatome) in der Reihenfolge ihres steigenden Schmelzpunktes an. Begründe deine Anordnung.
Reihe diese Fettsäuren (alle enthalten 16 Kohlenstoffatome) in der Reihenfolge ihres Schmelzpunktes an. Begründe deine Anordnung.
1. CH3(CH2)14COOH