Ketogenese typer af ketonlegemer, syntese og nedbrydning

den cetogénesis er processen, hvorved acetoacetat, β-hydroxybutyrat og acetone opnås, som sammen kaldes ketonlegemer. Denne komplekse og finjusterede mekanisme udføres i mitokondrierne, fra katabolisme af fedtsyrer.

Opnåelsen af ​​ketonlegemerne finder sted, når organismen udsættes for udtømmende faste tidsperioder. Selv om disse metabolitter syntetiseres hovedsageligt i leveren celler, de er en vigtig energikilde i mange væv, såsom skeletmuskel og hjertevæv og hjerne.

B-hydroxybutyrat og acetoacetat er metabolitter, der anvendes som substrater i hjertemuskulaturen og nyrekortexen. I hjernen bliver ketonlegemer vigtige energikilder, når kroppen har udtømt sin glukose reserve.

indeks

• 1 Generelle egenskaber
• 2 Typer og egenskaber af ketonlegemer
• 3 Syntese af ketonlegemer
  • 3.1 Betingelser for ketogenese
  • 3.2 mekanisme
  • 3.3 β-oxidation og ketogenese er relateret
  • 3.4 Regulering af β-oxidation og dens virkning på ketogenese
• 4 nedbrydning
• 5 Medicinsk relevans af ketonlegemerne
  • 5.1 Diabetes mellitus og akkumulering af ketonlegemer
• 6 referencer

Generelle egenskaber

Ketogenese betragtes som en meget vigtig fysiologisk funktion eller metabolisk vej. Generelt udføres denne mekanisme i leveren, selv om det har vist sig, at det kan udføres i andre væv, der er i stand til at metabolisere fedtsyrer.

Dannelsen af ​​ketonlegemer er det væsentligste metaboliske derivat af acetyl-CoA. Denne metabolit er opnået fra den metaboliske vej, kendt som β-oxidation, hvilket er nedbrydningen af ​​fedtsyrer.

Tilgængeligheden af ​​glukose i vævene hvor β-oxidation forekommer bestemmer acetyl-CoAs metaboliske skæbne. I særlige situationer er oxiderede fedtsyrer næsten udelukkende rettet mod syntesen af ​​ketonlegemer.

Typer og egenskaber af ketonlegemer

Hovedketonkroppen er acetoacetat eller acetoeddikesyre, som hovedsagelig syntetiseres i leverceller. De andre molekyler, der udgør ketonlegemerne, er afledt af acetoacetatet.

Reduktionen af ​​acetoeddikesyre giver anledning til D-p-hydroxybutyrat, det andet ketonlegeme. Aceton er en forbindelse, der er svær at nedbryde og produceres ved en spontan reaktion af decarboxylering af acetoacetat (så det kræver ingen indblanding af et enzym), når det er til stede i høje koncentrationer i blod.

Betegnelsen af ​​ketonlegemer er blevet arrangeret ved konvention, da strengt taget ikke β-hydroxybutyratet har en ketonfunktion. Disse tre molekyler er opløselige i vand, hvilket letter deres transport i blod. Hovedfunktionen er at give energi til visse væv, såsom skelet- og hjertemuskel.

De enzymer, der er involveret i dannelsen af ​​ketonlegemer, er hovedsageligt i lever- og nyrecellerne, hvilket forklarer, hvorfor disse to steder er de vigtigste producenter af disse metabolitter. Dens syntese forekommer kun og udelukkende i den mitokondrie matrix af celler.

Når disse molekyler er syntetiseret, går de ind i blodbanen og går til vævene, der kræver dem, hvor de nedbrydes til acetyl-CoA.

Syntese af ketonlegemer

Betingelser for ketogenese

Den metaboliske skæbne af acetyl-CoA fra β-oxidation afhænger af organismernes metaboliske krav. Dette oxideres til CO₂ og H₂Eller via citronsyrecyklus eller syntese af fedtsyrer, hvis metabolisme af lipider og kulhydrater er stabil i kroppen.

