KETOGENEZIS: TESTTÍPUSOK, SZINTÉZIS ÉS LEBOMLÁS - BIOLÓGIA - 2025

A ketogenezis az az eljárás, amelynek során az acetoacetátot, β-hidroxi-butirátot és acetont kapjuk, amelyeket együttesen ketontesteknek nevezünk. Ez a komplex és finoman szabályozott mechanizmus a mitokondriumokban zajlik, a zsírsavak katabolizmusa révén.

A ketontestek megszerzésére akkor kerül sor, amikor a testet kimerítő böjt periódusnak vetik alá. Noha ezeket a metabolitokat leginkább a májsejtekben szintetizálják, fontos energiaforrásként találhatóak meg a különféle szövetekben, például a vázizomban, valamint a szív- és agyszövetekben.

Forrás: Sav vas

A Β-hidroxi-butirát és az acetoacetát olyan metabolitok, amelyeket szubsztrátumokként használnak a szívizomban és a vese kéregében. Az agyban a ketontestek fontos energiaforrásokká válnak, amikor a test kimerítette glükózkészletét.

Általános tulajdonságok

A ketogenezist nagyon fontos fiziológiai funkciónak vagy metabolikus útnak tekintik. Általában ez a mechanizmus a májban zajlik, bár kimutatták, hogy más zsírsavak metabolizálására képes szövetekben is végrehajtható.

Az acetil-CoA fő metabolikus származéka a ketontestek képződése. Ezt a metabolitot a β-oxidációnak nevezett metabolikus útból nyerik, amely a zsírsavak lebontása.

Az acetil-CoA metabolikus sorsát meghatározza a glükóz hozzáférhetősége a szövetekben, ahol β-oxidáció történik. Különleges helyzetekben az oxidált zsírsavak szinte teljes egészében a ketontestek szintézisére irányulnak.

A ketontestek típusai és tulajdonságai

A fő ketontest acetoacetát vagy acetoecetsav, amelyet főként a májsejtekben szintetizálnak. A ketontesteket alkotó többi molekula acetoacetátból származik.

Az acetoecetsav redukciója D-β-hidroxi-butirátot, a második ketontestet eredményez. Az aceton egy olyan vegyület, amelyet nehéz lebontani, és amelyet acetoacetát spontán dekarboxilezési reakciója hoz létre (tehát nem igényel semmiféle enzimet), ha a vér magas koncentrációban van jelen.

A ketontestek megnevezését szokásos módon adták meg, mivel szigorúan véve a β-hidroxi-butirátnak nincs ketonfunkciója. Ez a három molekula vízben oldódik, ami megkönnyíti a vér szállítását. Fő feladata az, hogy energiát biztosítson bizonyos szövetekhez, mint például a váz és a szívizom.

A ketontestek képződésében résztvevő enzimek főként a májban és a vese sejtekben vannak, ami megmagyarázza, hogy miért ez a két hely az ezen metabolitok fő termelője. Szintézise kizárólag és kizárólag a sejtek mitokondriális mátrixában zajlik.

Miután ezeket a molekulákat szintetizálták, átjutnak a véráramba, és a szövetbe kerülnek, ahol szükségük van rájuk, ahol az acetil-CoA-ra bomlik.

Ketontestek szintézise

A ketogenezis feltételei

Az β-oxidációból származó acetil-CoA metabolikus sorsa a test anyagcseréjétől függ. Ez oxidálódik CO ₂ és H ₂ O-n keresztül a citromsav-ciklus, vagy a zsírsavak szintézisében, ha az anyagcsere a lipidek és szénhidrátok stabil a szervezetben.

Amikor a testnek szüksége van a szénhidrátok képzésére, az oxaloacetátot a citromsav ciklus elindítása helyett glükóz előállításához (glükoneogenezis) használják. Ez, amint már említettük, akkor fordul elő, amikor a test bizonyos mértékig nem képes glükózt elnyerni, például hosszan tartó böjt vagy cukorbetegség esetén.

