Κετογενείς τύποι κετονικών σωμάτων, σύνθεση και υποβάθμιση



Το κετογένεση είναι η διαδικασία με την οποία λαμβάνονται ακετοξικό, β-υδροξυβουτυρικό και ακετόνη, τα οποία μαζί ονομάζονται κετόνες. Αυτός ο πολύπλοκος και λεπτότατα ρυθμιζόμενος μηχανισμός εκτελείται στα μιτοχόνδρια, από τον καταβολισμό των λιπαρών οξέων.

Η λήψη των σωμάτων κετόνης λαμβάνει χώρα όταν ο οργανισμός υποβάλλεται σε εξαντλητικές περιόδους νηστείας. Αν και αυτοί οι μεταβολίτες συντίθενται κυρίως σε ηπατικά κύτταρα, βρίσκονται ως σημαντική πηγή ενέργειας σε διάφορους ιστούς, όπως σκελετικούς μυς και καρδιακούς ιστούς και ιστούς εγκεφάλου..

Το Β-υδροξυβουτυρικό άλας και ο ακετοξικός εστέρας είναι μεταβολίτες που χρησιμοποιούνται ως υποστρώματα στον καρδιακό μυ και στον φλοιό των νεφρών. Στον εγκέφαλο, τα κετονικά σώματα γίνονται σημαντικές πηγές ενέργειας όταν το σώμα έχει εξαντλήσει το απόθεμα γλυκόζης.

Ευρετήριο

  • 1 Γενικά χαρακτηριστικά
  • 2 Τύποι και ιδιότητες κετονών
  • 3 Σύνθεση κετονικών σωμάτων
    • 3.1 Συνθήκες για την κετογένεση
    • 3.2 Μηχανισμός
    • 3.3 β-οξείδωση και κετογένεση σχετίζονται
    • 3.4 Ρύθμιση της β-οξείδωσης και η επίδρασή της στην κετογένεση
  • 4 Υποβάθμιση
  • 5 Ιατρική σημασία των κετονών
    • 5.1 Σακχαρώδης διαβήτης και συσσώρευση κετονών
  • 6 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

Η κετογένεση θεωρείται πολύ σημαντική φυσιολογική λειτουργία ή μεταβολική οδός. Γενικά, αυτός ο μηχανισμός διεξάγεται στο ήπαρ, αν και έχει αποδειχθεί ότι μπορεί να διεξαχθεί σε άλλους ιστούς που είναι ικανοί να μεταβολίζουν λιπαρά οξέα.

Ο σχηματισμός κετονών είναι το κύριο μεταβολικό παράγωγο του ακετυλο-ΟοΑ. Αυτός ο μεταβολίτης λαμβάνεται από την μεταβολική οδό που είναι γνωστή ως β-οξείδωση, η οποία είναι η αποικοδόμηση λιπαρών οξέων.

Η διαθεσιμότητα γλυκόζης στους ιστούς όπου λαμβάνει χώρα β-οξείδωση καθορίζει την μεταβολική μοίρα του ακετυλο-ΟοΑ. Σε ειδικές καταστάσεις, οξειδωμένα λιπαρά οξέα κατευθύνονται σχεδόν εξ ολοκλήρου στη σύνθεση κετονικών σωμάτων.

Τύποι και ιδιότητες κετονών

Το κύριο σώμα κετόνης είναι το ακετοξικό ή το ακετοξικό οξύ, το οποίο συντίθεται κυρίως στα ηπατικά κύτταρα. Τα άλλα μόρια που συνθέτουν τα κετόνια προέρχονται από το ακετοξικό.

Η αναγωγή του ακετοξικού οξέος προκαλεί το D-β-υδροξυβουτυρικό άλας, το δεύτερο σώμα κετόνης. Η ακετόνη είναι μια ένωση που είναι δύσκολο να αποικοδομηθεί και παράγεται από μια αυθόρμητη αντίδραση αποκαρβοξυλίωσης του ακετοξικού (έτσι δεν απαιτεί την παρέμβαση οποιουδήποτε ενζύμου), όταν υπάρχει σε υψηλές συγκεντρώσεις στο αίμα.

Ο χαρακτηρισμός των κετονικών σωμάτων έχει διευθετηθεί με σύμβαση, αφού αυστηρά μιλώντας το β-υδροξυβουτυρικό δεν έχει κετονική λειτουργία. Αυτά τα τρία μόρια είναι διαλυτά στο νερό που διευκολύνει τη μεταφορά τους στο αίμα. Η κύρια λειτουργία του είναι να παρέχει ενέργεια σε ορισμένους ιστούς όπως ο σκελετικός και ο καρδιακός μυς.

