Ketoģenēzes ketonu ķermeņi, sintēze un degradācija



The ketogenesis ir process, kurā iegūst acetoacetātu, β-hidroksibutirātu un acetonu, ko kopā sauc par ketona struktūrām. Šis sarežģītais un smalki regulētais mehānisms tiek veikts mitohondrijās no taukskābju katabolisma.

Ketona ķermeņu iegūšana notiek tad, kad organismam tiek pakļauti pilnīgi badošanās periodi. Lai gan šie metabolīti tiek sintezēti galvenokārt aknu šūnās, tie ir uzskatāmi par svarīgu enerģijas avotu dažādos audos, piemēram, skeleta muskuļos un sirds un smadzeņu audos..

Hydrox-hidroksibutirāts un acetoacetāts ir metabolīti, ko izmanto kā substrātus sirds muskulī un nieru garozā. Smadzenēs ketona ķermeņi kļūst par svarīgiem enerģijas avotiem, kad organisms ir iztērējis savu glikozes rezervi.

Indekss

  • 1 Vispārīgi raksturlielumi
  • 2 Ketona ķermeņu veidi un īpašības
  • 3 Ketona struktūru sintēze
    • 3.1. Ketoģenēzes apstākļi
    • 3.2. Mehānisms
    • 3.3. Β-oksidācija un ketogeneze ir saistītas
    • 3.4. Β-oksidācijas regulēšana un tās ietekme uz ketogenēzi
  • 4 Degradācija
  • 5 Ketona struktūru medicīniskā nozīme
    • 5.1. Cukura diabēts un ketona struktūru uzkrāšanās
  • 6 Atsauces

Vispārīgās īpašības

Ketogenēzi uzskata par ļoti svarīgu fizioloģisku funkciju vai vielmaiņas ceļu. Parasti šis mehānisms tiek veikts aknās, lai gan ir pierādīts, ka to var veikt citos audos, kas spēj metabolizēt taukskābes..

Ketona struktūru veidošanās ir galvenais acetil-CoA metaboliskais atvasinājums. Šis metabolīts tiek iegūts no vielmaiņas ceļa, ko sauc par β-oksidāciju, kas ir taukskābju noārdīšanās.

Glikozes pieejamība audos, kur notiek β-oksidācija, nosaka acetil-CoA metabolisko izskatu. Īpašās situācijās oksidētās taukskābes gandrīz pilnībā attiecas uz ketona ķermeņu sintēzi.

Ketona ķermeņu veidi un īpašības

Galvenais ketona ķermenis ir acetoacetāts vai acetoetiķskābe, ko sintezē galvenokārt aknu šūnās. Pārējās molekulas, kas veido ketona ķermeņus, ir iegūtas no acetoacetāta.

Acetoetiķskābes reducēšana rada D-β-hidroksibutirātu, otro ketona ķermeni. Acetons ir savienojums, kuru ir grūti noārdīt un ko ražo, veicot acetoacetāta dekarboksilācijas spontānu reakciju (tā nav nepieciešama jebkāda enzīma iejaukšanās), ja tas ir augstā koncentrācijā asinīs..

Ketona ķermeņu apzīmējums ir sakārtots pēc vienošanās, jo stingri runājot par β-hidroksibutirātu, nav ketona funkcijas. Šīs trīs molekulas šķīst ūdenī, kas atvieglo to transportēšanu asinīs. Tās galvenā funkcija ir nodrošināt enerģiju noteiktiem audiem, piemēram, skeleta un sirds muskuļiem.

Ketona struktūru veidošanā iesaistītie fermenti galvenokārt ir aknu un nieru šūnās, kas izskaidro, kāpēc šīs divas vietas ir galvenie šo metabolītu ražotāji. Tās sintēze notiek tikai un vienīgi šūnu mitohondrijā.

Kad šīs molekulas ir sintezētas, tās nonāk asinsritē un dodas uz tiem audiem, kuriem tās nepieciešamas, ja tās noārdās uz acetil-CoA.

Ketona struktūru sintēze

Ketogenezes apstākļi

Acetil-CoA vielmaiņas liktenis no β-oksidēšanās ir atkarīgs no organisma vielmaiņas prasībām. Tas oksidējas līdz CO2 un H2Vai ar citronskābes ciklu vai taukskābju sintēzi, ja lipīdu un ogļhidrātu metabolisms organismā ir stabils..