Når kroppen har brug for dannelsen af ​​kulhydrater, bruges oxaloacetat til fremstilling af glucose (gluconeogenese) i stedet for at starte citronsyrecyklus. Dette sker som nævnt, når kroppen har en vis manglende evne til at opnå glukose, i tilfælde som langvarig fasting eller tilstedeværelse af diabetes.

På grund af dette anvendes acetyl-CoA som følge af oxidation af fedtsyrer til fremstilling af ketonkroppen.

mekanisme

Ketogeneseprocessen starter fra produkterne af β-oxidation: acetacetyl-CoA eller acetyl-CoA. Når substratet er acetyl-CoA, det første skridt er kondensationen af ​​to molekyler, katalyseret af acetyl-CoA transferase til at producere acetacetil-CoA.

Den acetacetil-CoA kondenseres med en tredje acetyl-CoA ved virkningen af ​​HMG-CoA-syntase, HMG-CoA til frembringelse af (β-hydroxy-β-methylglutaryl-CoA). HMG-CoA nedbrydes til acetoacetat og acetyl-CoA ved virkningen af ​​HMG-CoA lyase. På den måde opnås den første ketoniske krop.

Acetoacetat reduceres til p-hydroxybutyrat ved intervention af p-hydroxybutyrat-dehydrogenase. Denne reaktion afhænger af NADH.

Hovedacetoacetatketonkroppen er en β-keto-syre, som undergår ikke-enzymatisk dekarboxylering. Denne proces er enkel og producerer acetone og CO_2.

Denne serie af reaktioner giver således ketonlegemerne anledning til. Disse vandopløselige til at blive transporteret let gennem blodcirkulationen, uden at fastgøre til en struktur af albumin, såsom fedtsyrer, som er uopløselige i vandigt medium.

B-oxidation og ketogenese er relateret

Metabolismen af ​​fedtsyrer producerer substraterne for ketogenese, så disse to veje er funktionelt relaterede.

Acetoacetyl-CoA er en hæmmer af fedtsyremetabolismen, da den stopper aktiviteten af ​​acyl-CoA dehydrogenase, som er det første enzym af β-oxidation. Derudover udøver den også inhibering på acetyl-CoA transferase og HMG-CoA syntase.

HMG-CoA-syntase, individ ved CPT-I (enzym involveret i produktionen af ​​carnitin acyl β-oxidation i), er en vigtig regulerende rolle i dannelsen af ​​fedtsyrer.

Regulering af β-oxidation og dens virkning på ketogenese

Fodring af organismer regulerer et komplekst sæt hormonelle signaler. Kulhydrater, aminosyrer og lipider, der forbruges i kosten, deponeres i form af triacylglyceroler i fedtvæv. Insulin, et anabolsk hormon, er involveret i syntesen af ​​lipider og dannelsen af ​​triacylglyceroler.

På mitokondrielt niveau styres β-oxidation ved indførsel og deltagelse af nogle substrater i mitokondrier. CPT I-enzymet syntetiserer acylcarnitin fra cytosolisk Acyl CoA.

Når kroppen tilføres, er acetyl-CoA-carboxylase aktiveres og citrat øger niveauet af CPT I, mens faldende dets phosphorylering (cyklisk AMP-afhængig reaktion).

Dette bevirker en ophobning af malonyl-CoA, som stimulerer syntesen af ​​fedtsyrer og blokerer dets oxidation, forhindre en nytteløs cyklus genereret.

I tilfælde af faste, carboxylaseaktiviteten er meget lav, fordi niveauerne af enzymet CPT jeg er blevet reduceret og også phosphoryleret, aktivering og fremme lipidoxidation, som efterfølgende tillade dannelse af ketonstoffer gennem af acetyl-CoA.

nedbrydning

Ketonlegemer diffunderer ud af cellerne, hvor de blev syntetiseret og transporteret til perifere væv af blodbanen. I disse væv kan de oxideres gennem tricarboxylsyrecyklussen.

I perifere væv oxideres β-hydroxybutyrat til acetoacetat. Efterfølgende aktiveres det nuværende acetoacetat af enzymet 3-ketoacyl-CoA transferase.

