Arachidonsäure
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| Bezeichnungen | |||
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| Bevorzugter IUPAC-Name
(5Z,8Z,11Z,14Z)-Icosa-5,8,11,14-tetraenoic acid | |||
| Andere Bezeichnungen
5,8,11,14-all-cis-Eicosatetraensäure; all-cis-5,8,11,14-Eicosatetraensäure; Arachidonat
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| Bezeichner | |||
3D-Modell (JSmol)
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| 3DMet | |||
Beilstein-Referenz
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1713889 | ||
| ChEBI | |||
| ChEMBL | |||
| ChemSpider | |||
| Arzneimittelbank | |||
| EC-Nummer |
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Gmelin Referenz
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58972 | ||
IUPHAR/BPS
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| KEGG | |||
| MeSH | Arachidon+Säure | ||
PubChem CID
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| RTECS-Nummer |
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| UNII | |||
InChI
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SMILES
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| Eigenschaften | |||
Chemische Formel
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C20H32O2 | ||
| Molare Masse | 304.474 g-mol-1 | ||
| Dichte | 0,922 g/cm3 | ||
| Schmelzpunkt | -49 °C (-56 °F; 224 K) | ||
| Siedepunkt | 169 bis 171 °C (336 bis 340 °F; 442 bis 444 K) bei 0,15 mmHg | ||
| log P | 6.994 | ||
| Acidität (pKa) | 4.752 | ||
| Gefahren | |||
| GHS-Kennzeichnung: | |||
Piktogramme
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Signalwort
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Warnhinweis | ||
Gefahrenhinweise
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H302, H312, H315, H319, H332, H335 | ||
Sicherheitshinweise
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P261, P264, P270, P271, P280, P301+P312, P302+P352, P304+P312, P304+P340, P305+P351+P338, P312, P321, P322, P330, P332+P313, P337+P313, P362, P363, P403+P233, P405, P501 | ||
| NFPA 704 (Feuerdiamant) |  
1
1
0 | ||
| Flammpunkt | 113 °C (235 °F; 386 K) | ||
| Verwandte Verbindungen | |||
Verwandte Verbindungen
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Eicosatetraensäure | ||
Sofern nicht anders angegeben, gelten die Daten für Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Infobox Referenzen
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Arachidonsäure (AA, manchmal auch ARA) ist eine mehrfach ungesättigte Omega-6-Fettsäure 20:4(ω-6), oder 20:4(5,8,11,14). Sie ist strukturell mit der gesättigten Arachinsäure verwandt, die in Cupuaçu-Butter enthalten ist. Ihr Name leitet sich von dem neulateinischen Wort arachis (Erdnuss) ab, aber Erdnussöl enthält keine Arachidonsäure. ⓘ
Chemie
Von der chemischen Struktur her ist Arachidonsäure eine Carbonsäure mit einer 20-Kohlenstoff-Kette und vier cis-Doppelbindungen; die erste Doppelbindung befindet sich am sechsten Kohlenstoff vom Omega-Ende. ⓘ
Einige chemische Quellen definieren "Arachidonsäure" als eine der Eicosatetraensäuren. In fast allen Veröffentlichungen in den Bereichen Biologie, Medizin und Ernährung wird der Begriff jedoch auf alle cis-5,8,11,14-Eicosatetraensäuren beschränkt. ⓘ
Biologie
Arachidonsäure ist eine mehrfach ungesättigte Fettsäure, die in den Phospholipiden (insbesondere Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylcholin und Phosphatidylinositide) der Zellmembranen des Körpers vorkommt und im Gehirn, in den Muskeln und in der Leber reichlich vorhanden ist. Die Skelettmuskulatur ist ein besonders aktiver Ort für die Speicherung von Arachidonsäure, die in der Regel etwa 10-20 % des Phospholipid-Fettsäuregehalts ausmacht. ⓘ
