KETOGENEESI: KEHOTYYPIT, SYNTEESI JA HAJOAMINEN - BIOLOGIA - 2026

Ketogeneesiä on prosessi, jossa asetoasetaatti, β-hydroksibutyraatti ja asetoni saadaan, jotka yhdessä kutsutaan ketoaineita. Tämä monimutkainen ja hienosäädetty mekanismi tapahtuu mitokondrioissa rasvahappojen katabolismista.

Ketonirunkojen hankkiminen tapahtuu, kun ruumiille suoritetaan tyhjentävä paastoaika. Vaikka nämä metaboliitit syntetisoidaan pääosin maksasoluissa, niitä löydetään tärkeäksi energialähteeksi erilaisissa kudoksissa, kuten luurankolihaksessa sekä sydämen ja aivokudoksissa.

Lähde: Sav vas

Β-Hydroksibutyraatti ja asetoasetaatti ovat metaboliitteja, joita käytetään substraattina sydänlihaksessa ja munuaisen aivokuoressa. Aivoissa ketonirunnoista tulee tärkeitä energialähteitä, kun vartalo on tyhjentänyt glukoosivarastonsa.

Yleispiirteet, yleiset piirteet

Ketogeneesiä pidetään erittäin tärkeänä fysiologisena funktiona tai aineenvaihduntareittinä. Yleensä tämä mekanismi tapahtuu maksassa, vaikka on osoitettu, että se voidaan toteuttaa muissa kudoksissa, jotka kykenevät metaboloimaan rasvahapot.

Ketonirunkojen muodostuminen on tärkein asetyyli-CoA: n metabolinen johdannainen. Tämä metaboliitti saadaan metaboliapolusta, joka tunnetaan nimellä β-hapetus, joka on rasvahappojen hajoaminen.

Glukoosin saatavuus kudoksissa, joissa tapahtuu β-hapettumista, määrää asetyyli-CoA: n metabolisen kohtalon. Erityisissä tilanteissa hapettuneet rasvahapot kohdistuvat melkein kokonaan ketonikappaleiden synteesiin.

Ketonirunkojen tyypit ja ominaisuudet

Tärkein ketonirunko on asetoasetaatti tai asetoetikkahappo, jota syntetisoidaan pääasiassa maksasoluissa. Muut ketonirunkoiset molekyylit ovat peräisin asetoasetaatista.

Asetoetikkahapon pelkistys saa aikaan D-P-hydroksibutyraatin, toisen ketonirungon. Asetoni on yhdiste, jota on vaikea hajottaa ja jota tuottaa asetoasetaatin spontaani dekarboksylointireaktio (joten se ei vaadi minkään entsyymin puuttumista), kun se on läsnä veressä suurina pitoisuuksina.

Ketonirunkojen nimeäminen on annettu tavanomaisesti, koska tiukasti ottaen P-hydroksibutyraatilla ei ole ketonifunktiota. Nämä kolme molekyyliä liukenevat veteen, mikä helpottaa niiden kuljetusta veressä. Sen päätehtävänä on tarjota energiaa tietyille kudoksille, kuten luustolle ja sydänlihakselle.

Ketonirunkojen muodostukseen osallistuvat entsyymit ovat pääasiassa maksa- ja munuaissoluissa, mikä selittää, miksi nämä kaksi sijaintia ovat näiden metaboliittien päätuottajat. Sen synteesi tapahtuu yksinomaan ja yksinomaan solujen mitokondriaalimatriisissa.

Kun nämä molekyylit on syntetisoitu, ne siirtyvät verenkiertoon ja kulkevat niitä tarvitseviin kudoksiin, missä ne hajoavat asetyyli-CoA: ksi.

Ketonirunkojen synteesi

Edellytykset ketogeneesille

Β-hapettumisesta johtuvan asetyyli-CoA: n metabolinen kohtalo riippuu kehon aineenvaihduntavaatimuksista. Tämä hapetetaan CO ₂ ja H ₂ O kautta sitruunahappokiertoon tai rasvahappojen synteesiä, jos lipidien metaboliaa ja hiilihydraatit on stabiili runko.

Kun keho tarvitsee hiilihydraattien muodostumista, oksaloasetaattia käytetään glukoosin valmistukseen (glukoneogeneesi) sitruunahapposyklin aloittamisen sijasta. Tätä tapahtuu, kuten mainittiin, kun keholla on jonkin verran kyvyttömyyttä saada glukoosia, esimerkiksi pitkittyneen paaston tai diabeteksen ollessa kyseessä.

