Alpha-Linolensäure (ALA) – Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Die Alpha-Linolensäure (ALA) gehört zur Gruppe der Omega-3-Fettsäuren. Sie besteht aus 18 Kohlenstoffatomen und ist eine dreifach ungesättigte Fettsäure. Die drei Doppelbindungen befinden sich zwischen dem neunten C-Atom und dem Methylende - C18:3, n-3.

Die ALA zählt zu den essentiellen Fettsäuren. Grund hierfür ist das Methylende an den Doppelbindungen. Die nicht essentiellen Fettsäuren besitzen ein Carboxylende, weshalb die Enzyme des menschlichen Organismus in der Lage sind, Doppelbindungen einzufügen. Bei einem Methylende ist dies nicht möglich, da die hierfür benötigten Enzyme 12- und 15-Desaturase fehlen [1, 2]. Daher muss ALA über die Ernährung v.a. durch pflanzliche Öle aufgenommen werden.  

Synthese (Umwandlung von ALA in Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA))

Die essentielle Alpha-Linolensäure gelangt ausschließlich über die Nahrung, hauptsächlich durch pflanzliche Öle wie Lein-, Walnuss-, Raps- und Sojaöl in den Körper [1, 3, 10].

Alpha-Linolensäure ist das Substrat der Omega-3-Fettsäuren und wird durch Elongierung (Verlängerung der Fettsäurekette um 2 C-Atome) und Desaturierung (Umwandlung von gesättigte in ungesättigte Verbindungen durch Einfügen von Doppelbindungen) in Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) metabolisiert (verstoffwechselt). Dieser Prozess findet im glatten endoplasmatischen Retikulum (strukturreiches Zellorganell mit einem Kanalsystem von Hohlräumen, die von Membranen umgeben sind) von Leukozyten (weiße Blutkörperchen) und Leberzellen des Menschen statt [3].

Die Umwandlung von Alpha-Linolensäure zu EPA verläuft wie folgt [1, 2]

• Alpha-Linolensäure (C18:3) → C18:4 durch die delta-6-Desaturase (Enzym, das an der sechsten C-C-Bindung – vom Carboxyl (COOH)-Ende der Fettsäurekette aus gesehen – durch Übertragung von Elektronen eine Doppelbindung einfügt)
• C18:4 → C20:4 durch die Fettsäure-Elongase (Enzym, das Fettsäuren um einen C2-Körper verlängert)
• C20:4 → Eicosapentaensäure (C20:5) durch die delta-5-Desaturase (Enzym, das an der fünften C-C-Bindung – vom Carboxyl (COOH)-Ende der Fettsäurekette aus gesehen – durch Übertragung von Elektronen eine Doppelbindung einfügt)

Die Umwandlung von Alpha-Linolensäure zu DHA verläuft wie folgt [1, 2]:

• Zuerst Umwandlung von ALA (C18:3) zu EPA (C20:5) - siehe oben, dann:
• C20:5 → Docosapentaensäure (C22:5) → Tetracosapentaensäure (C24:5) durch die Fettsäure-Elongase
• C24:5 → Tetracosahexaensäure (C24:6) durch die delta-6-Desaturase
• C24:6 → Docosahexaensäure (C22:6) durch ß-Oxidation (oxidative Verkürzung von Fettsäuren um jeweils 2 C-Atome) in den Peroxisomen (Zellorganellen, in denen Fettsäuren und andere Verbindungen oxidativ abgebaut werden)

Um die endogene Synthese der EPA und DHA gewährleisten zu können, ist eine ausreichende Aktivität sowohl der delta-6- als auch der delta-5-Desaturase erforderlich. Beide Desaturasen benötigen zur Aufrechterhaltung ihrer Funktion bestimmte Mikronährstoffe, insbesondere Pyridoxin (Vitamin B6), Biotin, Calcium, Magnesium, Zink und Vitamin E. Ein Mangel an diesen Mikronährstoffen führt zur Verminderung der Desaturaseaktivität und in der Folge zu einer eingeschränkten EPA- sowie DHA-Synthese [1, 4, 8, 11].

Resorption

Alpha-Linolensäure ist in der Nahrung gebunden in Triglyceriden (dreifache Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin mit drei Fettsäuren) und unterliegt im Gastrointestinaltrakt (Mund, Magen, Dünndarm) einem mechanischen und enzymatischen Abbau.

