Ketogénne typy ketónových telies, syntéza a degradácia



cetogénesis je spôsob, ktorým sa získa acetoacetát, ß-hydroxybutyrát a acetón, ktoré sa spoločne nazývajú ketónové telieska. Tento komplexný a jemne regulovaný mechanizmus sa uskutočňuje v mitochondriách z katabolizmu mastných kyselín.

Získavanie ketónových teliesok prebieha vtedy, keď je organizmus podrobený vyčerpávajúcim obdobiam pôstu. Hoci sú tieto metabolity syntetizované prevažne v pečeňových bunkách, nachádzajú sa ako dôležitý zdroj energie v rôznych tkanivách, ako sú kostrové svaly a srdcové a mozgové tkanivá..

Β-hydroxybutyrát a acetoacetát sú metabolity používané ako substráty v srdcovom svale a kôre obličiek. V mozgu sa telá ketónov stávajú dôležitými zdrojmi energie, keď telo vyčerpalo svoju rezervu glukózy.

index

  • 1 Všeobecné charakteristiky
  • 2 Typy a vlastnosti ketónových telies
  • 3 Syntéza ketónových telies
    • 3.1 Podmienky ketogenézy
    • 3.2 Mechanizmus
    • 3.3 Sú známe β-oxidácia a ketogenéza
    • 3.4 Regulácia β-oxidácie a jej vplyv na ketogenézu
  • 4 Degradácia
  • 5 Lekársky význam ketónových telies
    • 5.1 Diabetes mellitus a akumulácia teliesok ketónov
  • 6 Referencie

Všeobecné charakteristiky

Ketogenéza sa považuje za veľmi dôležitú fyziologickú funkciu alebo metabolickú cestu. Všeobecne sa tento mechanizmus uskutočňuje v pečeni, hoci sa ukázalo, že sa môže uskutočňovať v iných tkanivách schopných metabolizovať mastné kyseliny..

Tvorba teliesok ketónov je hlavným metabolickým derivátom acetyl-CoA. Tento metabolit sa získava z metabolickej dráhy známej ako β-oxidácia, čo je degradácia mastných kyselín.

Dostupnosť glukózy v tkanivách, kde dochádza k β-oxidácii, určuje metabolický osud acetyl-CoA. V konkrétnych situáciách sa oxidované mastné kyseliny zameriavajú takmer výlučne na syntézu ketónových telies.

Typy a vlastnosti ketónových telies

Hlavným ketónovým telom je acetoacetát alebo kyselina acetoctová, ktorá sa syntetizuje prevažne v pečeňových bunkách. Ďalšie molekuly, ktoré tvoria ketónové telieska, sú odvodené od acetoacetátu.

Redukciou kyseliny acetoctovej vzniká D-p-hydroxybutyrát, druhé ketónové telo. Acetón je zlúčenina, ktorá sa ťažko rozkladá a je produkovaná spontánnou reakciou dekarboxylácie acetoacetátu (nevyžaduje zásah žiadneho enzýmu), keď je prítomný vo vysokých koncentráciách v krvi..

Označenie ketónových teliesok bolo usporiadané podľa konvencie, pretože prísne vzaté, p-hydroxybutyrát nemá ketónovú funkciu. Tieto tri molekuly sú rozpustné vo vode, čo uľahčuje ich transport v krvi. Jeho hlavnou funkciou je poskytovať energiu určitým tkanivám, ako sú kostrové a srdcové svaly.

Enzýmy podieľajúce sa na tvorbe ketónových telies sú hlavne v pečeňových a obličkových bunkách, čo vysvetľuje, prečo sú tieto dve miesta hlavnými producentmi týchto metabolitov. Jeho syntéza prebieha len a výlučne v mitochondriálnej matrici buniek.

Akonáhle sú tieto molekuly syntetizované, idú do krvného obehu a idú do tkanív, ktoré ich potrebujú, kde sa rozkladajú na acetyl-CoA..

Syntéza ketónových telies

Podmienky ketogenézy

Metabolický osud acetyl-CoA z β-oxidácie závisí od metabolických požiadaviek organizmu. Ten sa oxiduje na CO2 a H2Alebo prostredníctvom cyklu kyseliny citrónovej alebo syntézy mastných kyselín, ak je metabolizmus lipidov a sacharidov v tele stabilný.