Emiatt a zsírsavak oxidációjából származó acetil-CoA-t felhasználják ketontestek előállításához.

Gépezet

A ketogenezis folyamat a β-oxidáció termékeiből indul: acetacetil-CoA vagy acetil-CoA. Ha a szubsztrát acetil-CoA, akkor az első lépés két molekula kondenzációjából áll, egy acetil-CoA-transzferáz által katalizált reakcióból, amelynek eredményeként acetacetil-CoA-t kapunk.

Az acetacetil-CoA-t egy harmadik acetil-CoA-val kondenzáljuk HMG-CoA szintáz hatására, hogy HMG-CoA-t (β-hidroxi-β-metil-glutaril-CoA) kapjunk. A HMG-CoA HMG-CoA-láz hatására acetoacetátra és acetil-CoA-ra bomlik. Ily módon kapjuk az első ketontestet.

Az acetoacetát β-hidroxi-butirátmá redukálódik a β-hidroxi-butirát-dehidrogenáz beavatkozása révén. Ez a reakció a NADH-tól függ.

A fő acetoacetát-ketontest egy β-keto-sav, amely nem enzimes dekarboxilezésen megy keresztül. Ez az eljárás egyszerű és acetont és szén-dioxidot eredményez .

Ez a reakciósorozat így ketontesteket eredményez. Ezek a vízben oldódó anyagok könnyen szállíthatók a véráramon keresztül anélkül, hogy az albumin szerkezethez kell rögzíteni, mint például a vizes közegben oldhatatlan zsírsavak esetében.

Az Β-oxidáció és a ketogenezis összefüggenek

A zsírsav-metabolizmus előállítja a ketogenezis szubsztrátjait, tehát ez a két út funkcionálisan összefügg.

Az acetocetil-CoA gátolja a zsírsav-anyagcserét, mivel megállítja az acil-CoA-dehidrogenáz aktivitását, amely a β-oxidáció első enzime. Ezenkívül gátolja az acetil-CoA-transzferázt és a HMG-CoA-szintázt is.

A HMG-CoA szintáz enzim, amelyet a CPT-I alárendelt (egy β-oxidációban acilkarnitin előállításában részt vevő enzim), fontos szabályozó szerepet játszik a zsírsavak képződésében.

A β-oxidáció szabályozása és hatása a ketogenezisre

Az organizmusok táplálása szabályozza a hormonális jelek komplex halmazát. Az étrendben felhasznált szénhidrátok, aminosavak és lipidek a zsírszövetben triacil-glicerinek formájában kerülnek lerakódásra. Az inzulin, egy anabolikus hormon, részt vesz a lipidek szintézisében és a triacil-glicerinek képződésében.

Mitokondriális szinten a β-oxidációt bizonyos szubsztrátok belépése és részvétele a mitokondriumokban szabályozza. A CPT I enzim az acil-karnitint a citoszolos Acyl CoA-ból szintetizálja.

Amikor a test táplálkozik, az acetil-CoA-karboxiláz aktiválódik, és a citrát növeli a CPT I szintet, miközben foszforilációja (a ciklikus AMP-től függő reakció) csökken.

Ez a malonil-CoA felhalmozódását idézi elő, amely serkenti a zsírsavak szintézisét és blokkolja azok oxidációját, megakadályozva egy hiábavaló ciklus kialakulását.

A böjt esetén a karboxiláz aktivitása nagyon alacsony, mivel a CPT I enzim szintje csökkent, és azt is foszforilálta, aktiválja és elősegíti a lipidek oxidációját, ami később lehetővé teszi ketontestek képződését acetil-CoA.

A lebomlás

A ketontestek diffundálnak a sejtekből, ahol szintetizálódtak, és a véráram révén továbbjutnak a perifériás szövetekbe. Ezekben a szövetekben a trikarbonsav cikluson keresztül oxidálódhatnak.

A perifériás szövetekben a β-hidroxi-butirátot acetoacetáttá oxidálják. Ezt követően a jelen lévő acetoacetátot a 3-ketoacil-CoA-transzferáz enzim hatására aktiválják.