Durch die mechanische Dispersion – Kauvorgang, Magen- und Darmperistaltik – und unter Einwirkung der Galle werden die Nahrungslipide (Nahrungsfette) emulgiert und somit in kleine, für Lipasen (Enzyme, die von Lipiden freie Fettsäuren abspalten) angreifbare Öltröpfchen (0,1-0,2 µm) zerlegt. Prägastrische und gastrische (Magen) Lipasen leiten die Spaltung der Triglyceride und Phospholipide (10-30 % der Nahrungslipide) ein. Die hauptsächliche Lipolyse (Auflösung von 70-90 % der Fette) erfolgt jedoch im Duodenum (Zwölffingerdarm) und Jejunum (Leerdarm) unter Einwirkung von Esterasen aus dem Pankreas (Bauchspeicheldrüse), wie der Pankreaslipase, Carboxylester-Lipase und Phospholipase, deren Sekretion (Absonderung) durch Cholecystokinin (CCK, Peptidhormon des Magen-Darm-Traktes) stimuliert wird [1-6]. Die aus der Triglycerid- und Phospholipid-Spaltung hervorgehenden Monoglyceride (mit einer Fettsäure veresteres Glycerin), Lyso-Phospholipide (mit einer Phosphorsäure veresteres Glycerin) und freien Fettsäuren vereinen sich im Dünndarmlumen gemeinsam mit anderen hydrolysierten Lipiden, wie Cholesterol, und Gallensäuren zu gemischten Micellen (kugelförmige Gebilde mit 3-10 nm Durchmesser, in denen die Lipidmoleküle so angeordnet sind, dass die wasserlöslichen Molekülanteile nach außen und die wasserunlöslichen Molekülanteile nach innen gekehrt sind). Die Micellarphase dient zur Solubilisierung (Erhöhung der Löslichkeit) der Lipide und ermöglicht die Aufnahme lipophiler (fettlöslicher) Substanzen in die Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels) des Duodenums und Jejunums [1-5, 7].

Die Fettabsorption beträgt unter physiologischen Bedingungen zwischen 85-95 % und kann durch zwei Mechanismen erfolgen. Einerseits können Monoglyceride, Lyso-Phospholipide, Cholesterol und freie Fettsäuren aufgrund ihres lipophilen Charakters mittels passiver Diffusion durch die Phospholipid-Doppelmembran der Enterozyten gelangen. Andererseits erfolgt die Lipidaufnahme durch Beteiligung von Membranproteinen, wie FABP_pm (Fettsäure-bindendes Protein der Plasmamembran) und FAT (Fettsäure-Translocase), welche neben dem Dünndarm auch in anderen Geweben, wie Leber, Niere, Fettgewebe – Adipozyten (Fettzellen), Herz und Plazenta, vorhanden sind. Eine fettreiche Kost stimuliert die intrazelluläre (innerhalb der Zelle) Expression von FAT [1].

In den Enterozyten wird ALA, die als freie Fettsäure beziehungsweise in Form von Monoglyceriden aufgenommen und unter Einfluss intrazellulärer Lipasen freigesetzt wurde, an FABP_c (Fettsäure-bindendes Protein im Zytosol) gebunden, das eine höhere Affinität zu ungesättigten als zu gesättigten langkettigen Fettsäuren aufweist und insbesondere im Bürstensaum des Jejunums exprimiert (gebildet) wird. Anschließend erfolgt die Resynthese von Triglyceriden und Phospholipiden im glatten endoplasmatischen Retikulum (strukturreiches Zellorganell mit einem Kanalsystem von Hohlräumen, die von Membranen umgeben sind) und die Aufnahme weiterer Fettsäuren in die Enterozyten [1-4].

Es folgt die Aufnahme von Lipiden in die Chylomikronen (Lipoproteine). Diese setzen sich aus Triglyceriden, Phospholipide, Cholesterin, Cholesterinestern und Apolipoproteinen (Proteinanteil von Lipoproteinen, Funktion als strukturelles Gerüst und/oder Erkennungs- und Andockmolekül, beispielsweise für Membranrezeptoren) wie Apo B48, AI und AIV zusammen. Die Chylomikronen sind für den Transport der im Darm aufgenommenen Nahrungsfette zu peripheren Geweben und zur Leber zuständig sind [1, 3, 4, 7]. Anstelle in Chylomikronen können die Lipide auch in VLDL (very low density lipoproteins; fetthaltige Lipoproteine sehr geringer Dichte) zu den Geweben transportiert werden.

Transport und Verteilung

Die lipidreichen Chylomikronen (zu 80-90 % aus Triglyceriden bestehend) werden durch Exocytose (Stofftransport aus der Zelle) in die Zwischenräume der Enterozyten sezerniert (abgesondert) und über die Lymphe abtransportiert. Über den Truncus intestinalis (unpaarer Lymphsammelstamm der Bauchhöhle) und Ductus thoracicus (Lymphsammelstamm der Brusthöhle) gelangen die Chylomikronen in die Vena subclavia (Schlüsselbeinvene) beziehungsweise Vena jugularis (Halsader), die zur Vena brachiocephalica (linke Seite) zusammenfließen – Angulus venosus (Venenwinkel). Die Venae brachiocephalicae beider Seiten vereinen sich zur unpaaren Vena cava superior (obere Hohlvene), die in den rechten Herzvorhof mündet. Durch die Pumpkraft des Herzens werden die Chylomikronen in den peripheren Blutkreislauf eingebracht, wo sie eine Halbwertszeit (Zeit, in der sich ein Wert exponentiell mit der Zeit halbiert hat) von etwa 30 Minuten aufweisen [1-4, 8].