Kad organismam nepieciešama ogļhidrātu veidošanās, oksaloacetāts tiek izmantots glikozes (glikoneogenesis) ražošanai, nevis citronskābes cikla sākšanai. Tas notiek, kā minēts iepriekš, kad organismam ir zināma nespēja iegūt glikozi tādos gadījumos kā ilgstoša badošanās vai diabēta klātbūtne..

Šī iemesla dēļ acetona-CoA, kas rodas taukskābju oksidācijas rezultātā, tiek izmantots ketona struktūru ražošanai.

Mehānisms

Ketoģenēzes process sākas ar β-oksidācijas produktiem: acetacetil-CoA vai acetil-CoA. Ja substrāts ir acetil-CoA, pirmais solis ietver divu molekulu kondensāciju, reakciju, ko katalizē acetil-CoA transferāze, lai iegūtu acetacetil-CoA..

Acetacetil-CoA tiek kondensēts ar trešo acetil-CoA ar HMG-CoA sintāzes palīdzību, lai iegūtu HMG-CoA (β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA). HMG-CoA tiek noārdīts uz acetoacetātu un acetil-CoA ar HMG-CoA liāzes iedarbību. Tādā veidā iegūst pirmo ketonisko ķermeni.

Acetoacetāts tiek samazināts līdz β-hidroksibutirātam, iejaucoties β-hidroksibutirāta dehidrogenāzes veidā. Šī reakcija ir atkarīga no NADH.

Galvenais acetoacetāta ketona korpuss ir β-keto skābe, kas tiek pakļauta ne-enzimatiskai dekarboksilācijai. Šis process ir vienkāršs un rada acetonu un CO2.

Tādējādi šīs reakciju sērijas rada ketona struktūras. Tās ūdenī šķīstošas ​​var viegli transportēt caur asinsriti, bez nepieciešamības nostiprināt albumīna struktūru, tāpat kā taukskābes, kas nešķīst ūdenī..

Oxid-oksidācija un ketogeneze ir saistīti

Taukskābju metabolisms rada ketogenesis substrātus, tāpēc šie divi ceļi ir funkcionāli saistīti.

Acetoacetil-CoA ir taukskābju metabolisma inhibitors, jo tas aptur acil-CoA dehidrogenāzes aktivitāti, kas ir pirmais β-oksidācijas enzīms. Turklāt tam piemīt arī acetil-CoA transferāzes un HMG-CoA sintāzes inhibīcija.

HMG-CoA sintāzes enzīms, ko pakļauj CPT-I (enzīms, kas iesaistīts acil-karnitīna ražošanā β-oksidācijā), ir svarīgs regulējošs uzdevums taukskābju veidošanā..

Β-oksidācijas regulēšana un tās ietekme uz ketogenezi

Organismu barošana regulē kompleksu hormonālo signālu kopumu. Uzturā patērētie ogļhidrāti, aminoskābes un lipīdi tiek nogulsnēti triacilglicerīnu veidā taukaudos. Insulīns, anabolisks hormons, ir saistīts ar lipīdu sintēzi un triacilglicerīnu veidošanos..

Mitohondriju līmenī β-oksidāciju kontrolē dažu substrātu ieiešana un dalība mitohondrijās. CPT I enzīms sintezē acilkarnītu no citozola Acyl CoA.

Kad organisms tiek barots, acetil-CoA karboksilāze tiek aktivizēta un citrāts palielina CPT I līmeni, bet tā fosforilācija samazinās (cikliskā AMP atkarīgā reakcija).

Tas izraisa malonila CoA uzkrāšanos, kas stimulē taukskābju sintēzi un bloķē to oksidēšanos, novēršot nevajadzīgu ciklu rašanos..

Tukšā dūšā karboksilāzes aktivitāte ir ļoti zema, jo CPT I enzīma līmenis ir samazināts un tas ir fosforilēts, aktivizē un veicina lipīdu oksidēšanos, kas vēlāk ļaus veidot ketona ķermeņus caur acetil-CoA.

Degradācija

Ketona ķermeņi izkliedējas no šūnām, kur tie tika sintezēti un transportēti uz perifēro audu ar asinsriti. Šajos audos tos var oksidēt ar trikarboksilskābes ciklu.