Τα ένζυμα που εμπλέκονται στο σχηματισμό κετονικών σωμάτων είναι κυρίως στο ήπαρ και τα νεφρικά κύτταρα, γεγονός που εξηγεί γιατί οι δύο αυτές θέσεις είναι οι κύριοι παραγωγοί αυτών των μεταβολιτών. Η σύνθεσή του συμβαίνει μόνο και αποκλειστικά στη μιτοχονδριακή μήτρα των κυττάρων.

Μόλις αυτά τα μόρια συντίθενται, πηγαίνουν στην κυκλοφορία του αίματος και πηγαίνουν στους ιστούς που τους χρειάζονται, όπου αποικοδομούνται σε ακετυλο-CoA.

Σύνθεση κετονών

Συνθήκες για την κετογένεση

Η μεταβολική μοίρα του ακετυλο-ΟοΑ από την β-οξείδωση εξαρτάται από τις μεταβολικές ανάγκες του οργανισμού. Αυτό οξειδώνεται σε CO2 και Η2Ή μέσω του κύκλου του κιτρικού οξέος ή της σύνθεσης των λιπαρών οξέων, εάν ο μεταβολισμός των λιπιδίων και των υδατανθράκων είναι σταθερός στο σώμα.

Όταν το σώμα χρειάζεται τον σχηματισμό υδατανθράκων, το oxaloacetate χρησιμοποιείται για την παραγωγή γλυκόζης (γλυκονεογένεση) αντί για την έναρξη του κύκλου του κιτρικού οξέος. Αυτό συμβαίνει, όπως αναφέρθηκε, όταν το σώμα έχει κάποια αδυναμία να αποκτήσει γλυκόζη, σε περιπτώσεις όπως η παρατεταμένη νηστεία ή η παρουσία διαβήτη.

Εξαιτίας αυτού χρησιμοποιείται το ακετυλ-ΟοΑ που προκύπτει από την οξείδωση λιπαρών οξέων για την παραγωγή των κετονικών σωμάτων.

Μηχανισμός

Η διαδικασία της κετογένεσης ξεκινά από τα προϊόντα β-οξείδωσης: ακετακετυλ-ΟοΑ ή ακετυλ-ΟοΑ. Όταν το υπόστρωμα είναι ακετυλ-ΟοΑ, το πρώτο βήμα περιλαμβάνει τη συμπύκνωση δύο μορίων, μια αντίδραση που καταλύεται από τρανσφεράση ακετυλ-ΟοΑ, για να παραχθεί ακετακετυλ-ΟοΑ.

Η acetacetil-CoA συμπυκνώνεται με μία τρίτη ακετυλο-CoA μέσω της δράσης της HMG-CoA συνθάσης, αναστολείς HMG-CoA για να παραχθεί (β-υδροξυ-β-μεθυλογλουταρυλο-ΟοΑ). Η HMG-CoA αποικοδομείται σε ακετοξικό και ακετυλ-ΟοΑ με τη δράση της λυάσης HMG-CoA. Με αυτόν τον τρόπο αποκτάται το πρώτο κετονικό σώμα.

Ο ακετοξικός εστέρας ανάγεται σε β-υδροξυβουτυρικό με την παρέμβαση της β-υδροξυβουτυρικής αφυδρογονάσης. Αυτή η αντίδραση εξαρτάται από το NADH.

Το κύριο σώμα ακετοξικής κετόνης είναι ένα β-κετο οξύ, το οποίο υφίσταται μη ενζυματική αποκαρβοξυλίωση. Αυτή η διαδικασία είναι απλή και παράγει ακετόνη και CO2.

Αυτή η σειρά αντιδράσεων δημιουργεί έτσι τα κετόνια. Αυτά τα διαλυτά νερό που πρόκειται να μεταφέρονται εύκολα μέσω της κυκλοφορίας του αίματος, χωρίς αγκύρωση σε μια δομή της λευκωματίνης, όπως λιπαρά οξέα τα οποία είναι αδιάλυτα σε υδατικό μέσο.

Β-οξείδωση και κετογένεση σχετίζονται

Ο μεταβολισμός των λιπαρών οξέων παράγει τα υποστρώματα για την κετογένεση, επομένως αυτά τα δύο μονοπάτια είναι λειτουργικά συγγενή.