Tästä syystä rasvahappojen hapettumisesta muodostuvaa asetyyli-CoA: ta käytetään ketonirunkojen tuotantoon.

Mekanismi

Ketogeneesiprosessi alkaa p-hapettumisen tuotteista: asetasetyyli-CoA tai asetyyli-CoA. Kun substraatti on asetyyli-CoA, ensimmäinen vaihe koostuu kahden molekyylin kondensoinnista, reaktiosta, jota katalysoi asetyyli-CoA-transferaasi, asetasetyyli-CoA: n tuottamiseksi.

Asetyyli-CoA kondensoidaan kolmannen asetyyli-CoA: n kanssa HMG-CoA-syntaasin vaikutuksella, jotta saadaan HMG-CoA (β-hydroksi-β-metyyliglutaryyli-CoA). HMG-CoA hajoaa asetoasetaatiksi ja asetyyli-CoA: ksi HMG-CoA-lyaasin vaikutuksella. Tällä tavalla saadaan ensimmäinen ketonirunko.

Asetoasetaatti pelkistetään P-hydroksibutyraatiksi toimimalla P-hydroksibutyraattidehydrogenaasia. Tämä reaktio on riippuvainen NADH: sta.

Tärkein asetoasetaattiketonirunko on β-ketohappo, joka läpikäy ei-entsymaattisen dekarboksyloinnin. Tämä prosessi on yksinkertainen ja tuottaa asetonia ja hiilidioksidia .

Tämä reaktiosarja aiheuttaa siten ketonirunkoja. Nämä veteen liukenevat voidaan kuljettaa helposti verenkierron läpi ilman tarvetta kiinnittyä albumiinirakenteeseen, kuten vesiliuokseen liukenemattomien rasvahappojen tapauksessa.

Β -hapetus ja ketogeneesi liittyvät toisiinsa

Rasvahappojen metabolia tuottaa substraatteja ketogeneesille, joten nämä kaksi reittiä ovat toiminnallisesti toisiinsa liittyviä.

Asetosetyyli-CoA on rasvahappojen metabolian estäjä, koska se pysäyttää asyyli-CoA-dehydrogenaasin aktiivisuuden, joka on ensimmäinen β-hapettumisen entsyymi. Lisäksi se estää myös asetyyli-CoA-transferaasia ja HMG-CoA-syntaasia.

HMG-CoA-syntaasi-entsyymit, CPT-I: n (entsyymi, joka osallistuu asyylikarnitiinin tuotantoon β-hapetuksessa) alaisuudessa, on tärkeä säätelyrooli rasvahappojen muodostumisessa.

P-hapettumisen säätely ja sen vaikutus ketogeneesiin

Organismien ruokinta säätelee monimutkaista joukkoa hormonaalisia signaaleja. Ruokavaliossa kuluneet hiilihydraatit, aminohapot ja lipidit talletetaan triasyyliglyserolien muodossa rasvakudoksessa. Insuliini, anabolinen hormoni, osallistuu lipidien synteesiin ja triasyyliglyserolien muodostumiseen.

Mitokondrioiden tasolla β-hapettumista hallitaan joidenkin substraattien pääsyn ja osallistumisen kautta mitokondrioihin. CPT I -entsyymi syntetisoi asyylikarnitiinin sytosolisesta Acyl CoA: sta.

Kun vartaloa ruokitaan, asetyyli-CoA-karboksylaasi aktivoituu ja sitraatti lisää CPT I -tasoja, kun taas sen fosforylaatio (syklisestä AMP: stä riippuvainen reaktio) vähenee.

Tämä aiheuttaa malonyyli-CoA: n kertymistä, joka stimuloi rasvahappojen synteesiä ja estää niiden hapettumisen estämällä turhaa sykliä.

Paastoamisen tapauksessa karboksylaasin aktiivisuus on erittäin heikko, koska CPT I -entsyymin tasot ovat vähentyneet, ja se on myös fosforyloitu, aktivoimalla ja edistämällä lipidien hapettumista, mikä myöhemmin sallii ketonirunkojen muodostumisen läpi asetyyli-CoA.

hajoaminen

Ketonirungot diffundoituvat ulos soluista, joissa ne syntetisoitiin, ja kuljetetaan verenkierron kautta perifeerisiin kudoksiin. Näissä kudoksissa ne voidaan hapettaa trikarboksyylihapposyklin kautta.