Arachidonsäure ist nicht nur an der zellulären Signalübertragung als Lipid-Second-Messenger beteiligt, der an der Regulierung von Signalenzymen wie PLC-γ, PLC-δ und PKC-α-, -β- und -γ-Isoformen beteiligt ist, sondern ist auch ein wichtiges Entzündungsintermediat und kann auch als Vasodilatator wirken. (Beachten Sie die separaten Synthesewege, wie im folgenden Abschnitt beschrieben). ⓘ
Bedingt essenzielle Fettsäure
Arachidonsäure gehört nicht zu den essenziellen Fettsäuren. Sie wird jedoch essenziell, wenn ein Mangel an Linolsäure besteht oder wenn die Fähigkeit zur Umwandlung von Linolsäure in Arachidonsäure fehlt. Einige Säugetiere können Linolsäure nicht oder nur sehr eingeschränkt in Arachidonsäure umwandeln, was sie zu einem essenziellen Bestandteil ihrer Ernährung macht. Da der Verzehr von Linolsäure den Arachidonsäurespiegel im Plasma/Serum oder in den Erythrozyten nicht zu beeinflussen scheint, ist ungewiss, ob der Mensch tatsächlich Linolsäure in Arachidonsäure umwandeln kann. Da in gewöhnlichen Pflanzen wenig oder gar keine Arachidonsäure vorkommt, sind solche Tiere obligate Fleischfresser; die Katze ist ein typisches Beispiel für die Unfähigkeit, essenzielle Fettsäuren zu entsättigen. Eine kommerzielle Quelle für Arachidonsäure wurde jedoch aus dem Pilz Mortierella alpina gewonnen. ⓘ
Biosynthese und Kaskade beim Menschen
Arachidonsäure wird durch Hydrolyse aus dem Phospholipid freigesetzt, die durch die Phospholipase A2 (PLA2) katalysiert wird. ⓘ
Arachidonsäure für Signalzwecke wird offenbar durch die Wirkung der zytosolischen Phospholipase A2 der Gruppe IVA (cPLA2, 85 kDa) gewonnen, während Arachidonsäure für Entzündungszwecke durch die Wirkung einer sekretorischen PLA2 mit niedrigem Molekulargewicht (sPLA2, 14-18 kDa) erzeugt wird. ⓘ
Arachidonsäure ist ein Vorläufer einer breiten Palette von Eicosanoiden:
- Die Enzyme Cyclooxygenase-1 und -2 (d.h. Prostaglandin-G/H-Synthase 1 und 2 {PTGS1 und PTGS2}) wandeln Arachidonsäure in Prostaglandin G2 und Prostaglandin H2 um, die wiederum in verschiedene Prostaglandine, Prostacyclin, Thromboxane und in das 17-Kohlenstoff-Produkt des Thromboxan-Stoffwechsels von Prostaglandin G2/H2, 12-Hydroxyheptadecatriensäure (12-HHT), umgewandelt werden können.
- Das Enzym 5-Lipoxygenase katalysiert die Oxidation von Arachidonsäure zu 5-Hydroperoxyeicosatetraensäure (5-HPETE), die wiederum in verschiedene Leukotriene umgewandelt wird (d.h., Leukotrien B4, Leukotrien C4, Leukotrien D4 und Leukotrien E4 sowie zu 5-Hydroxyeicosatetraensäure (5-HETE) umwandelt, die dann weiter zu dem stärkeren 5-Keto-Analogon von 5-HETE, der 5-Oxo-Eicosatetraensäure (5-Oxo-ETE), metabolisiert werden kann (siehe auch 5-Hydroxyeicosatetraensäure).
- Die Enzyme 15-Lipoxygenase-1 (ALOX15) und 15-Lipoxygenase-2 (ALOX15B) katalysieren die Oxidation von Arachidonsäure zu 15-Hydroperoxyeicosatetraensäure (15-HPETE), die dann zu 15-Hydroxyeicosatetraensäure (15-HETE) und Lipoxinen weiterverarbeitet werden kann; 15-Lipoxygenase-1 kann 15-HPETE auch weiter zu Eoxinen verstoffwechseln, und zwar auf einem Weg, der analog zu dem Weg verläuft, auf dem 5-HPETE zu Leukotrienen verstoffwechselt wird (und bei dem vermutlich die gleichen Enzyme verwendet werden wie bei diesem Weg).
- Das Enzym 12-Lipoxygenase (ALOX12) katalysiert die Oxidation von Arachidonsäure zu 12-Hydroperoxyeicosatetraensäure (12-HPETE), die dann zu 12-Hydroxyeicosatetraensäure (12-HETE) und zu Hepoxilinen metabolisiert werden kann.