Το Acetoacetyl-CoA είναι ένας αναστολέας του μεταβολισμού των λιπαρών οξέων, καθώς σταματά τη δράση της αφυδρογονάσης acyl-CoA που είναι το πρώτο ένζυμο β-οξείδωσης. Επιπλέον, ασκεί επίσης αναστολή επί της τρανσφεράσης ακετυλ-ΟοΑ και της συνθάσης HMG-CoA.

HMG-CoA συνθάσης, υποκείμενο με ΟΡΤ-Ι (ένζυμο που εμπλέκεται στην παραγωγή καρνιτίνης ακυλο β-οξείδωσης σε), αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό ρυθμιστικό ρόλο στο σχηματισμό των λιπαρών οξέων.

Ρύθμιση της β-οξείδωσης και η επίδρασή της στην κετογένεση

Η σίτιση των οργανισμών ρυθμίζει ένα περίπλοκο σύνολο ορμονικών σημάτων. Οι υδατάνθρακες, τα αμινοξέα και τα λιπίδια που καταναλώνονται στη διατροφή αποτίθενται με τη μορφή τριακυλγλυκερίων στον λιπώδη ιστό. Η ινσουλίνη, μια αναβολική ορμόνη, εμπλέκεται στη σύνθεση των λιπιδίων και στον σχηματισμό τριακυλγλυκερίων.

Στο μιτοχονδριακό επίπεδο, η β-οξείδωση ελέγχεται από την είσοδο και τη συμμετοχή ορισμένων υποστρωμάτων στα μιτοχόνδρια. Το ένζυμο CPT Ι συνθέτει την Ακυλ Καρνιτίνη από το κυτοσολικό Acyl CoA.

Όταν τροφοδοτείται ο οργανισμός, ενεργοποιείται ακετυλο-ΟοΑ καρβοξυλάση και το κιτρικό αυξάνει τα επίπεδα του CPT Ι, ενώ μειώνεται η φωσφορυλίωση του (κυκλική ΑΜΡ-εξαρτώμενη αντίδραση).

Αυτό προκαλεί συσσώρευση μηλονυλοϋοΑ, το οποίο διεγείρει τη σύνθεση λιπαρών οξέων και εμποδίζει την οξείδωση τους, αποτρέποντας τη δημιουργία ενός άχρηστου κύκλου.

Στην περίπτωση της νηστείας, η δραστικότητα της καρβοξυλάσης είναι πολύ χαμηλή, διότι τα επίπεδα του ενζύμου CPT I έχουν μειωθεί και επίσης φωσφορυλιωμένο, ενεργοποιώντας και προάγοντας την οξείδωση των λιπιδίων, η οποία στη συνέχεια επιτρέπουν το σχηματισμό των κετονικών σωμάτων μέσω ακετυλ-ΟοΑ.

Υποβάθμιση

Τα σώματα κετόνης διαχέονται από τα κύτταρα όπου συντέθηκαν και μεταφέρθηκαν στους περιφερειακούς ιστούς από την κυκλοφορία του αίματος. Σε αυτούς τους ιστούς μπορούν να οξειδωθούν μέσω του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος.

Στους περιφερειακούς ιστούς, ο β-υδροξυβουτυρικός εστέρας οξειδώνεται προς ακετοξικό άλας. Στη συνέχεια, ο παρόν ακετοξικός εστέρας ενεργοποιείται από το ένζυμο 3-κετοακυλ-ΟοΑ τρανσφεράση.

Το Succinyl-CoA δρα ως ένας δότης CoA που γίνεται ηλεκτρικός. Ακετοξικού ενεργοποίηση συμβαίνει να αποτραπεί η ηλεκτρυλο-ΟοΑ καθίσταται ηλεκτρικό στον κύκλο του κιτρικού οξέος, με τη σύνθεση της GTP συζευγμένο με τη δράση του ηλεκτρυλο-ΟοΑ συνθάσης της.

Η προκύπτουσα ακετοακετυλο-ΟοΑ υφίσταται θειολική διάσπαση παράγοντας δύο μόρια ακετυλ-ΟοΑ που ενσωματώνονται στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος, καλλίτερα γνωστά ως ο κύκλος Krebs..

Τα κύτταρα του ήπατος στερούνται της τρανσφεράσης 3-κετοακυλ-ΟοΑ, εμποδίζοντας αυτόν τον μεταβολίτη να ενεργοποιηθεί σε αυτά τα κύτταρα. Με αυτόν τον τρόπο διασφαλίζεται ότι τα σώματα κετόνης δεν οξειδώνονται στα κύτταρα όπου παράγονται, αλλά ότι μπορούν να μεταφερθούν στους ιστούς όπου απαιτείται η δραστηριότητά τους.

