KETOGENESE: KROPPSTYPER, SYNTESE OG NEDBRYTNING - BIOLOGI - 2026

Den ketogenese er den prosess ved hvilken den acetoacetat, β-hydroksybutyrat og aceton erholdes, som sammen kalles ketonlegemer. Denne komplekse og finregulerte mekanismen finner sted i mitokondriene, fra katabolisme av fettsyrer.

Innhenting av ketonlegemer skjer når kroppen blir utsatt for uttømmende perioder med faste. Selv om disse metabolittene stort sett syntetiseres i leverceller, blir de funnet som en viktig energikilde i forskjellige vev, for eksempel skjelettmuskulatur og i hjerte- og hjernevev.

Kilde: Sav vas

Β-hydroksybutyrat og acetoacetat er metabolitter som brukes som underlag i hjertemuskelen og nyrebarken. I hjernen blir ketonlegemer viktige energikilder når kroppen har tømt glukoselageret.

Generelle egenskaper

Ketogenese anses som en veldig viktig fysiologisk funksjon eller metabolsk vei. Generelt finner denne mekanismen sted i leveren, selv om det er vist at den kan utføres i andre vev som er i stand til å metabolisere fettsyrer.

Dannelsen av ketonlegemer er den viktigste metabolske derivasjonen av acetyl-CoA. Denne metabolitten oppnås fra den metabolske banen kjent som ß-oksidasjon, som er nedbrytningen av fettsyrer.

Tilgjengeligheten av glukose i vevene hvor ß-oksidasjon oppstår, bestemmer den metabolske skjebnen til acetyl-CoA. I spesielle situasjoner er de oksiderte fettsyrene nesten fullstendig rettet mot syntesen av ketonlegemer.

Typer og egenskaper for ketonlegemer

Det viktigste ketonlegemet er acetoacetat eller eddiksyre, som for det meste syntetiseres i leverceller. De andre molekylene som utgjør ketonlegemer er avledet fra acetoacetat.

Reduksjonen av eddiksyre gir opphav til D-ß-hydroksybutyrat, den andre ketonlegemet. Aceton er en forbindelse som er vanskelig å nedbryte og produseres ved en spontan dekarboksyleringsreaksjon av acetoacetat (slik at den ikke krever intervensjon av noe enzym), når det er tilstede i høye konsentrasjoner i blodet.

Betegnelsen på ketonlegemer er blitt tilveiebragt ved en konvensjon, siden strengt tatt β-hydroksybutyrat ikke har en ketonfunksjon. Disse tre molekylene er løselige i vann, noe som letter transporten deres i blodet. Dets viktigste funksjon er å gi energi til visse vev som skjelett- og hjertemuskulatur.

Enzymene som er involvert i dannelsen av ketonlegemer er hovedsakelig i lever- og nyreceller, noe som forklarer hvorfor disse to stedene er hovedprodusentene av disse metabolittene. Syntesen skjer utelukkende og utelukkende i den mitokondrielle matrisen til celler.

Når disse molekylene er syntetisert, passerer de inn i blodomløpet og går til vevene som krever dem, hvor de nedbrytes til acetyl-CoA.

Syntese av ketonlegemer

Betingelser for ketogenese

Den metabolske skjebnen til acetyl-CoA fra ß-oksidasjon avhenger av kroppens metabolske krav. Dette oksyderes til CO ₂ og H ₂ O via sitronsyresyklusen eller syntesen av fettsyrer, hvis metabolisme av lipider og karbohydrater er stabil i kroppen.

Når kroppen trenger dannelse av karbohydrater, brukes oksaloacetat til fremstilling av glukose (glukoneogenese) i stedet for å starte sitronsyresyklusen. Dette forekommer som nevnt når kroppen har en viss manglende evne til å få glukose, i tilfeller som langvarig faste eller tilstedeværelsen av diabetes.

På grunn av dette brukes acetyl-CoA som følge av oksidasjon av fettsyrer til fremstilling av ketonlegemer.

Mekanisme

Ketogeneseprosessen begynner fra produktene fra ß-oksidasjon: acetacetyl-CoA eller acetyl-CoA. Når underlaget er acetyl-CoA, består det første trinnet av kondensasjon av to molekyler, en reaksjon katalysert av acetyl-CoA-transferase, for å produsere acetacetyl-CoA.

Acetacetyl-CoA kondenseres med en tredje acetyl-CoA gjennom virkningen av HMG-CoA-syntase for å produsere HMG-CoA (ß-hydroksy-ß-metylglutaryl-CoA). HMG-CoA nedbrytes til acetoacetat og acetyl-CoA ved virkning av HMG-CoA lyase. På denne måten oppnås det første ketonlegemet.

Acetoacetat reduseres til β-hydroksybutyrat ved intervensjon av ß-hydroksybutyrat dehydrogenase. Denne reaksjonen er avhengig av NADH.

Den viktigste acetoacetatketonlegemet er en ß-ketosyre, som gjennomgår ikke-enzymatisk dekarboksylering. Denne prosessen er enkel og produserer aceton og CO _2.

Denne reaksjonsserien gir dermed opphav til ketonlegemer. Disse som er oppløselige i vann kan lett transporteres gjennom blodomløpet, uten at de trenger å være forankret til en albuminstruktur, som tilfellet er fettsyrer som er uoppløselige i vandig medium.

Β-oksidasjon og ketogenese er relatert

Fettsyremetabolismen produserer underlag for ketogenese, så disse to traséene er funksjonelt beslektede.

Acetoacetyl-CoA er en hemmer av fettsyremetabolismen, siden det stopper aktiviteten til acyl-CoA dehydrogenase, som er det første enzymet til ß-oksidasjon. Videre utøver den også hemming på acetyl-CoA-transferase og HMG-CoA-syntase.

