Ketogeneesityypit ketonikappaleille, synteesi ja hajoaminen



ketogeneesi on prosessi, jossa saadaan asetoasetaattia, p-hydroksibutyraattia ja asetonia, joita yhdessä kutsutaan ketonikappaleiksi. Tämä monimutkainen ja hienorakenteinen mekanismi toteutetaan mitokondrioissa rasvahappojen kataboliasta.

Ketonikappaleiden saaminen tapahtuu, kun organismi altistetaan tyhjiksi tyhjiksi ajanjaksoiksi. Vaikka nämä metaboliitit syntetisoidaan pääasiassa maksasoluissa, ne ovat merkittäviä energialähteitä eri kudoksissa, kuten luurankolihaksessa ja sydän- ja aivokudoksissa..

Β-hydroksibutyraatti ja asetoasetaatti ovat metaboliitteja, joita käytetään substraateina sydänlihassa ja munuaiskuoressa. Aivoissa ketonikappaleista tulee tärkeitä energialähteitä, kun elin on käyttänyt glukoosireservin.

indeksi

  • 1 Yleiset ominaisuudet
  • 2 Ketonikappaleiden tyypit ja ominaisuudet
  • 3 Ketonirunkojen synteesi
    • 3.1 Ketogeneesin olosuhteet
    • 3.2 Mekanismi
    • 3.3 P-hapettuminen ja ketogeneesi ovat keskenään yhteydessä
    • 3.4 P-hapettumisen säätely ja sen vaikutus ketogeneesiin
  • 4 Hajoaminen
  • 5 Ketonirunkojen lääketieteellinen merkitys
    • 5.1 Diabetes mellitus ja ketonirunkojen kertyminen
  • 6 Viitteet

Yleiset ominaisuudet

Ketogeneesiä pidetään hyvin tärkeänä fysiologisena funktiona tai aineenvaihdunnan reitinä. Yleensä tämä mekanismi suoritetaan maksassa, vaikka on osoitettu, että se voidaan toteuttaa muissa kudoksissa, jotka kykenevät metaboloimaan rasvahappoja.

Ketonikappaleiden muodostuminen on asetyyli-CoA: n pääasiallinen metabolinen johdannainen. Tämä metaboliitti saadaan metaboliareitistä, joka tunnetaan β-hapetuksena, joka on rasvahappojen hajoaminen.

Glukoosin saatavuus kudoksissa, joissa tapahtuu β-hapettumista, määrittää asetyyli-CoA: n metabolisen kohtalon. Erityisissä tilanteissa hapettuneet rasvahapot suuntautuvat lähes kokonaan ketonikappaleiden synteesiin.

Ketonikappaleiden tyypit ja ominaisuudet

Ketonin pääkappale on asetoasetaatti tai asetoetikkahappo, joka syntetisoidaan pääasiassa maksasoluissa. Muut ketonikappaleita muodostavat molekyylit on johdettu asetoasetaatista.

Asetoetikkahapon pelkistys saa aikaan toisen ketonirungon D-p-hydroksibutyraatin. Asetoni on yhdiste, jota on vaikea hajottaa ja jota tuotetaan asetoasetaatin dekarboksyloinnin spontaanilla reaktiolla (joten se ei vaadi minkään entsyymin väliintuloa), kun se on suurissa pitoisuuksissa veressä.

Ketonikappaleiden nimeäminen on järjestetty yleisesti, koska β-hydroksibutyraatin tiukasti ottaen ei ole ketonifunktiota. Nämä kolme molekyyliä ovat liukoisia veteen, mikä helpottaa niiden kuljetusta veressä. Sen pääasiallinen tehtävä on tuottaa energiaa tietyille kudoksille, kuten luuston ja sydämen lihaksille.

Ketonikappaleiden muodostukseen osallistuvat entsyymit ovat pääasiassa maksassa ja munuaissoluissa, mikä selittää, miksi nämä kaksi paikkaa ovat näiden metaboliittien tärkeimmät tuottajat. Sen synteesi tapahtuu vain ja yksinomaan solujen mitokondriaalisessa matriisissa.

Kun nämä molekyylit syntetisoidaan, ne menevät verenkiertoon ja menevät kudoksiin, jotka niitä vaativat, jolloin ne hajoavat asetyyli-CoA: ksi.

Ketoni-elinten synteesi

Ketogeneesin olosuhteet

Asetyyli-CoA: n metabolinen kohtalo β-hapetuksesta riippuu organismin metabolisista vaatimuksista. Tämä hapetetaan CO: ksi2 ja H2Tai käyttämällä sitruunahapposykliä tai rasvahappojen synteesiä, jos lipidien ja hiilihydraattien metabolia on stabiili kehossa.