- Arachidonsäure ist auch eine Vorstufe von Anandamid.
- Ein Teil der Arachidonsäure wird durch Epoxygenase in Hydroxyeicosatetraensäuren (HETEs) und Epoxyeicosatriensäuren (EETs) umgewandelt. ⓘ
Die Produktion dieser Derivate und ihre Wirkungen im Körper werden als "Arachidonsäurekaskade" bezeichnet; weitere Einzelheiten finden Sie unter den Wechselwirkungen zwischen essenziellen Fettsäuren und den im vorigen Abschnitt genannten Verbindungen zwischen Enzymen und Metaboliten. ⓘ
PLA2-Aktivierung
PLA2 wird seinerseits durch die Bindung von Liganden an Rezeptoren aktiviert, darunter:
- 5-HT2-Rezeptoren
- mGLUR1
- bFGF-Rezeptor
- IFN-α-Rezeptor
- IFN-γ-Rezeptor ⓘ
Darüber hinaus kann jeder Wirkstoff, der das intrazelluläre Kalzium erhöht, die Aktivierung einiger Formen von PLA2 verursachen. ⓘ
PLC-Aktivierung
Alternativ kann Arachidonsäure von Phospholipiden abgespalten werden, nachdem die Phospholipase C (PLC) die Inositoltriphosphatgruppe abgespalten hat, wodurch Diacylglycerin (DAG) entsteht, das anschließend von der DAG-Lipase abgespalten wird, um Arachidonsäure zu erhalten. ⓘ
Zu den Rezeptoren, die diesen Weg aktivieren, gehören:
- A1-Rezeptor
- D2-Rezeptor
- α-2-adrenerger Rezeptor
- 5-HT1-Rezeptor ⓘ
PLC kann auch durch MAP-Kinase aktiviert werden. Zu den Aktivatoren dieses Signalwegs gehören PDGF und FGF. ⓘ
Im Körper
Wachstum der Muskeln
Arachidonsäure fördert die Reparatur und das Wachstum von Skelettmuskelgewebe durch Umwandlung in Prostaglandin PGF2alpha während und nach körperlicher Anstrengung. PGF2alpha fördert die Muskelproteinsynthese, indem es, ähnlich wie Leucin, β-Hydroxy-β-Methylbuttersäure (HMB) und Phosphatidsäuren, über den Akt/mTOR-Signalweg wirkt. ⓘ
Gehirn
Arachidonsäure ist eine der am häufigsten vorkommenden Fettsäuren im Gehirn und ist in ähnlichen Mengen vorhanden wie Docosahexaensäure (DHA). Die beiden machen etwa 20 % des Fettsäuregehalts im Gehirn aus. Wie die DHA ist auch die neurologische Gesundheit von einem ausreichenden Gehalt an Arachidonsäure abhängig. Arachidonsäure trägt unter anderem dazu bei, die Flüssigkeit der Zellmembran des Hippocampus zu erhalten. Sie trägt auch zum Schutz des Gehirns vor oxidativem Stress bei, indem sie den Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptor gamma aktiviert. AA aktiviert auch Syntaxin-3 (STX-3), ein Protein, das am Wachstum und der Reparatur von Neuronen beteiligt ist. ⓘ
Arachidonsäure ist auch an der frühen neurologischen Entwicklung beteiligt. In einer Studie zeigte sich bei Säuglingen (18 Monate), die 17 Wochen lang zusätzliche Arachidonsäure erhielten, eine signifikante Verbesserung der Intelligenz, die anhand des Mental Development Index gemessen wurde. Dieser Effekt wird durch die gleichzeitige Gabe von AA und DHA noch verstärkt. ⓘ
Bei Erwachsenen kann der gestörte AA-Stoffwechsel zu neuropsychiatrischen Störungen wie der Alzheimer-Krankheit und bipolaren Störungen beitragen. Es gibt Hinweise auf signifikante Veränderungen bei der Umwandlung von Arachidonsäure in andere bioaktive Moleküle (Überexpression oder Störungen in der AA-Enzymkaskade) bei diesen Erkrankungen. ⓘ
Alzheimer-Krankheit
Die biologische Rolle der Arachidonsäure und ihrer Metaboliten wurde im Zusammenhang mit verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen, einschließlich der Alzheimer-Krankheit, erforscht. Eine Nahrungsergänzung mit Arachidonsäure in den frühen Stadien der Alzheimer-Krankheit wurde vorgeschlagen, aber das Potenzial für einen Nutzen bleibt unklar. ⓘ