Succinyl-CoA virker som en CoA-donor, der bliver succinat. Acetoacetat aktivering finder sted for at forhindre succinyl-CoA bliver succinat i citronsyrecyklen, med syntesen af ​​GTP koblet ved indvirkning af succinyl-CoA syntase den.

Det resulterende acetoacetylCoA undergår sprænges thiolytisk frembringer to molekyler af acetyl-CoA som er inkorporeret i tricarboxylsyrecyklen, bedre kendt som Krebs cyklus.

Levercellerne mangler 3-ketoacyl-CoA transferasen, hvilket forhindrer, at denne metabolit aktiveres i disse celler. På denne måde garanteres det, at ketonlegemerne ikke oxideres i de celler, hvor de blev produceret, men at de kan overføres til væv, hvor deres aktivitet er påkrævet.

Medicinsk relevans af ketonlegemerne

I menneskekroppen kan høje koncentrationer af ketonlegemer i blodet medføre særlige tilstande kaldet acidose og ketonæmi.

Fremstillingen af ​​disse metabolitter svarer til katabolismen af ​​fedtsyrer og kulhydrater. En af de mest almindelige årsager til en patologisk tilstand ketogenese er den høje koncentration af eddikesyrer dicarbonados fragmenter, som ikke nedbrydes ved oxidationsforløbet tricarboxylsyre.

Som følge heraf er der en stigning i niveauerne af ketonlegemer i blod over 2 til 4 mg / 100 N og deres tilstedeværelse i urinen. Dette resulterer i forstyrrelsen af ​​intermediære metabolisme af nævnte metabolitter.

Visse defekter i hypofyse neuroglandular faktorer, der regulerer syntesen og nedbrydningen af ​​ketonstoffer, ved forstyrrelser i metabolismen af ​​carbonhydrider, er ansvarlige for tilstanden af ​​hyperketonæmi.

Diabetes mellitus og akkumulering af ketonlegemer

Diabetes mellitus (type 1) er en endokrin sygdom, der forårsager en stigning i produktionen af ​​ketonlegemer. Utilstrækkelig insulinproduktion deaktiverer transporten af ​​glucose til muskler, lever og fedtvæv, og akkumuleres således i blodet.

Cellerne i fravær af glukose begynder processen med glukoneogenese og nedbrydning af fedt og proteiner for at genoprette deres metabolisme. Som følge heraf falder oxaloacetatkoncentrationerne, og lipidoxidationen forøges.

Derefter er der en ophobning af acetyl-CoA, som i fravær af oxaloacetat ikke kan følge citronsyrebanen, hvilket forårsager høj produktion af ketonlegemer, der er karakteristiske for denne sygdom.

Akkumuleringen af ​​acetone påvises ved dets tilstedeværelse i urinen og åndedrættet af mennesker, der har denne tilstand, og er faktisk et af symptomerne, der angiver manifestationen af ​​denne sygdom.

referencer

1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogenese i astrocytter: karakterisering, regulering og mulig cytoprotektiv rolle (Doktorsafhandling, Universidad Complutense de Madrid, Publikationstjeneste).
2. Devlin, T. M. (1992). Lærebog om biokemi: med kliniske korrelationer.
3. Garrett, R. H., & Grisham, C. M. (2008). Biokemi. Thomson Brooks / Cole.
4. McGarry, J. D., Mannaerts, G. P., & Foster, D. W. (1977). En mulig rolle for malonyl-CoA i reguleringen af ​​leverfedtsyreoxidation og ketogenese. Journal of clinical investigation, 60(1), 265-270.
5. Melo, V., Ruiz, V. M., & Cuamatzi, O. (2007). Biokemi af metaboliske processer. Reverte.
6. Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M.M. (2008). Lehners principper for biokemi. Macmillan.
7. Pertierra, A.G., Gutiérrez, C.V., og andre, C. M. (2000). Grundlæggende om metabolisk biokemi. Editorial Tébar.
8. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). biokemi. Ed. Panamericana Medical.