Vrste ketogeneze teles ketona, sinteza in razgradnja



The ketogeneza je postopek, pri katerem dobimo acetoacetat, β-hidroksibutirat in aceton, ki se skupaj imenujejo ketonska telesa. Ta kompleksen in fino reguliran mehanizem se izvaja v mitohondrijih, od katabolizma maščobnih kislin.

Pridobivanje ketonskih teles poteka, ko je organizem izpostavljen izčrpnim obdobjem posta. Čeprav se ti presnovki večinoma sintetizirajo v jetrnih celicah, so na voljo kot pomemben vir energije v različnih tkivih, kot so skeletne mišice in srčna in možganska tkiva..

Hydroxy-hidroksibutirat in acetoacetat sta metabolita, ki se uporabljata kot substrati v srčni mišici in ledvični skorji. V možganih postanejo telesi ketona pomembni viri energije, ko telo izčrpa svoje rezerve glukoze.

Indeks

  • 1 Splošne značilnosti
  • 2 Vrste in lastnosti ketonskih teles
  • 3 Sinteza teles ketona
    • 3.1 Pogoji za ketogenezo
    • 3.2 Mehanizem
    • 3.3 β-oksidacija in ketogeneza sta povezani
    • 3.4 Ureditev β-oksidacije in njen vpliv na ketogenezo
  • 4 Razgradnja
  • 5 Medicinski pomen ketonskih teles
    • 5.1 Diabetes mellitus in kopičenje ketonskih teles
  • 6 Reference

Splošne značilnosti

Ketogeneza velja za zelo pomembno fiziološko funkcijo ali presnovno pot. Na splošno se ta mehanizem izvaja v jetrih, čeprav je bilo dokazano, da se lahko izvaja v drugih tkivih, ki lahko presnavljajo maščobne kisline..

Nastajanje ketonskih teles je glavni presnovni derivat acetil-CoA. Ta metabolit se pridobiva iz metabolne poti, poznane kot β-oksidacija, ki je razgradnja maščobnih kislin..

Razpoložljivost glukoze v tkivih, kjer se pojavi β-oksidacija, določa presnovno usodo acetil-CoA. V posebnih razmerah so oksidirane maščobne kisline skoraj v celoti usmerjene v sintezo ketonskih teles.

Vrste in lastnosti ketonskih teles

Glavno telo ketona je acetoacetat ali acetoocetna kislina, ki se večinoma sintetizira v jetrnih celicah. Druge molekule, ki tvorijo ketonska telesa, izhajajo iz acetoacetata.

Z zmanjšanjem acetoocetne kisline nastane D-β-hidroksibutirat, drugo telo ketona. Aceton je spojina, ki jo je težko razgraditi in nastane s spontano reakcijo dekarboksilacije acetoacetata (zato ne zahteva posredovanja nobenega encima), kadar je prisotna v visokih koncentracijah v krvi..

Označevanje ketonskih teles je bilo dogovorjeno po dogovoru, ker strogo gledano β-hidroksibutirat nima ketonske funkcije. Te tri molekule so topne v vodi, kar olajša njihov transport v krvi. Njegova glavna naloga je zagotoviti energijo določenim tkivom, kot so skeletna in srčna mišica.

Encimi, ki sodelujejo pri nastajanju ketonskih teles, so večinoma v celicah jeter in ledvic, kar pojasnjuje, zakaj sta ti dve lokaciji glavni proizvajalci teh metabolitov. Njegova sinteza nastopi samo in izključno v mitohondrijskem matriksu celic.

Ko se te molekule sintetizirajo, gredo v krvni obtok in gredo v tkiva, ki jih potrebujejo, kjer se razgradijo v acetil-CoA.

Sinteza ketonskih teles

Pogoji za ketogenezo

Presnovna usoda acetil-CoA iz β-oksidacije je odvisna od presnovnih potreb organizma. To se oksidira v CO2 in H2Ali preko cikla citronske kisline ali sinteze maščobnih kislin, če je presnova lipidov in ogljikovih hidratov stabilna v telesu.