Enzymet HMG-CoA-syntase, underordnet av CPT-I (et enzym involvert i produksjonen av acylkarnitin i ß-oksidasjon), spiller en viktig regulerende rolle i dannelsen av fettsyrer.

Regulering av ß-oksidasjon og dens virkning på ketogenese

Fôring av organismer regulerer et komplekst sett med hormonelle signaler. Karbohydratene, aminosyrene og lipidene som konsumeres i kostholdet blir avsatt i form av triacylglyseroler i fettvev. Insulin, et anabole hormon, er involvert i syntesen av lipider og dannelsen av triacylglyseroler.

På mitokondrialt nivå kontrolleres ß-oksidasjon ved inntreden og deltakelse av noen underlag i mitokondriene. CPT I-enzymet syntetiserer Acyl Carnitine fra cytosolic Acyl CoA.

Når kroppen blir matet, aktiveres Acetyl-CoA-karboksylase og sitrat øker CPT I-nivåene, mens fosforylering (reaksjon avhengig av syklisk AMP) reduseres.

Dette fører til en akkumulering av malonyl CoA, som stimulerer syntesen av fettsyrer og blokkerer oksidasjonen deres, og forhindrer at det blir generert en futil syklus.

Når det gjelder faste, er karboksylaseaktiviteten veldig lav siden nivåene av CPT I-enzymet er redusert, og den har også blitt fosforylert, aktivert og fremmet oksidasjon av lipider, som deretter vil tillate dannelse av ketonlegemer gjennom acetyl-CoA.

nedbrytning

Ketonlegemer diffunderer ut fra cellene der de ble syntetisert og transporteres til perifert vev av blodomløpet. I disse vevene kan de oksideres gjennom trikarboksylsyresyklusen.

I perifere vev oksideres β-hydroksybutyrat til acetoacetat. Deretter aktiveres det tilstedeværende acetoacetat ved virkningen av enzymet 3-ketoacyl-CoA-transferase.

Succinyl-CoA fungerer som en CoA-donor ved å konvertere seg selv til å succinere. Aktivering av acetoacetat skjer for å forhindre at succinyl-CoA blir omdannet til succinat i sitronsyresyklusen, med koblet syntese av GTP ved virkning av succinyl-CoA-syntase.

Den resulterende acetoacetyl-CoA gjennomgår en tiolytisk nedbrytning og produserer to acetyl-CoA-molekyler som er inkorporert i trikarboksylsyresyklusen, bedre kjent som Krebs-syklusen.

Leverceller mangler 3-ketoacyl-CoA-transferase, noe som forhindrer at denne metabolitten aktiveres i disse cellene. På denne måten er det garantert at ketonlegemer ikke oksiderer i cellene der de ble produsert, men at de kan overføres til vevene der deres aktivitet er nødvendig.

Medisinsk relevans av ketonlegemer

I menneskekroppen kan høye konsentrasjoner av ketonlegemer i blodet forårsake spesielle forhold kalt acidose og ketonemi.

Produksjonen av disse metabolittene tilsvarer katabolismen av fettsyrer og karbohydrater. En av de vanligste årsakene til en patologisk ketogen tilstand er den høye konsentrasjonen av eddikikarbonatfragmenter som ikke blir forringet av trikarboksylsyreoksidasjonsveien.

Som en konsekvens er det en økning i nivåene av ketonlegemer i blodet over 2 til 4 mg / 100 N og deres tilstedeværelse i urinen. Dette resulterer i forstyrrelse av mellomliggende metabolisme av disse metabolittene.

Visse defekter i hypofysen nevroglandulære faktorer som regulerer nedbrytning og syntese av ketonlegemer, sammen med forstyrrelser i metabolismen av hydrokarboner, er årsaken til tilstanden til hyperketonemi.

Diabetes mellitus og ansamling av ketonlegemer

Diabetes mellitus (type 1) er en endokrin sykdom som forårsaker økt produksjon av ketonlegemer. Mangelfull insulinproduksjon deaktiverer transporten av glukose til muskler, lever og fettvev, og akkumuleres dermed i blodet.

Celler i fravær av glukose begynner prosessen med glukoneogenese og nedbrytning av fett og protein for å gjenopprette metabolismen. Som en konsekvens avtar oksaloacetatkonsentrasjonen og lipidoksidasjonen øker.

En akkumulering av acetyl-CoA skjer da, som i fravær av oksaloacetat ikke kan følge sitronsyreveien, og dermed forårsake høy produksjon av ketonlegemer, karakteristisk for denne sykdommen.

Akkumulering av aceton oppdages av tilstedeværelsen i urinen og pusten fra mennesker som har denne tilstanden, og er faktisk et av symptomene som indikerer manifestasjonen av denne sykdommen.

referanser

1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogenese i astrocytter: karakterisering, regulering og mulig cytoprotektiv rolle (doktorgradsavhandling, Complutense University of Madrid, Publications Service).
2. Devlin, TM (1992). Lærebok for biokjemi: med kliniske korrelasjoner.
3. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Biokjemi. Thomson Brooks / Cole.
4. McGarry, JD, Mannaerts, GP, & Foster, DW (1977). En mulig rolle for malonyl-CoA i reguleringen av leverfettsyreoksidasjon og ketogenese. Journal of clinical study, 60 (1), 265-270.
5. Melo, V., Ruiz, VM, & Cuamatzi, O. (2007). Biokjemi av metabolske prosesser. Reverte.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-prinsippene for biokjemi. Macmillan.
7. Pertierra, AG, Gutiérrez, CV, & Others, CM (2000). Grunnleggende om metabolsk biokjemi. Redaksjonell Tébar.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokjemi. Panamerican Medical Ed.