Keď telo potrebuje tvorbu sacharidov, oxaloacetát sa používa na výrobu glukózy (glukoneogenéza) namiesto začatia cyklu kyseliny citrónovej. K tomu dochádza, ako už bolo spomenuté, keď má telo určitú neschopnosť získať glukózu v prípadoch, ako je dlhodobé hladovanie alebo prítomnosť diabetu.

Vďaka tomu sa acetyl-CoA vznikajúci oxidáciou mastných kyselín používa na výrobu ketónových telies.

mechanizmus

Proces ketogenézy vychádza z produktov β-oxidácie: acetacetyl-CoA alebo acetyl-CoA. Keď je substrát acetyl-CoA, prvý krok zahŕňa kondenzáciu dvoch molekúl, reakciu katalyzovanú acetyl-CoA transferázou, za vzniku acetacetyl-CoA..

Acetacetyl-CoA je kondenzovaný s tretím acetyl-CoA pôsobením HMG-CoA syntázy za vzniku HMG-CoA (p-hydroxy-p-metylglutaryl-CoA). HMG-CoA sa degraduje na acetoacetát a acetyl-CoA pôsobením HMG-CoA lyázy. Týmto spôsobom sa získa prvé ketónové telo.

Acetoacetát sa redukuje na β-hydroxybutyrát intervenciou p-hydroxybutyrát dehydrogenázy. Táto reakcia závisí od NADH.

Hlavné telo ketokonacetátu je kyselina p-keto, ktorá podlieha neenzymatickej dekarboxylácii. Tento proces je jednoduchý a produkuje acetón a CO2.

Táto séria reakcií tak vedie k vzniku ketónových telies. Tieto látky, ktoré sú rozpustné vo vode, môžu byť ľahko transportované krvným obehom bez toho, aby bolo potrebné zakotviť na štruktúru albumínu, ako je to v prípade mastných kyselín, ktoré sú nerozpustné vo vodnom prostredí..

Sú známe oxid-oxidácia a ketogenéza

Metabolizmus mastných kyselín produkuje substráty pre ketogenézu, takže tieto dve cesty sú funkčne príbuzné.

Acetoacetyl-CoA inhibuje metabolizmus mastných kyselín, a zastaví činnosť acyl-CoA-dehydrogenázu je prvý enzým beta-oxidácie. Okrem toho, tiež sa prejavuje inhibíciu transferázy acetyl-CoA a inhibítory HMG-CoA syntázy.

HMG-CoA syntázy, s výhradou CPT-I (enzým podieľajúci sa na výrobu karnitínu acyl beta-oxidácie v), predstavuje dôležitú regulačnú úlohu pri tvorbe mastných kyselín.

Regulácia β-oxidácie a jej vplyv na ketogenézu

Kŕmenie organizmov reguluje komplexný súbor hormonálnych signálov. Sacharidy, aminokyseliny a lipidy spotrebované v strave sa ukladajú vo forme triacylglycerolov v tukovom tkanive. Inzulín, anabolický hormón, sa podieľa na syntéze lipidov a tvorbe triacylglycerolov.

Na úrovni mitochondrií je β-oxidácia riadená vstupom a účasťou niektorých substrátov v mitochondriách. Enzým CPT I syntetizuje acylkarnitín z cytosolického Acyl CoA.

Keď je organizmus kŕmený, acetyl-CoA karboxyláza je aktivovaná a citrát zvyšuje hladiny CPT I, zatiaľ čo jeho fosforylácia klesá (cyklická reakcia závislá od AMP)..

To spôsobuje akumuláciu malonylu CoA, ktorý stimuluje syntézu mastných kyselín a blokuje ich oxidáciu, čím sa zabraňuje vzniku marného cyklu..

V prípade hladovania je karboxylázy činnosť je veľmi nízka, pretože hladiny enzýmu CPT I boli znížené, a tiež fosforylované, aktivácia a podporovať oxidáciu lipidov, čo následne umožní tvorbu ketolátok prostredníctvom acetyl-CoA.

degradácia

Ketónové telieska difundujú z buniek, kde boli syntetizované a transportované do periférnych tkanív krvným riečiskom. V týchto tkanivách môžu byť oxidované cyklom trikarboxylovej kyseliny.

