KETOGENEZĖ: KŪNO TIPAI, SINTEZĖ IR SKAIDYMAS - BIOLOGIJA - 2025

Ketogenezę yra procesas, kurio metu yra gautas acetoacetatas, β-hidroksibutirato ir acetonas, kurie kartu yra vadinami ketoniniams kūnams. Šis sudėtingas ir tiksliai sureguliuotas mechanizmas vyksta mitochondrijose, pradedant nuo riebalų rūgščių katabolizmo.

Ketoniniai kūnai gaunami tada, kai kūnas yra išsekęs nevalgius. Nors šie metabolitai dažniausiai sintetinami kepenų ląstelėse, jie yra svarbūs energijos šaltiniai įvairiuose audiniuose, pavyzdžiui, griaučių raumenyse, širdies ir smegenų audiniuose.

Šaltinis: Sav vas

Β-Hidroksibutiratas ir acetoacetatas yra metabolitai, naudojami kaip substratai širdies raumenyje ir inksto žievėje. Smegenyse ketonų kūnai tampa svarbiais energijos šaltiniais, kai kūnas išeikvoja gliukozės atsargas.

Bendrosios savybės

Ketogenezė laikoma labai svarbia fiziologine funkcija arba metaboliniu keliu. Paprastai šis mechanizmas vyksta kepenyse, nors buvo įrodyta, kad jis gali būti vykdomas kituose audiniuose, gebančiuose metabolizuoti riebalų rūgštis.

Ketonų kūnų susidarymas yra pagrindinis metabolinis acetil-CoA darinys. Šis metabolitas gaunamas metabolizmo būdu, vadinamu β-oksidacija, tai yra riebalų rūgščių skilimas.

Gliukozės prieinamumas audiniuose, kuriuose vyksta β oksidacija, lemia acetil-CoA metabolinį likimą. Tam tikrose situacijose oksiduotos riebalų rūgštys yra beveik visiškai nukreiptos į ketonų kūnų sintezę.

Ketonų kūnų tipai ir savybės

Pagrindinis ketonų kūnas yra acetoacetatas arba acetoacto rūgštis, daugiausia sintetinami kepenų ląstelėse. Kitos molekulės, sudarančios ketonų kūnus, gaunamos iš acetoacetato.

Actoacto rūgšties redukcija sukelia D-β-hidroksibutiratą, antrąjį ketonų kūną. Acetonas yra junginys, kurį sunku skaidyti ir kuris susidaro dėl savaiminio acetoacetato dekarboksilinimo reakcijos (todėl jam nereikia jokio fermento įsikišimo), kai jo koncentracija kraujyje yra didelė.

Ketonų kūnų žymėjimas buvo pateiktas pagal susitarimą, nes griežtai tariant, β-hidroksibutiratas neturi ketono funkcijos. Šios trys molekulės tirpsta vandenyje, o tai palengvina jų transportavimą kraujyje. Pagrindinė jo funkcija yra tiekti energiją tam tikriems audiniams, tokiems kaip griaučių ir širdies raumenys.

Fermentai, dalyvaujantys formuojant ketonų kūnus, daugiausia yra kepenų ir inkstų ląstelėse, ir tai paaiškina, kodėl šios dvi vietos yra pagrindiniai šių metabolitų gamintojai. Jos sintezė vyksta tik ir išskirtinai ląstelių mitochondrijų matricoje.

Susintetinus šias molekules, jos patenka į kraują ir patenka į audinius, kuriems jos reikia, kur jos skaidomos į acetil-CoA.

Ketonų kūnų sintezė

Ketogenezės sąlygos

Metabolinis acetil-CoA likimas, atsirandantis dėl β-oksidacijos, priklauso nuo organizmo medžiagų apykaitos poreikių. Citrinų rūgšties ciklo metu arba riebalų rūgščių sintezės metu jis oksiduojamas į CO ₂ ir H ₂ O, jei lipidų ir angliavandenių metabolizmas organizme yra stabilus.

Kai kūnui reikia formuoti angliavandenius, oksalacetatas yra naudojamas gliukozės gamybai (gliukoneogenezei), užuot pradėjus citrinos rūgšties ciklą. Tai įvyksta, kaip minėta, kai organizmas nesugeba gauti gliukozės tokiais atvejais, kaip ilgalaikis badavimas ar diabetas.

