KETOGENÉZA: TYPY TELA, SYNTÉZA A DEGRADÁCIA - BIOLÓGIE - 2026

Ketogenézy je proces, pri ktorom sa získa acetoacetát, β-hydroxybutyrát a acetón, ktorý spolu sa nazývajú ketolátky. Tento komplexný a jemne regulovaný mechanizmus prebieha v mitochondriách z katabolizmu mastných kyselín.

Získanie ketónových telies sa uskutoční, keď je telo podrobené vyčerpávajúcim obdobiam pôstu. Aj keď sa tieto metabolity väčšinou syntetizujú v pečeňových bunkách, nachádzajú sa ako dôležitý zdroj energie v rôznych tkanivách, napríklad v kostrových svaloch a v srdcových a mozgových tkanivách.

Zdroj: Sav vas

Β-Hydroxybutyrát a acetoacetát sú metabolity používané ako substráty v srdcovom svale a kôre obličiek. Ketónové telá sa v mozgu stávajú dôležitými zdrojmi energie, keď telo vyčerpá svoj obsah glukózy.

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 ketónových teliesok je hlavnou metabolickou deriváciou acetyl-CoA. Tento metabolit sa získava z metabolickej dráhy známej ako β-oxidácia, ktorá je degradáciou mastných kyselín.

Dostupnosť glukózy v tkanivách, kde sa vyskytuje p-oxidácia, určuje metabolický osud acetyl-CoA. V konkrétnych situáciách sú oxidované mastné kyseliny nasmerované takmer výlučne na syntézu ketónových teliesok.

Druhy a vlastnosti ketónových telies

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

Redukcia kyseliny acetoctovej vedie k vzniku D-P-hydroxybutyrátu, druhého ketónového telesa. Acetón je zlúčenina, ktorá sa ťažko rozloží a je produkovaná spontánnou dekarboxylačnou reakciou acetoacetátu (takže nevyžaduje zásah žiadneho enzýmu), ak je prítomná vo vysokých koncentráciách v krvi.

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

Enzýmy podieľajúce sa na tvorbe ketónových teliesok sú prevažne v pečeňových a obličkových bunkách, čo vysvetľuje, prečo sú tieto dve miesta hlavnými producentmi týchto metabolitov. K jeho syntéze dochádza výlučne a výhradne v mitochondriálnej matrici buniek.

Keď sa tieto molekuly syntetizujú, prechádzajú do krvného obehu a smerujú do tkanív, ktoré ich potrebujú, kde sa degradujú na acetyl-CoA.

Syntéza ketónových teliesok

Podmienky pre ketogenézu

Metabolický osud acetyl-CoA z β-oxidácie závisí od metabolických potrieb tela. To sa oxiduje na CO ₂ a H ₂ O pomocou kyseliny citrónovej alebo cyklu syntézy mastných kyselín, v prípade, že metabolizmus lipidov a sacharidov, je stabilný v tele.

Keď telo potrebuje tvorbu uhľohydrátov, používa sa oxaloacetát na výrobu glukózy (glukoneogenéza) namiesto začatia cyklu kyseliny citrónovej. Toto sa vyskytuje, ako je uvedené, keď telo má určitú neschopnosť získať glukózu, v prípadoch, ako je napríklad dlhodobé hladovanie alebo prítomnosť cukrovky.

Z tohto dôvodu sa acetyl-CoA, ktorý je výsledkom oxidácie mastných kyselín, používa na výrobu ketónových teliesok.

Mechanizmus

Ketogenéza začína z produktov p-oxidácie: acetacetyl-CoA alebo acetyl-CoA. Keď je substrátom acetyl-CoA, prvý krok pozostáva z kondenzácie dvoch molekúl, reakcie katalyzovanej acetyl-CoA transferázou, za vzniku acetacetyl-CoA.

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

Acetoacetát sa redukuje na β-hydroxybutyrát pomocou zásahu β-hydroxybutyrát dehydrogenázy. Táto reakcia závisí od NADH.

Hlavným acetoacetát-ketónovým telom je p-keto kyselina, ktorá podlieha neenzymatickej dekarboxylácii. Tento proces je jednoduchý a produkuje acetón a CO2 _.

Táto séria reakcií teda vedie ku vzniku ketónových teliesok. Pretože sú rozpustné vo vode, je možné ich ľahko transportovať krvným riečiskom bez toho, aby bolo potrebné ich pripevňovať k albumínovej štruktúre, ako je tomu v prípade mastných kyselín, ktoré sú nerozpustné vo vodnom prostredí.

Β -oxidácia a ketogenéza sú príbuzné

Metabolizmus mastných kyselín vytvára substráty pre ketogenézu, takže tieto dve dráhy sú funkčne spojené.

Acetoacetyl-CoA je inhibítor metabolizmu mastných kyselín, pretože zastavuje aktivitu acyl-CoA dehydrogenázy, ktorá je prvým enzýmom β-oxidácie. Ďalej tiež vykazuje inhibíciu na acetyl-CoA transferázu a HMG-CoA syntázu.