Kun elimistö tarvitsee hiilihydraattien muodostumista, oksaloasetaattia käytetään glukoosin (glukoneogeneesin) valmistukseen sitruunahapposyklin aloittamisen sijaan. Tämä tapahtuu, kuten mainittiin, kun elimistöllä on jonkin verran kyvyttömyyttä saada glukoosia, esimerkiksi pitkittyneen paastoamisen tai diabeteksen esiintymisen vuoksi..

Tästä johtuen rasvahappojen hapetuksesta saatua asetyyli-CoA: ta käytetään ketonikappaleiden valmistukseen.

mekanismi

Ketogeneesin prosessi alkaa p-hapetuksen tuotteista: asetasetyyliryhmästä tai asetyyli-CoA: sta. Kun substraatti on asetyyli-CoA, ensimmäinen vaihe sisältää kahden molekyylin, asetyyliko-CoA-transferaasin katalysoiman reaktion, kondensoinnin asetasetyyli-CoA: n tuottamiseksi.

Asetasetyyli-CoA kondensoidaan kolmannen asetyyli-CoA: n avulla HMG-CoA-syntaasin vaikutuksesta, jolloin saadaan HMG-CoA (P-hydroksi-P-metyyliglutaryyli-CoA). HMG-CoA hajotetaan asetoasetaatiksi ja asetyyli-CoA: ksi HMG-CoA-lyaasin vaikutuksesta. Tällä tavalla saadaan ensimmäinen ketoninen kappale.

Asetoasetaatti pelkistetään β-hydroksibutyraatiksi β-hydroksibutyraattidehydrogenaasin interventiolla. Tämä reaktio riippuu NADH: sta.

Tärkein asetoasetaatti-ketonirunko on p-ketohappo, jolle tehdään ei-entsymaattinen dekarboksylointi. Tämä prosessi on yksinkertainen ja tuottaa asetonia ja CO: ta2.

Tämä reaktiosarja saa aikaan ketonirungot. Nämä liukoiset veteen voidaan kuljettaa helposti verenkierron läpi ilman tarvetta ankkuroida albumiinirakenteeseen, samoin kuin vesipitoiseen väliaineeseen liukenemattomien rasvahappojen tapauksessa.

Oxid-hapetus ja ketogeneesi ovat keskenään yhteydessä

Rasvahappojen aineenvaihdunta tuottaa ketogeneesin substraatteja, joten nämä kaksi reittiä liittyvät toiminnallisesti.

Asetoasetyyli-CoA on rasvahappojen aineenvaihdunnan estäjä, koska se pysäyttää asyyli-CoA-dehydrogenaasin aktiivisuuden, joka on ensimmäinen β-hapettumisen entsyymi. Lisäksi se myös inhiboi asetyyli-CoA-transferaasia ja HMG-CoA-syntaasia.

CPT-I: n alaisuudessa oleva entsyymi HMG-CoA-syntaasi (entsyymi, joka osallistuu asyylikarnitiinin tuotantoon β-hapetuksessa) on tärkeä sääntelytehtävä rasvahappojen muodostamisessa.

P-hapettumisen säätely ja sen vaikutus ketogeneesiin

Organismien ruokinta säätelee kompleksista hormonaalista signaalia. Ruokavaliossa kulutetut hiilihydraatit, aminohapot ja lipidit kerrostuvat rasvakudokseen triasyyliglyserolien muodossa. Insuliini, anabolinen hormoni, osallistuu lipidien synteesiin ja triasyyliglyserolien muodostumiseen.

Mitokondriaalisella tasolla β-hapettumista kontrolloi joidenkin substraattien sisäänpääsy ja osallistuminen mitokondrioihin. CPTI-entsyymi syntetisoi asyylikarnitiinia sytosolista Acyl CoA: sta.

Kun organismi syötetään, asetyyli-CoA-karboksylaasi aktivoituu ja sitraatti lisää CPT I: n tasoja, kun taas sen fosforylaatio vähenee (syklinen AMP: stä riippuva reaktio).

Tämä aiheuttaa malonyyli-CoA: n kertymisen, joka stimuloi rasvahappojen synteesiä ja estää niiden hapettumisen estäen turhaa sykliä syntymästä..

Paastoamisen tapauksessa karboksylaasin aktiivisuus on hyvin alhainen, koska CPTI-entsyymin tasot ovat vähentyneet ja se on fosforyloitu, aktivoinut ja edistäneet lipidien hapettumista, mikä sallii myöhemmin ketonirunkojen muodostumisen läpi asetyyli-CoA: ta.

hajoaminen

Ketonirungot diffundoituvat soluista, joissa ne syntetisoitiin ja kuljetettiin verenkiertoon perifeerisiin kudoksiin. Näissä kudoksissa ne voidaan hapettaa trikarboksyylihapposyklin kautta.