Bodybuilding-Ergänzung
Arachidonsäure wird als anabole Bodybuilding-Ergänzung in einer Reihe von Produkten vermarktet. ⓘ
Arachidonsäure in der Nahrung und Entzündungen
Ein erhöhter Verbrauch von Arachidonsäure führt unter normalen Stoffwechselbedingungen nicht zu Entzündungen, es sei denn, es werden Lipidperoxidationsprodukte beigemischt. Arachidonsäure wird sowohl während als auch nach der Entzündungsreaktion in entzündungsfördernde und entzündungshemmende Eicosanoide umgewandelt. Arachidonsäure wird auch während und nach körperlicher Aktivität zu entzündlichen und entzündungshemmenden Eicosanoiden umgewandelt, um das Wachstum zu fördern. Eine chronische Entzündung aufgrund exogener Toxine und übermäßiger körperlicher Betätigung sollte nicht mit einer akuten Entzündung aufgrund von körperlicher Betätigung und ausreichender Ruhe verwechselt werden, die für die Entzündungsreaktion erforderlich ist, um die Reparatur und das Wachstum der Mikrorisse im Gewebe zu fördern. Allerdings ist die Beweislage uneinheitlich. Einige Studien, in denen gesunden Personen über einen Zeitraum von bis zu 50 Tagen täglich zwischen 840 mg und 2.000 mg verabreicht wurden, haben keinen Anstieg der Entzündung oder der damit verbundenen Stoffwechselaktivitäten gezeigt. Andere Studien zeigen, dass ein erhöhter Arachidonsäurespiegel tatsächlich mit einer Verringerung der entzündungsfördernden IL-6- und IL-1-Spiegel und einer Erhöhung des entzündungshemmenden Tumor-Nekrose-Faktors-beta einhergeht. Dies kann zu einer Verringerung der systemischen Entzündung führen. ⓘ
Arachidonsäure spielt jedoch nach wie vor eine zentrale Rolle bei Entzündungen im Zusammenhang mit Verletzungen und vielen Krankheiten. Wie sie im Körper verstoffwechselt wird, bestimmt ihre entzündliche oder entzündungshemmende Wirkung. Personen mit Gelenkschmerzen oder aktiven entzündlichen Erkrankungen können feststellen, dass ein erhöhter Arachidonsäurekonsum die Symptome verschlimmert, vermutlich weil die Säure leichter in entzündliche Verbindungen umgewandelt wird. Ebenso ist ein hoher Arachidonsäurekonsum für Personen mit einer entzündlichen Erkrankung in der Vorgeschichte oder in einem geschwächten Gesundheitszustand nicht zu empfehlen. Eine Supplementierung mit AA scheint bei gesunden Personen keine entzündungsfördernden Wirkungen zu haben, kann aber den entzündungshemmenden Wirkungen einer Supplementierung mit Omega-3-Fettsäuren entgegenwirken. ⓘ
Gesundheitliche Auswirkungen einer Supplementierung mit Arachidonsäure
Die Supplementierung mit Arachidonsäure in täglichen Dosen von 1.000 bis 1.500 mg über einen Zeitraum von 50 Tagen wurde in mehreren klinischen Studien gut vertragen, und es wurden keine signifikanten Nebenwirkungen berichtet. Alle gängigen Gesundheitsmarker, einschließlich Nieren- und Leberfunktion, Serumlipide, Immunität und Thrombozytenaggregation, scheinen bei dieser Dosierung und Einnahmedauer unbeeinflusst zu bleiben. Darüber hinaus können höhere AA-Konzentrationen im Muskelgewebe mit einer verbesserten Insulinempfindlichkeit korreliert sein. Die Ergänzung der Ernährung gesunder Erwachsener mit Arachidonsäure scheint weder toxisch noch mit einem signifikanten Sicherheitsrisiko verbunden zu sein. ⓘ