Perifēros audos β-hidroksibutirāts ir oksidēts līdz acetoacetātam. Pēc tam šo acetoacetātu aktivizē 3-ketoacil-CoA transferāzes enzīms.

Succinyl-CoA darbojas kā CoA donors, kļūstot par sukcinātu. Acetoacetāta aktivācija tiek novērsta, lai novērstu sukcinil-CoA iekļūšanu sukcinātā citronskābes ciklā, sajaucot GTP sintēzi ar sukcinil-CoA sintēzi.

Iegūtais acetoacetil-CoA notiek tiolīta šķelšanās, kas rada divas acetil-CoA molekulas, kas ir iekļautas trikarboksilskābes ciklā, kas labāk pazīstams kā Krebsa cikls..

Aknu šūnās trūkst 3-ketoacil-CoA transferāzes, kas neļauj šiem metabolītiem aktivizēties šajās šūnās. Šādā veidā tiek garantēts, ka ketona ķermeņi nav oksidēti šūnās, kur tie tika ražoti, bet ka tos var pārnest uz audiem, kur to darbība ir nepieciešama..

Ketona struktūru medicīniskā nozīme

Cilvēka organismā augstās ketona ķermeņa koncentrācijas asinīs var izraisīt īpašus stāvokļus, ko sauc par acidozi un ketonēmiju.

Šo metabolītu ražošana atbilst taukskābju un ogļhidrātu katabolismam. Viens no visbiežāk sastopamajiem patoloģiskā ketogenezes stāvokļa cēloņiem ir augsts etiķskikarbonāta fragmentu koncentrācija, kas nav noārdīta ar trikarboksilskābes oksidācijas ceļu..

Tā rezultātā palielinās ketona struktūru līmenis asinīs virs 2 līdz 4 mg / 100 N un to klātbūtne urīnā. Tas izraisa minēto metabolītu starpprodukta metabolisma traucējumus.

Daži neiroglanduālās hipofīzes faktoru defekti, kas regulē ketona struktūru noārdīšanos un sintēzi, kā arī ogļūdeņražu metabolisma traucējumi ir hipercetonēmijas stāvokļa cēlonis..

Cukura diabēts un ketona struktūru uzkrāšanās

Cukura diabēts (1. tips) ir endokrīnās slimības, kas izraisa ketona organismu ražošanas pieaugumu. Nepietiekama insulīna ražošana neļauj glikozi transportēt uz muskuļiem, aknām un taukaudiem, tādējādi uzkrājas asinīs..

Šūnās, kurās nav glikozes, sākas glikoneogenesis un tauku un proteīnu degradācija, lai atjaunotu vielmaiņu. Rezultātā oksalacetāta koncentrācija samazinās un palielinās lipīdu oksidēšanās.

Tad ir acetil-CoA uzkrāšanās, kas, ja nav oksaloacetāta, nevar sekot citronskābes ceļam, izraisot augstu ketona struktūru, kas raksturīga šai slimībai..

Acetona uzkrāšanos atklāj tā klātbūtne urīnā un to cilvēku elpa, kuriem ir šis stāvoklis, un faktiski ir viens no simptomiem, kas norāda uz šīs slimības izpausmi..

Atsauces

  1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogeneze astrocītos: raksturojums, regulēšana un iespējamā citoprotektīvā loma (Doktora disertācija, Universidad Complutense de Madrid, Publikāciju dienests).
  2. Devlin, T. M. (1992). Bioķīmijas mācību grāmata ar klīniskām korelācijām.
  3. Garrets, R. H., un Grisham, C. M. (2008). Bioķīmija. Thomson Brooks / Cole.
  4. McGarry, J. D., Mannaerts, G. P. un Foster, D. W. (1977). Iespējama malonil-CoA loma aknu taukskābju oksidācijas un ketogenezes regulēšanā. Klīniskā pētījuma žurnāls, 60(1), 265-270.
  5. Melo, V., Ruiz, V. M., un Cuamatzi, O. (2007). Metabolisma procesu bioķīmija. Reverte.
  6. Nelsons, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M.. Lehningera bioķīmijas principi. Macmillan.
  7. Pertierra, A. G., Gutiérrez, C. V. un citi, C. M. (2000). Metaboliskās bioķīmijas pamati. Redakcijas Tébar.
  8. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Bioķīmija. Ed. Panamericana Medical.