Die Fettsäuresynthese ist ein zentraler biochemischer Prozess, der in nahezu allen lebenden Organismen abläuft und der Synthese von Fettsäuren aus einfacheren molekularen Vorstufen dient. Fettsäuren sind essenzielle Bausteine für zahlreiche biologische Funktionen, insbesondere für den Aufbau von Membranen, die Energiespeicherung und die Synthese von Signalmolekülen. Dieser Prozess findet vorwiegend im Zytoplasma von Zellen statt und wird von einer hochkomplexen Enzymmaschinerie katalysiert, deren Aktivitäten fein reguliert sind, um den Bedarf der Zelle an Fettsäuren und deren Derivaten zu erfüllen.

Im Zentrum der Fettsäuresynthese steht das Enzymkomplex Fettsäuresynthase (FAS), das die koordinierte Abfolge von chemischen Reaktionen ermöglicht. Der Prozess beginnt mit der Aktivierung von Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA), einem zentralen Stoffwechselintermediat, das in den Mitochondrien durch den Abbau von Kohlenhydraten, Aminosäuren oder Fettsäuren entsteht. Da Acetyl-CoA die mitochondriale Membran nicht direkt passieren kann, wird es zunächst in Citrat umgewandelt, welches die Membran überquert. Im Zytoplasma wird Citrat durch das Enzym ATP-Citrat-Lyase wieder zu Acetyl-CoA umgewandelt. Dieses dient als Ausgangspunkt für die Synthese von Malonyl-CoA, einer aktivierten Form von Malonsäure, durch das Enzym Acetyl-CoA-Carboxylase. Dieser Schritt ist geschwindigkeitsbestimmend und streng reguliert, da Malonyl-CoA ein Schlüsselmolekül für den Aufbau der Fettsäurekette darstellt.

Die eigentliche Kettenverlängerung erfolgt durch eine Serie von Reaktionen, die von der Fettsäuresynthase katalysiert werden. Dieser multifunktionale Enzymkomplex fügt schrittweise zwei Kohlenstoffatome aus Malonyl-CoA an die wachsende Fettsäurekette an. Die Reaktion verläuft in einem zyklischen Prozess, der aus Kondensation, Reduktion, Dehydratisierung und einer weiteren Reduktion besteht. Als Reduktionsmittel dient NADPH, das vor allem aus dem Pentosephosphatweg oder dem Malatenzym stammt. Bei jedem Zyklus wird die Fettsäurekette um zwei Kohlenstoffatome verlängert, bis eine typische Länge von 16 Kohlenstoffatomen erreicht ist, was zur Bildung von Palmitinsäure (Palmitat) führt. Diese gesättigte Fettsäure stellt das Endprodukt der Fettsäuresynthase dar und dient als Ausgangspunkt für die Modifikation zu längerkettigen oder ungesättigten Fettsäuren.

Die Regulation der Fettsäuresynthese erfolgt auf mehreren Ebenen. Zum einen wird die Aktivität der Acetyl-CoA-Carboxylase durch allosterische Effektoren wie Citrat (aktivierend) und Fettsäuren (hemmend) sowie durch kovalente Modifikationen wie Phosphorylierung gesteuert. Zum anderen unterliegt die Expression der Gene, die für die Fettsäuresynthase und andere beteiligte Enzyme kodieren, hormoneller Kontrolle. Insulin, das unter Bedingungen hoher Glukosespiegel freigesetzt wird, fördert die Fettsäuresynthese, während Glukagon und Adrenalin diesen Prozess hemmen, um Energie zu sparen.

Fettsäuren, die durch diesen Prozess synthetisiert werden, spielen eine Schlüsselrolle in der Zelle. Sie dienen als Ausgangsstoffe für die Biosynthese von Triglyceriden und Phospholipiden, den Hauptbestandteilen biologischer Membranen. Darüber hinaus können sie in Form von Lipidtröpfchen gespeichert werden und stellen somit eine effiziente Energiespeicherform dar. Modifizierte Fettsäuren, wie Eicosanoide, fungieren als Signalmoleküle und sind an der Regulation von Entzündungsprozessen und der Immunantwort beteiligt.

Insgesamt ist die Fettsäuresynthese ein lebenswichtiger Prozess, dessen Fehlregulation mit einer Vielzahl von Krankheiten wie Adipositas, Diabetes und Krebs assoziiert ist. Die Erforschung dieser Synthesewege bietet daher nicht nur Einblicke in fundamentale biochemische Mechanismen, sondern auch Ansätze für die Entwicklung therapeutischer Interventionen.