Ko telo potrebuje tvorbo ogljikovih hidratov, se oksaloacetat uporablja za proizvodnjo glukoze (glukoneogeneze), namesto da se začne cikel citronske kisline. To se zgodi, kot je omenjeno, ko ima telo določeno nezmožnost pridobivanja glukoze, v primerih, kot so dolgotrajno tešče ali prisotnost sladkorne bolezni..

Zaradi tega se acetil-CoA, ki je posledica oksidacije maščobnih kislin, uporablja za proizvodnjo ketonskih teles.

Mehanizem

Proces ketogeneze se začne pri produktih β-oksidacije: acetacetil-CoA ali acetil-CoA. Kadar je substrat acetil-CoA, prvi korak vključuje kondenzacijo dveh molekul, reakcijo, ki jo katalizira acetil-CoA transferaza, da nastane acetacetil-CoA.

Acetacetil-CoA se kondenzira s tretjo acetil-CoA z delovanjem sintaze HMG-CoA, da dobimo HMG-CoA (β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA). HMG-CoA se razgradi v acetoacetat in acetil-CoA z delovanjem HMG-CoA liaze. Tako dobimo prvo ketonsko telo.

Acetoacetat se reducira na β-hidroksibutirat z intervencijo β-hidroksibutirat dehidrogenaze. Ta reakcija je odvisna od NADH.

Glavno telo acetoacetatnega ketona je β-keto kislina, ki je podvržena neencimatski dekarboksilaciji. Ta postopek je preprost in proizvaja aceton in CO2.

Ta niz reakcij povzroči nastanek ketonskih teles. Te snovi, ki so topne v vodi, se lahko brez težav transportirajo skozi krvni obtok, ne da bi bilo treba zasidrati v strukturo albuminov, kot je to v primeru maščobnih kislin, ki so netopne v vodnem mediju..

Oxid-oksidacija in ketogeneza sta povezani

Presnova maščobnih kislin proizvaja substrate za ketogenezo, zato sta ti dve poti funkcionalno povezani.

Acetoacetil-CoA je zaviralec metabolizma maščobnih kislin, saj ustavi aktivnost acil-CoA dehidrogenaze, ki je prvi encim β-oksidacije. Poleg tega tudi inhibira acetil-CoA transferazo in HMG-CoA sintazo.

Encim HMG-CoA sintaza, podrejen s CPT-I (encim, ki sodeluje pri proizvodnji acilnega karnitina pri β-oksidaciji), predstavlja pomembno regulativno vlogo pri tvorbi maščobnih kislin.

Ureditev β-oksidacije in njen vpliv na ketogenezo

Hranjenje organizmov ureja kompleksen niz hormonskih signalov. Ogljikovi hidrati, aminokisline in lipidi, ki se porabijo v prehrani, se odlagajo v obliki triacilglicerolov v maščobnem tkivu. Inzulin, anabolni hormon, sodeluje pri sintezi lipidov in tvorbi triacilglicerolov..

Na mitohondrijski ravni se β-oksidacija nadzira z vstopom in udeležbo nekaterih substratov v mitohondrijih. CPT I encim sintetizira acetil karnitin iz citosolnega Acyl CoA.

Ko se organizem hrani, se aktivira acetil-CoA karboksilaza in citrat poveča ravni CPT I, medtem ko se njegova fosforilacija zmanjša (ciklična reakcija, odvisna od AMP).

To povzroča kopičenje malonil CoA, ki stimulira sintezo maščobnih kislin in blokira njihovo oksidacijo, kar preprečuje ustvarjanje jalovega cikla..

V primeru posta je aktivnost karboksilaze zelo nizka, saj so se vrednosti encima CPT I zmanjšale in je bila fosforilirana, aktivirala in pospeševala oksidacijo lipidov, kar bo kasneje omogočilo tvorbo ketonskih teles skozi acetil-CoA.

Degradacija

Ketonska telesa difundirajo iz celic, kjer so jih sintetizirali in jih je krvni obtok prenesel v periferna tkiva. V teh tkivih se lahko oksidirajo skozi cikel trikarboksilne kisline.