Ιατρική σημασία των κετονικών σωμάτων

Στο ανθρώπινο σώμα, υψηλές συγκεντρώσεις κετονικών σωμάτων στο αίμα μπορεί να προκαλέσει ειδικές καταστάσεις που ονομάζονται οξέωση και κετονημία.

Η παρασκευή αυτών των μεταβολιτών αντιστοιχεί στον καταβολισμό λιπαρών οξέων και υδατανθράκων. Μία από τις συνηθέστερες αιτίες παθολογικής κατάστασης κετογένεσης είναι η υψηλή συγκέντρωση θραυσμάτων οξικού ανθρακικού που δεν αποικοδομούνται από την οδό οξείδωσης τρικαρβοξυλικού οξέος..

Κατά συνέπεια υπάρχει αύξηση των επιπέδων των κετονικών σωμάτων στο αίμα πάνω από 2 έως 4 mg / 100 N και η παρουσία τους στα ούρα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη διαταραχή του ενδιάμεσου μεταβολισμού των εν λόγω μεταβολιτών.

Ορισμένοι ελαττώματα παράγοντες υπόφυσης neuroglandular που ρυθμίζουν τη σύνθεση και την αποικοδόμηση των σωμάτων κετόνης, από διαταραχές στο μεταβολισμό των υδρογονανθράκων, είναι υπεύθυνη για την κατάσταση της κετοναιμία.

Σακχαρώδης διαβήτης και συσσώρευση κετονών

Ο σακχαρώδης διαβήτης (τύπος 1) είναι μια ενδοκρινική νόσο που προκαλεί αύξηση στην παραγωγή κετονικών σωμάτων. Η ανεπαρκής παραγωγή ινσουλίνης απενεργοποιεί τη μεταφορά γλυκόζης στους μυς, το ήπαρ και τον λιπώδη ιστό, συσσωρεύοντας έτσι στο αίμα.

Τα κύτταρα απουσία γλυκόζης αρχίζουν τη διαδικασία της γλυκονεογένεσης και της αποδόμησης του λίπους και των πρωτεϊνών για την αποκατάσταση του μεταβολισμού τους. Κατά συνέπεια, οι συγκεντρώσεις οξαλοξικού οξέος μειώνονται και η οξείδωση των λιπιδίων αυξάνεται.

Στη συνέχεια υπάρχει συσσώρευση ακετυλο-ΟοΑ, το οποίο απουσία οξαλοξεικού δεν μπορεί να ακολουθήσει την πορεία του κιτρικού οξέος, προκαλώντας υψηλή παραγωγή κετονικών σωμάτων, χαρακτηριστικών αυτής της ασθένειας.

Η συσσώρευση της ακετόνης ανιχνεύεται από την παρουσία της στα ούρα και την αναπνοή των ανθρώπων που έχουν αυτή την κατάσταση και είναι στην πραγματικότητα ένα από τα συμπτώματα που υποδηλώνουν την εκδήλωση αυτής της νόσου.

Αναφορές

  1. Ο Blázquez Ortiz, C. (2004). Κετογένεση στα αστροκύτταρα: χαρακτηρισμός, ρύθμιση και πιθανός κυτταροπροστατευτικός ρόλος (Διδακτορική διατριβή, Universidad Complutense de Madrid, Υπηρεσία Εκδόσεων).
  2. Devlin, Τ. Μ. (1992). Εγχειρίδιο βιοχημείας: με κλινικές συσχετίσεις.
  3. Garrett, R. Η., & Grisham, C. Μ. (2008). Βιοχημεία. Thomson Brooks / Cole.
  4. McGarry, J.D., Mannaerts, G.P., & Foster, D.W. (1977). Ένας πιθανός ρόλος για το malonyl-CoA στη ρύθμιση της οξειδώσεως των ηπατικών λιπαρών οξέων και της κετογένεσης. Η Εφημερίδα της κλινικής έρευνας, 60(1), 265-270.
  5. Melo, V., Ruiz, V. Μ., & Cuamatzi, Ο. (2007). Βιοχημεία μεταβολικών διεργασιών. Επαναστροφή.
  6. Nelson, D.L., Lehninger, Α.Ι., & Cox, Μ.Μ. (2008). Lehninger αρχές της βιοχημείας. Macmillan.
  7. Pertierra, Α. G., Gutiérrez, C.V., κ.ά., C.M. (2000). Βασικά στοιχεία της μεταβολικής βιοχημείας. Επεξεργασία Tébar.
  8. Voet, D., & Voet, J.G (2006). Βιοχημεία. Ed. Panamericana Medical.