Perifeerisissä kudoksissa β-hydroksibutyraatti hapetetaan asetoasetaatiksi. Tämän jälkeen 3-ketoasyyli-CoA-transferaasi entsyymi aktivoi esillä olevan asetoasetaatin.

Succinyl-CoA toimii CoA-luovuttajana, josta tulee sukkinaatti. Asetoasetaatin aktivoituminen tapahtuu, jotta sukkinyyli-CoA: sta ei tule sukkinaattia sitruunahapposyklin aikana GTP: n kytketyn synteesin avulla sukkinyyli-CoA-syntaasin vaikutuksesta.

Tuloksena oleva asetoasetyyli-CoA läpäisee tioliittisen katkaisun, joka tuottaa kaksi asetyyli-CoA-molekyyliä, jotka sisällytetään trikarboksyylihapposykliin, joka tunnetaan paremmin nimellä Krebs-sykli..

Maksasoluista puuttuu 3-ketoasyyli-CoA-transferaasi, joka estää tämän metaboliitin aktivoitumisen näissä soluissa. Tällä tavoin taataan, että ketonikappaleita ei hapeteta soluissa, joissa ne on tuotettu, vaan että ne voidaan siirtää kudoksiin, joissa niiden aktiivisuus vaaditaan.

Ketonikappaleiden lääketieteellinen merkitys

Ihmiskehossa korkeat ketonikappaleiden pitoisuudet veressä voivat aiheuttaa erityisolosuhteita, joita kutsutaan acidoosiksi ja ketonemiaksi.

Näiden metaboliittien valmistus vastaa rasvahappojen ja hiilihydraattien kataboliaa. Yksi yleisimmistä patologisen ketogeneesin tilan syistä on etikka- dikarbonaattifragmenttien suuri konsentraatio, jota ei hajota trikarboksyylihapon hapetusreitti..

Tämän seurauksena veren ketonikappaleiden pitoisuus nousee yli 2 - 4 mg / 100 N ja niiden esiintyminen virtsassa. Tämä johtaa mainittujen metaboliittien välisen aineenvaihdunnan häiriöön.

Jotkut neuroglandulaaristen aivolisäkkeen tekijöiden puutteet, jotka säätelevät ketonikappaleiden hajoamista ja synteesiä, sekä hiilivetyjen metabolian häiriöt ovat hyperketonemian tilan syy..

Diabetes mellitus ja ketonikappaleiden kertyminen

Diabetes mellitus (tyyppi 1) on endokriininen sairaus, joka aiheuttaa ketonikappaleiden tuotannon lisääntymisen. Riittämätön insuliinintuotanto estää glukoosin kuljettamisen lihaksiin, maksaan ja rasvakudokseen, jolloin ne kerääntyvät veressä.

Solut, joissa ei ole glukoosia, aloittavat glukoone- geneesin ja rasvan ja proteiinien hajoamisen prosessin metabolian palauttamiseksi. Tämän seurauksena oksaliasetaattipitoisuudet vähenevät ja lipidien hapetus lisääntyy.

Sitten on asetyyli-CoA: n kerääntyminen, joka oksaloasetaatin poissa ollessa ei voi seurata sitruunahapon polkua, joka aiheuttaa korkeaa ketonirunkojen tuotantoa, joka on ominaista tälle taudille.

Asetonin kerääntyminen havaitaan sen läsnä ollessa virtsassa ja ihmisten hengityksessä, joilla on tämä tila, ja se on itse asiassa yksi oireista, jotka osoittavat tämän taudin ilmenemisen..

viittaukset

  1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogeneesi astrosyytteissä: karakterisointi, säätely ja mahdollinen sytoprotektiivinen rooli (Väitöskirja, Universidad Complutense de Madrid, Julkaisupalvelu).
  2. Devlin, T. M. (1992). Biokemian oppikirja: kliinisiä korrelaatioita.
  3. Garrett, R. H., ja Grisham, C. M. (2008). biokemia. Thomson Brooks / Cole.
  4. McGarry, J. D., Mannaerts, G. P., ja Foster, D. W. (1977). Malonyyli-CoA: n mahdollinen rooli maksan rasvahappojen hapettumisen ja ketogeneesin säätelyssä. Kliinisen tutkimuksen lehdessä, 60(1), 265-270.
  5. Melo, V., Ruiz, V. M. & Cuamatzi, O. (2007). Metabolisten prosessien biokemia. Reverte.
  6. Nelson, D. L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M.. Lehningerin biokemian periaatteet. Macmillan.
  7. Pertierra, A. G., Gutiérrez, C. V. ja muut, C. M. (2000). Metabolisen biokemian perusteet. Toimituksellinen Tébar.
  8. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). biokemia. Ed. Panamericana Medical.