Dėl šios priežasties acetono-CoA, susidarantis dėl riebalų rūgščių oksidacijos, yra naudojamas ketonų kūnų gamybai.

Mechanizmas

Ketogenezės procesas prasideda nuo β-oksidacijos produktų: acetacetil-CoA arba acetil-CoA. Kai substratas yra acetil-CoA, pirmąjį žingsnį sudaro dviejų molekulių kondensacija - reakcija, katalizuojama acetil-CoA transferaze, ir gaunamas acetacetil-CoA.

Acetacetil-CoA kondensuojamas su trečiuoju acetil-CoA, veikiant HMG-CoA sintazei, kad susidarytų HMG-CoA (β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA). HMG-CoA skaidomas į acetoacetatą ir acetil-CoA veikiant HMG-CoA lizazei. Tokiu būdu gaunamas pirmasis ketonų kūnas.

Acetoacetatas redukuojamas į β-hidroksibutiratą, įsikišus β-hidroksibutirato dehidrogenazei. Ši reakcija priklauso nuo NADH.

Pagrindinis acetoacetato ketonų kūnas yra β-keto rūgštis, kuri patiria ne enziminį dekarboksilinimą. Šis procesas yra paprastas ir gaunamas acetonas ir CO _2.

Taigi ši reakcijų seka sukelia ketonų kūnus. Tai tirpūs vandenyje gali būti lengvai pernešami per kraują, nereikia jų tvirtinti prie albumino struktūros, kaip tai daroma riebiosiose rūgštyse, kurios netirpsta vandeninėje terpėje.

Β-oksidacija ir ketogenezė yra susijusios

Riebalų rūgščių metabolizmas sukuria ketogenezės substratus, todėl šie du būdai yra funkciškai susiję.

Acetoacetil-CoA yra riebalų rūgščių metabolizmo inhibitorius, nes jis sustabdo acil-CoA dehidrogenazės, kuri yra pirmasis β oksidacijos fermentas, veiklą. Be to, jis slopina acetil-CoA transferazę ir HMG-CoA sintazę.

Fermentas HMG-CoA sintazė, pavaldus CPT-I (fermentas, gaminantis acilkarnitiną gaminant β-oksidaciją), vaidina svarbų reguliavimo vaidmenį formuojant riebalų rūgštis.

Β-oksidacijos reguliavimas ir jo poveikis ketogenezei

Organizmų maitinimas reguliuoja sudėtingą hormoninių signalų rinkinį. Dietos metu vartojami angliavandeniai, amino rūgštys ir lipidai riebaliniame audinyje nusėda triacilglicerolių pavidalu. Insulinas, anabolinis hormonas, dalyvauja lipidų sintezėje ir triacilglicerolių susidaryme.

Mitochondrijų lygmenyje β oksidacija kontroliuojama tam tikrų substratų patekimu ir dalyvavimu mitochondrijose. CPT I fermentas sintetina acilo karnitiną iš citozolinio Acyl CoA.

Kai kūnas maitinamas, suaktyvėja acetil-CoA karboksilazė ir citratas padidina CPT I lygį, o jo fosforilinimas (reakcija priklauso nuo ciklinio AMP) mažėja.

Dėl to kaupiasi malonilo CoA, kuris stimuliuoja riebalų rūgščių sintezę ir blokuoja jų oksidaciją, užkertant kelią beprasmio ciklo susidarymui.

Pasninko atveju karboksilazės aktyvumas yra labai mažas, nes buvo sumažintas CPT I fermento kiekis, jis taip pat fosforilintas, suaktyvindamas ir skatindamas lipidų oksidaciją, kuris vėliau leis susidaryti ketonų kūneliams per acetil-CoA.

Degradacija

Ketonų kūnai išsisklaido iš ląstelių, kur jie buvo susintetinti, ir per kraują pernešami į periferinius audinius. Šiuose audiniuose jie gali būti oksiduojami per trikarboksirūgšties ciklą.

Periferiniuose audiniuose β-hidroksibutiratas oksiduojamas į acetoacetatą. Vėliau esantis acetoacetatas aktyvuojamas veikiant fermentui 3-ketoacil-CoA transferazei.