Während des Transports zur Leber wird ein Großteil der Triglyceride aus den Chylomikronen unter Einwirkung der Lipoproteinlipase (LPL), die sich auf der Oberfläche von Endothelzellen der Blutkapillaren befindet, in Glycerin und freie Fettsäuren gespalten, die von peripheren Geweben, wie Muskulatur und Fettgewebe, teils über passive Diffusion, teils carriervermittelt –FABP_pm; FAT –, aufgenommen werden [1-4, 7]. Durch diesen Vorgang werden die Chylomikronen zu Chylomikronen-Remnants (CM-R, fettarme Chylomikronen-Restpartikel) abgebaut, die, vermittelt durch Apolipoprotein E (ApoE), an spezifische Rezeptoren der Leber binden. Die Aufnahme der CM-R in die Leber erfolgt mittels rezeptorvermittelter Endozytose (Einstülpungsvorgang der Zellmembran → Abschnürung CM-R-haltiger Vesikel (Endosomen, Zellorganellen) ins Zellinnere). Die CM-R-reichen Endosomen fusionieren im Zytosol der Leberzellen mit Lysosomen (Zellorganellen mit hydrolysierenden Enzymen), wodurch von den Lipiden in den CM-R freie Fettsäuren abgespalten werden.
In den Leberzellen (sowie in den Leukozyten) erfolgt schließlich die Umwandlung von ALA in EPA und DHA [3].

Herstellung aus Pflanzenöl

Alpha-Linolensäure ist als Ester in vielen Triglyceriden gebunden und kann mithilfe einer alkalischen Verseifung gewonnen werden. Hierbei werden die entsprechenden Pflanzenöle wie Lein-, Walnuss-, oder Rapsöl in Kombination mit Alkalien stark erhitzt. Das Ölgemisch wird destillativ getrennt und ALA kann somit isoliert werden. Für die Herstellung wird in der Regel Leinöl verwendet.

Bei Zimmertemperatur und ohne Lufteinfluss liegt ALA als ölige, farblose und relativ geruchlose Flüssigkeit vor. Diese Fettsäure ist wasserunlöslich und oxidationsempfindlich. Unter Sauerstoff kommt es schnell zur Gelbfärbung bis hin zur Verharzung der Flüssigkeit [9].

Des Weiteren wurden die folgenden Fachbücher für die Verfassung dieses Artikels herangezogen [12].

Literatur

1. Hahn A, Ströhle A, Wolters M. Ernährung. Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. 4. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 2023
2. Elmadfa I, Leitzmann C: Ernährung des Menschen. 5. Auflage. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart 2015
3. Biesalski HK, Bischoff SC, Pirlich M, Weimann A (Hrsg.): Ernährungsmedizin. Nach dem Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer. 5. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2017
4. Kasper H: Ernährungsmedizin und Diätetik. Urban und Schwarzenberg, München 1996
5. Leitzmann C, Müller C. Michel P et al.: Ernährung in Prävention und Therapie. Hippokrates Verlag in MVS Medizinverlage Stuttgart GmbH & Co. KG (2005)
6. Lichtenstein AH, Jones PJ: Lipids: absorption and transport. In: Bowman BA, Russel RM, eds. Present Knowledge in Nutrition. 8th ed. ILSI Press; Washington D. C., 93-103 (2001)
7. Biesalski HK: Vitamine, Spurenelemente und Minerale. Indikationen, Diagnostik, Therapie. 3. Auflage, Georg Thieme Verlag, München 2024
8. Schmidt E, Schmidt N: Leitfaden Mikronährstoffe. Orthomolekulare Prävention und Therapie. 1. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München 2004
9. Helmichs Chemie-Lexikon: α-Linolensäure. Helmich Juli 2019
10. Schek A: Ernährungslehre kompakt. Umschau Zeitschriftenverlag GmbH, 4. Auflage, 2011
11. Meydani SN: Effect of (n-3) polyunsaturated fatty acids on cytokine production and their biologic function. Nutrition. 1996 Jan;12(1 Suppl): S8-14.
12. Matissek R, Hahn A: Lebensmittelchemie. 10. Auflage, Springer Spektrum Verlag, Heidelberg 2023