V perifernih tkivih se β-hidroksibutirat oksidira v acetoacetat. Nato se acetoacetat aktivira z encimom 3-ketoacil-CoA transferazo.

Sukcinil-CoA deluje kot CoA donor in postane sukcinat. Pojavi se aktivacija acetoacetata, da se prepreči, da bi sukcinil-CoA postala sukcinat v ciklu citronske kisline, s povezano sintezo GTP z delovanjem sukcinil-CoA sintaze..

Nastali acetoacetil-CoA je podvržen tiolitskemu cepenju, ki proizvaja dve acetil-CoA molekuli, ki sta vključeni v cikel trikarboksilne kisline, bolj znani kot Krebsov cikel..

Jetrne celice nimajo 3-ketoacil-CoA transferaze, ki preprečuje aktiviranje tega metabolita v teh celicah. Na ta način je zagotovljeno, da se ketonski telesi ne oksidirajo v celicah, kjer so bili proizvedeni, ampak da se lahko prenesejo v tkiva, kjer je njihova aktivnost potrebna..

Medicinski pomen ketonskih teles

V človeškem telesu lahko visoke koncentracije ketonskih teles v krvi povzročijo posebne bolezni, ki jih imenujemo acidoza in ketonemija.

Proizvodnja teh metabolitov ustreza katabolizmu maščobnih kislin in ogljikovih hidratov. Eden od najpogostejših vzrokov za patološko stanje ketogeneze je visoka koncentracija fragmentov ocetnega dikarbonata, ki se ne razgradijo z oksidacijsko potjo trikarboksilne kisline..

Posledica tega je povečanje ravni ketonskih teles v krvi nad 2 do 4 mg / 100 N in njihova prisotnost v urinu. To ima za posledico motnje vmesne presnove omenjenih presnovkov.

Nekatere pomanjkljivosti v nevroglandularnih hipofiznih dejavnikih, ki uravnavajo razgradnjo in sintezo ketonskih teles, skupaj z motnjami v presnovi ogljikovodikov, so vzrok za stanje hiperketonemije..

Diabetes mellitus in kopičenje ketonskih teles

Diabetes mellitus (tip 1) je endokrina bolezen, ki povzroča povečanje proizvodnje ketonskih teles. Nezadostna proizvodnja insulina onemogoča transport glukoze v mišice, jetra in maščobno tkivo in se tako kopiči v krvi..

Celice v odsotnosti glukoze začnejo proces glukoneogeneze in razgradnje maščob in beljakovin, da obnovijo svojo presnovo. Posledično se koncentracije oksaloacetata zmanjšajo, oksidacija lipidov pa se poveča.

Potem pride do kopičenja acetil-CoA, ki v odsotnosti oksaloacetata ne more slediti poti citronske kisline, kar povzroča visoko proizvodnjo ketonskih teles, značilno za to bolezen..

Nakup acetona se zazna zaradi njegove prisotnosti v urinu in dihanja ljudi, ki imajo to stanje, in je pravzaprav eden od simptomov, ki kažejo na manifestacijo te bolezni..

Reference

  1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogeneza v astrocitih: karakterizacija, regulacija in možna citoprotektivna vloga (Doktorska disertacija, Universidad Complutense de Madrid, Služba za publikacije).
  2. Devlin, T. M. (1992). Učbenik biokemije: s kliničnimi korelacijami.
  3. Garrett, R. H., & Grisham, C. M. (2008). Biokemija. Thomson Brooks / Cole.
  4. McGarry, J.D., Mannaerts, G.P. & Foster, D.W. (1977). Možna vloga malonil-CoA pri uravnavanju oksidacije in ketogeneze jetrnih maščobnih kislin. Revija za klinične raziskave, 60(1), 265-270.
  5. Melo, V., Ruiz, V. M., & Cuamatzi, O. (2007). Biokemija presnovnih procesov. Reverte.
  6. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.
  7. Pertierra, A. G., Gutiérrez, C. V., in drugi, C. M. (2000). Osnove metabolne biokemije. Uvodnik Tébar.
  8. Voet, D., & Voet, J.G. (2006). Biokemija. Ed Panamericana Medical.