Ääreisissä kudoksissa β-hydroksibutyraatti hapetetaan asetoasetaatiksi. Myöhemmin läsnä oleva asetoasetaatti aktivoidaan entsyymin 3-ketoasyyli-CoA-transferaasin vaikutuksella.

Sukkinyyli-CoA toimii CoA-luovuttajana muuttamalla itsensä sukkinaatioksi. Asetoasetaatin aktivointi tapahtuu estäen sukkinyyli-CoA: n muuttumisesta sukkinaatiksi sitruunahapposyklissä kytkettynä GTP: n synteesiin sukkinyyli-CoA-syntaasin vaikutuksella.

Tuloksena oleva asetoasetyyli-CoA läpikäy tiolyyttisen hajoamisen, tuottaen kaksi asetyyli-CoA-molekyyliä, jotka sisällytetään trikarboksyylihapposykliin, tunnetaan paremmin Krebs-syklisenä.

Maksasoluista puuttuu 3-ketoasyyli-CoA-transferaasi, estäen tämän metaboliitin aktivoitumista näissä soluissa. Tällä tavoin taataan, että ketonirungot eivät hapettu soluissa, joissa ne on tuotettu, vaan että ne voidaan siirtää kudoksiin, missä niiden aktiivisuus vaaditaan.

Ketonirunkojen lääketieteellinen merkitys

Ihmiskehossa veressä olevat suuret ketonirunkojen pitoisuudet voivat aiheuttaa erityisolosuhteita, joita kutsutaan asidoosiksi ja ketonemiaksi.

Näiden metaboliittien valmistus vastaa rasvahappojen ja hiilihydraattien katabolia. Yksi yleisimmistä patologisen ketogeenisen tilan syistä on etikkahapon dikarbonaattifragmenttien korkea konsentraatio, jotka eivät hajoa trikarboksyylihapon hapettumisreitillä.

Seurauksena veressä olevien ketonirunkojen pitoisuudet ovat nousseet yli 2 - 4 mg / 100 N ja niiden esiintyminen virtsassa. Tämä johtaa näiden metaboliittien välimetabolian häiriöihin.

Tietyt aivolisäkkeen neuroglandulaaristen tekijöiden viat, jotka säätelevät ketonikappaleiden hajoamista ja synteesiä, sekä hiilivetyjen metabolian häiriöt, ovat syynä hyperketonemian tilaan.

Diabetes mellitus ja ketonirunkojen kertyminen

Diabetes mellitus (tyyppi 1) on endokriinisairaus, joka aiheuttaa lisääntyneen ketonirunkojen tuotannon. Riittämätön insuliinituotanto estää glukoosin kulkeutumisen lihaksiin, maksaan ja rasvakudokseen, kertyen siten vereen.

Solut ilman glukoosia aloittavat glukoneogeneesin prosessin ja rasvan ja proteiinien hajoamisen niiden aineenvaihdunnan palauttamiseksi. Seurauksena on, että oksaloasetaattipitoisuudet vähenevät ja lipidien hapettuminen kasvaa.

Sitten tapahtuu asetyyli-CoA: n kerääntyminen, joka ei oksaaloasetaatin puuttuessa voi seurata sitruunahapporeittiä aiheuttaen tälle sairaudelle tyypillisen ketonirunkojen suuren tuotannon.

Asetonin kertyminen havaitaan sen läsnä ollessa tämän tilan ihmisten virtsaan ja hengitykseen, ja se on itse asiassa yksi oireista, jotka viittaavat tämän taudin ilmenemiseen.

Viitteet

1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogeneesi astrosyyteissä: karakterisointi, säätely ja mahdollinen sytoprotektiivinen rooli (Väitöskirja, Madridin Complutense-yliopisto, julkaisupalvelu).
2. Devlin, TM (1992). Biokemian oppikirja: kliinisillä korrelaatioilla.
3. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Biokemia. Thomson Brooks / Cole.
4. McGarry, JD, Mannaerts, GP, ja Foster, DW (1977). Malonyyli-CoA: n mahdollinen rooli maksarasvahappojen hapettumisen ja ketogeneesin säätelyssä. The Journal of kliininen tutkimus, 60 (1), 265 - 270.
5. Melo, V., Ruiz, VM, ja Cuamatzi, O. (2007). Metabolisten prosessien biokemia. Reverte.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Biokemian Lehninger-periaatteet. Macmillan.
7. Pertierra, AG, Gutiérrez, CV, ym., CM (2000). Metabolisen biokemian perusteet. Toimituksellinen Tébar.
8. Voet, D., ja Voet, JG (2006). Biokemia. Panamerican Medical Ed.