Enzým HMG-CoA syntáza, ktorý je podriadený CPT-I (enzým podieľajúci sa na produkcii acylkarnitínu pri p-oxidácii), hrá 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 konzumované v potrave sa ukladajú vo forme triacylglycerolov v tukovom tkanive. Inzulín, anabolický hormón, sa podieľa na syntéze lipidov a tvorbe triacylglycerolov.

Na mitochondriálnej úrovni je P-oxidácia riadená vstupom a účasťou niektorých substrátov v mitochondriách. Enzým CPT I syntetizuje acyl karnitín z cytosolického acyl CoA.

Keď je telo kŕmené, aktivuje sa acetyl-CoA karboxyláza a citrát zvyšuje hladiny CPT I, zatiaľ čo jeho fosforylácia (reakcia závisí od cyklického AMP) sa znižuje.

To spôsobuje nahromadenie malonyl CoA, ktoré stimuluje syntézu mastných kyselín a blokuje ich oxidáciu, čím bráni vytvoreniu zbytočného cyklu.

V prípade hladovania je aktivita karboxylázy veľmi nízka, pretože hladiny enzýmu CPT I boli znížené a bola tiež fosforylovaná, aktivovala a podporovala oxidáciu lipidov, čo následne umožní tvorbu ketónových telies prostredníctvom acetyl-CoA.

degradácia

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

V periférnych tkanivách je beta-hydroxybutyrát oxidovaný na acetoacetát. Následne sa prítomný acetoacetát aktivuje pôsobením enzýmu 3-ketoacyl-CoA transferázy.

Succinyl-CoA pôsobí ako donor CoA konverziou na sukcináciu. Aktivácia acetoacetátu zabraňuje premene sukcinyl-CoA na cyklus sukcinátu v cykle kyseliny citrónovej so spojenou syntézou GTP pôsobením sukcinyl-CoA syntázy.

Výsledný acetoacetyl-CoA podlieha tiolytickému rozkladu, pričom vznikajú dve molekuly acetyl-CoA, ktoré sú začlenené do cyklu trikarboxylovej kyseliny, lepšie známe ako Krebsov cyklus.

Pečeňové bunky nemajú 3-ketoacyl-CoA transferázu, čo bráni aktivácii tohto metabolitu v týchto bunkách. Týmto spôsobom je zaručené, že ketónové telá neoxidujú v bunkách, v ktorých boli produkované, ale že môžu byť prenesené do tkanív, kde je požadovaná ich aktivita.

Lekársky význam ketónových telies

V ľudskom tele môžu vysoké koncentrácie ketónových telies v krvi spôsobiť špeciálne stavy nazývané acidóza a ketonémia.

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

V dôsledku toho dochádza k zvýšeniu hladín ketónových teliesok v krvi nad 2 až 4 mg / 100 N a ich prítomnosti v moči. To vedie k narušeniu intermediárneho metabolizmu týchto metabolitov.

Určité poruchy neuroflandulárnych faktorov hypofýzy, ktoré regulujú degradáciu a syntézu ketónových telies, spolu s poruchami metabolizmu uhľovodíkov, sú príčinou stavu hyperketonémie.

Diabetes mellitus a akumulácia ketónových teliesok

Diabetes mellitus (typ 1) je endokrinné ochorenie, ktoré spôsobuje zvýšenú produkciu ketónových teliesok. Nedostatočná tvorba inzulínu znemožňuje transport glukózy do svalov, pečene a tukového tkaniva, a tak sa hromadí v krvi.

Bunky v neprítomnosti glukózy začínajú procesom glukoneogenézy a rozkladom tukov a proteínov, aby sa obnovil ich metabolizmus. V dôsledku toho sa koncentrácie oxaloacetátu znižujú a zvyšuje sa oxidácia lipidov.

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

Hromadenie acetónu sa zisťuje jeho prítomnosťou v moči a dychu u ľudí, ktorí majú tento stav, a je to v skutočnosti jeden zo symptómov, ktoré naznačujú prejav tohto ochorenia.

Referencie

1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogenéza v astrocytoch: charakterizácia, regulácia a možná cytoprotektívna úloha (dizertačná práca, Complutense University v Madride, Publikačná služba).
2. Devlin, TM (1992). Učebnica biochémie: s klinickými koreláciami.
3. Garrett, RH, a Grisham, CM (2008). Biochémie. Thomson Brooks / Cole.
4. McGarry, JD, Mannaerts, GP, a Foster, DW (1977). Možná úloha malonyl-CoA pri regulácii pečeňovej oxidácie mastných kyselín a ketogenézy. Žurnál klinického skúšania, 60 (1), 265-270.
5. Melo, V., Ruiz, VM a Cuamatzi, O. (2007). Biochémia metabolických procesov. Reverte.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerove princípy biochémie. Macmillan.
7. Pertierra, AG, Gutiérrez, CV, a ďalší, CM (2000). Základy metabolickej biochémie. Editorial Tébar.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochémie. Panamerican Medical Ed.