A szukcinil-CoA CoA donorként működik azáltal, hogy szukcináttá alakul. Az acetoacetát aktiválása megakadályozza, hogy a szukcinil-CoA a citromsav ciklusban szukcináttá alakuljon, a GTP szinkcinil-CoA szintáz hatására kapcsolt szintézise útján.

A kapott acetoacetil-CoA tiolitikus lebontáson megy keresztül, és két acetil-CoA molekulát állít elő, amelyeket beépítenek a trikarbonsav ciklusba, vagyis Krebs ciklusnak nevezik.

A májsejtekben nincs 3-ketoacil-CoA-transzferáz, ami megakadályozza, hogy ez a metabolit aktiválódjon ezekben a sejtekben. Ily módon garantált, hogy a ketontestek nem oxidálódnak azokban a sejtekben, ahol előállították, hanem a szövetekbe továbbíthatók, ahol aktivitásuk szükséges.

A ketontestek orvosi jelentősége

Az emberi testben a vérben lévő ketontestek magas koncentrációja különleges állapotokat okozhat, úgynevezett acidózist és ketonémiát.

Ezen metabolitok előállítása megfelel a zsírsavak és a szénhidrátok katabolizmusának. A patológiás ketogén állapot egyik leggyakoribb oka az ecetsav-dikarbonát fragmentumok magas koncentrációja, amelyeket a trikarbonsav oxidációs útja nem bont le.

Következésképpen megnövekszik a vérben lévő ketontestek szintje 2–4 mg / 100 N felett és jelenléte a vizeletben. Ez ezeknek a metabolitoknak a közbenső anyagcseréjét zavarja.

A hiperketonemia kialakulásának oka az agyalapi mirigy miriglandularis tényezőinek bizonyos hibái, amelyek szabályozzák a ketontestek lebontását és szintézisét, valamint a szénhidrogének anyagcseréjének rendellenességei.

Cukorbetegség és a ketontestek felhalmozódása

A diabetes mellitus (1. típusú) endokrin betegség, amely fokozza a ketontestek termelését. A nem megfelelő inzulintermelés letiltja a glükóz szállítását az izmokba, a májba és a zsírszövetbe, így felhalmozódik a vérben.

A sejtek glükóz hiányában megkezdik a glükoneogenezis folyamatát, valamint a zsírok és fehérjék lebontását az anyagcserének helyreállítása érdekében. Ennek következményeként az oxaloacetát-koncentráció csökken, és a lipid-oxidáció növekszik.

Ezután acetil-CoA felhalmozódik, amely oxaloacetát hiányában nem tudja követni a citromsav útját, ezáltal a ketontestek magas termelését idézheti elő, amely e betegségre jellemző.

Az aceton felhalmozódását az ilyen állapotú emberek vizeletében és légzésében való jelenléte határozza meg, és valójában az egyik tünet, amely jelzi a betegség megnyilvánulását.

Irodalom

1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogenezis az asztrocitákban: jellemzés, szabályozás és az esetleges citoprotektív szerep (doktori értekezés, Madridi Complutense Egyetem, Publikációs Szolgálat).
2. Devlin, TM (1992). Biokémia tankönyv: klinikai összefüggésekkel.
3. Garrett, RH és Grisham, CM (2008). Biokémia. Thomson Brooks / Cole.
4. McGarry, JD, Mannaerts, GP, és Foster, DW (1977). A malonil-CoA lehetséges szerepe a máj zsírsav-oxidációjának és ketogenezisének szabályozásában. The Journal of klinikális vizsgálat, 60 (1), 265-270.
5. Melo, V., Ruiz, V. és Cuamatzi, O. (2007). A metabolikus folyamatok biokémiája. Reverte.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, és Cox, MM (2008). A biokémia Lehninger alapelvei. Macmillan.
7. Pertierra, AG, Gutiérrez, CV és társai, CM (2000). A metabolikus biokémia alapjai. Szerkesztõ Tébar.
8. Voet, D. és Voet, JG (2006). Biokémia. Panamerican Medical Ed.