Während Studien, die eine Arachidonsäure-Supplementierung bei sitzenden Personen untersuchten, bei Dosen von bis zu 1.500 mg täglich keine Veränderungen der Entzündungsmarker im Ruhezustand feststellen konnten, reagieren krafttrainierte Personen möglicherweise anders. In einer Studie wurde bei jungen Männern, die 50 Tage lang 1.000 mg Arachidonsäure pro Tag in Kombination mit Krafttraining zu sich nahmen, ein signifikanter Rückgang der Entzündungswerte im Ruhezustand (über den Marker IL-6) festgestellt. Dies deutet darauf hin, dass eine Supplementierung von AA während des Widerstandstrainings die Regulierung der systemischen Entzündung verbessern kann, anstatt entzündungsfördernd zu wirken. ⓘ
Eine Meta-Analyse, in der der Zusammenhang zwischen dem Risiko für Herzerkrankungen und einzelnen Fettsäuren untersucht wurde, ergab, dass das Risiko für Herzerkrankungen bei einem höheren Gehalt an EPA und DHA (Omega-3-Fettsäuren) sowie an Omega-6-Arachidonsäure deutlich geringer ist. Ein wissenschaftliches Gutachten der American Heart Association hat die gesundheitlichen Auswirkungen von Omega-6-Fettsäuren in der Nahrung, einschließlich Arachidonsäure, ebenfalls positiv bewertet. Die Gruppe empfiehlt nicht, diese essenzielle Fettsäure einzuschränken. Vielmehr empfiehlt sie eine Ernährung, bei der mindestens 5-10 % der Kalorien aus Omega-6-Fettsäuren, einschließlich Arachidonsäure, stammen. Die Studie legt nahe, dass AA in der Ernährung kein Risikofaktor für Herzkrankheiten ist, sondern eine Rolle bei der Aufrechterhaltung eines optimalen Stoffwechsels und der Verringerung des Herzkrankheitsrisikos spielen kann. Eine ausreichende Zufuhr von Omega-3- und Omega-6-Fettsäuren wird daher für eine optimale Gesundheit empfohlen. ⓘ
Arachidonsäure ist nicht krebserregend, und Studien zeigen, dass die Menge in der Nahrung nicht mit dem Krebsrisiko in Verbindung steht (weder positiv noch negativ). Arachidonsäure ist jedoch ein wesentlicher Bestandteil des Entzündungs- und Zellwachstumsprozesses, der bei vielen Arten von Krankheiten, einschließlich Krebs, gestört ist. Daher ist die Sicherheit einer Supplementierung von Arachidonsäure bei Patienten mit Krebs, Entzündungen oder anderen Erkrankungen nicht bekannt, und eine Supplementierung wird nicht empfohlen. ⓘ
Metabolisierung
Arachidonsäure hat (vereinfacht) drei Wege weiterer Metabolisierung:
- Über die Cyclooxygenasen entstehen Prostaglandine,
- über die Lipoxygenasen entstehen Leukotriene und
- Cytochrom-P450 (CYPs) bewirken eine Epoxidation oder Hydroxylierung, wobei EETs bzw. Hydroxyeicosatetraensäuren (HETEs, bspw. 20-HETE) gebildet werden. ⓘ
Über die Wege des Arachidonsäure-Metabolismus entstehen Metaboliten mit zum Teil gegensätzlichen Eigenschaften. So wirkt eine Verstärkung der Cyclooxygenase-2 fieberauslösend, eine Verstärkung epoxidierender CYPs jedoch auf verschiedenen Wegen direkt und indirekt fieberunterdrückend bzw. begrenzend. Acetylsalicylsäure und Ibuprofen hemmen nicht nur den Cyclooxygenaseweg, sondern induzieren auch den Epoxygenaseweg, dessen Stoffwechselprodukte wiederum die Cyclooxygenasen stärker hemmen als diese Medikamente. Eine Metabolisierung durch CYPs bewirkt nicht immer eine Entzündungshemmung: Das von hydroxylierenden CYPs gebildete 20-HETE wirkt proinflammatorisch. ⓘ