Succinyl-CoA veikia kaip CoA donoras, paversdamas save sukcinatu. Acetoacetatas suaktyvinamas siekiant užkirsti kelią sukcinilo-CoA virsmui sukcinatas citrinos rūgšties cikle, kai GTP sintezę jungia sukcinil-CoA sintazė.

Gautas acetoacetil-CoA skaidomas tiolitiškai, gaunant dvi acetil-CoA molekules, kurios yra įtrauktos į trikarboksirūgšties ciklą, geriau žinomą kaip Krebso ciklas.

Kepenų ląstelėms trūksta 3-ketoacil-CoA transferazės, neleidžiančioms aktyvuoti šio metabolito šiose ląstelėse. Tokiu būdu garantuojama, kad ketonų kūneliai neoksiduoja ląstelėse, kuriose jie buvo gaminami, bet gali būti pernešami į audinius ten, kur reikalingas jų aktyvumas.

Ketoninių kūnų medicininė svarba

Žmogaus kūne didelė ketonų kūnų koncentracija kraujyje gali sukelti specialias sąlygas, vadinamas acidoze ir ketonemija.

Šių metabolitų gamyba atitinka riebalų rūgščių ir angliavandenių katabolizmą. Viena iš labiausiai paplitusių patologinės ketogeninės būklės priežasčių yra didelė acto dikarbonato fragmentų, kurie nėra skaidomi trikarboksirūgšties oksidacijos keliu, koncentracija.

Dėl to padidėja ketonų kūnų kiekis kraujyje virš 2–4 mg / 100 N ir jų buvimas šlapime. Dėl to sutrinka tarpinis šių metabolitų metabolizmas.

Hiperketonemijos priežastis yra tam tikri hipofizės neuroglandulinių veiksnių, kurie reguliuoja ketonų kūnų skaidymąsi ir sintezę, defektai, taip pat angliavandenilių apykaitos sutrikimai.

Cukrinis diabetas ir ketonų kūnų kaupimasis

Cukrinis diabetas (1 tipas) yra endokrininė liga, dėl kurios padidėja ketonų kūnų gamyba. Nepakankamas insulino gaminimas neleidžia transportuoti gliukozės į raumenis, kepenis ir riebalinį audinį, taigi kaupiasi kraujyje.

Ląstelės, neturinčios gliukozės, pradeda gliukoneogenezės procesą ir riebalų bei baltymų skaidymąsi, kad atstatytų jų metabolizmą. Dėl to mažėja oksaloacetato koncentracija ir padidėja lipidų oksidacija.

Tada susikaupia acetil-CoA, kuris, nesant oksalacetato, negali sekti citrinos rūgšties kelio, todėl susidaro didelis šiai ligai būdingas ketonų kūnų gaminimas.

Acetono kaupimasis nustatomas pagal jo buvimą žmonių, sergančių šia liga, šlapime ir kvėpavime, ir tai iš tikrųjų yra vienas iš simptomų, rodančių šios ligos pasireiškimą.

Nuorodos

1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogenezė astrocituose: apibūdinimas, reguliavimas ir galimas citoprotekcinis vaidmuo (Daktaro disertacija, Madrido „Complutense“ universitetas, Leidinių tarnyba).
2. Devlin, TM (1992). Biochemijos vadovėlis: su klinikinėmis koreliacijomis.
3. Garrett, RH ir Grisham, CM (2008). Biochemija. Thomsonas Brooksas / Cole'as.
4. McGarry, JD, Mannaerts, GP, ir Foster, DW (1977). Galimas malonil-CoA vaidmuo reguliuojant kepenų riebalų rūgščių oksidaciją ir ketogenezę. Klinikinių tyrimų žurnalas, 60 (1), 265–270.
5. Melo, V., Ruiz, V. M. ir Cuamatzi, O. (2007). Metabolinių procesų biochemija. Grąžinti.
6. Nelsonas, D. L., Lehningeris, AL ir „Cox“, MM (2008). Lehningerio biochemijos principai. Macmillanas.
7. Pertierra, AG, Gutiérrez, CV ir kt., CM (2000). Metabolinės biochemijos pagrindai. Redakcija Tébar.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemija. Panamerican Medical Ed.