V periférnych tkanivách sa β-hydroxybutyrát oxiduje na acetoacetát. Následne je prítomný acetoacetát aktivovaný enzýmom 3-ketoacyl-CoA transferázou.

Succinyl-CoA pôsobí ako donor CoA, ktorý sa stáva sukcinátom. K aktivácii acetoacetátu dochádza preto, aby sa zabránilo tomu, že sa sukcinyl-CoA stane sukcinátom v cykle kyseliny citrónovej, s viazanou syntézou GTP pôsobením sukcinyl-CoA syntázy.

Výsledný acetoacetylCoA podrobuje prasknutie thiolytic produkovať dve molekuly acetyl-CoA, ktoré sú začlenené v cykle trikarboxylových kyselín, lepšie známej ako Krebsovho cyklu.

Pečeňovým bunkám chýba 3-ketoacyl-CoA transferáza, ktorá zabraňuje aktivácii tohto metabolitu v týchto bunkách. Týmto spôsobom je zaručené, že ketónové telieska nie sú oxidované v bunkách, kde boli produkované, ale že môžu byť prenesené do tkanív, kde sa vyžaduje ich aktivita..

Lekársky význam ketónových telies

V ľudskom tele môžu vysoké koncentrácie teliesok ketónov v krvi spôsobiť zvláštne stavy nazývané acidóza a ketonémia.

Výroba týchto metabolitov zodpovedá katabolizmu mastných kyselín a sacharidov. Jednou z najbežnejších príčin patologického stavu ketogenézy je vysoká koncentrácia fragmentov kyseliny octovej dikarbonátu, ktoré nie sú degradované oxidačnou cestou trikarboxylovej kyseliny..

V dôsledku toho dochádza k zvýšeniu hladín ketónových teliesok v krvi nad 2 až 4 mg / 100 N a ich prítomnosti v moči. To má za následok narušenie intermediárneho metabolizmu uvedených metabolitov.

Niektoré defekty v hypofýzy neuroglandular faktory, ktoré regulujú syntézu a degradáciu ketolátok, poruchami v metabolizme uhľovodíkov, sú zodpovedné za stav hyperketonemia.

Diabetes mellitus a akumulácia teliesok ketónov

Diabetes mellitus (typ 1) je endokrinné ochorenie, ktoré spôsobuje zvýšenie produkcie ketónových teliesok. Nedostatočná tvorba inzulínu znemožňuje transport glukózy do svalov, pečene a tukového tkaniva, čím sa akumuluje v krvi..

Bunky v neprítomnosti glukózy začínajú proces glukoneogenézy a degradácie tuku a proteínov, aby sa obnovil ich metabolizmus. Následkom toho sa znižujú koncentrácie oxaloacetátu a zvyšuje sa oxidácia lipidov.

Potom existuje akumulácia acetyl-CoA, ktorá v neprítomnosti oxaloacetátu nemôže nasledovať cestu kyseliny citrónovej, čo spôsobuje vysokú produkciu ketónových telies, charakteristickú pre túto chorobu..

Akumulácia acetónu je zistená jeho prítomnosťou v moči a dychom ľudí, ktorí majú tento stav, a je v skutočnosti jedným zo symptómov, ktoré naznačujú prejavy tohto ochorenia..

referencie

  1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogenéza v astrocytoch: charakterizácia, regulácia a možná cytoprotektívna úloha (Dizertačná práca, Universidad Complutense de Madrid, Publikačná služba).
  2. Devlin, T. M. (1992). Učebnica biochémie: s klinickými koreláciami.
  3. Garrett, R. H., & Grisham, C. M. (2008). biochémie. Thomson Brooks / Cole.
  4. McGarry, J. D., Mannaerts, G. P., & Foster, D. W. (1977). Možná úloha malonyl-CoA pri regulácii oxidácie a ketogenézy hepatických mastných kyselín. Vestník klinického skúšania, 60(1), 265-270.
  5. Melo, V., Ruiz, V. M., & Cuamatzi, O. (2007). Biochémia metabolických procesov. Reverte.
  6. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Lehningerove zásady biochémie. Macmillan.
  7. Pertierra, A.G., Gutiérrez, C.V., a ďalší, C.M. (2000). Základy metabolickej biochémie. Editorial Tébar.
  8. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). biochémie. Panamericana Medical.