KETOGENESIS: MGA URI NG KATAWAN, SYNTHESIS AT PAGKASIRA - BIOLOGY - 2025

Ang ketogenesis ay ang proseso kung saan nakuha ang acetoacetate, β-hydroxybutyrate at acetone, na magkasama ay tinatawag na mga ketone na katawan. Ang kumplikado at makinis na reguladong mekanismo na ito ay nagaganap sa mitochondria, mula sa catabolism ng mga fatty acid.

Ang pagkuha ng mga katawan ng ketone ay nagaganap kapag ang katawan ay sumailalim sa mga naubos na panahon ng pag-aayuno. Bagaman ang mga metabolite na ito ay kadalasang synthesized sa mga selula ng atay, matatagpuan sila bilang isang mahalagang mapagkukunan ng enerhiya sa iba't ibang mga tisyu, tulad ng kalamnan ng kalansay at sa mga tisyu ng cardiac at utak.

Pinagmulan: Sav vas

Ang Β-Hydroxybutyrate at acetoacetate ay mga metabolite na ginagamit bilang mga substrate sa kalamnan ng puso at cortex ng bato. Sa utak, ang mga katawan ng ketone ay nagiging mahalagang mapagkukunan ng enerhiya kapag naalis ng katawan ang glucose store nito.

Pangkalahatang katangian

Ang Ketogenesis ay itinuturing na isang napakahalagang pag-andar ng physiological o metabolic pathway. Kadalasan, ang mekanismong ito ay nagaganap sa atay, bagaman ipinakita na maaari itong isagawa sa iba pang mga tisyu na may kakayahang pagsukat ng mga fatty acid.

Ang pagbuo ng mga katawan ng ketone ay ang pangunahing metabolic derivation ng acetyl-CoA. Ang metabolite na ito ay nakuha mula sa metabolic pathway na kilala bilang β-oksihenasyon, na kung saan ay ang pagkasira ng mga fatty acid.

Ang pagkakaroon ng glucose sa mga tisyu kung saan nangyayari ang β-oksihenasyon ay tumutukoy sa metabolic na kapalaran ng acetyl-CoA. Sa mga partikular na sitwasyon, ang oxidized fatty acid ay nakadirekta halos sa kabuuan ng synthesis ng mga ketone na katawan.

Mga uri at katangian ng mga katawan ng ketone

Ang pangunahing katawan ng ketone ay acetoacetate o acetoacetic acid, na kadalasang synthesized sa mga selula ng atay. Ang iba pang mga molekula na bumubuo ng mga katawan ng ketone ay nagmula sa acetoacetate.

Ang pagbawas ng acetoacetic acid ay nagbibigay ng pagtaas sa D-β-hydroxybutyrate, ang pangalawang katawan ng ketone. Ang Acetone ay isang compound na mahirap ibuwal at ginawa ng isang kusang reaksyon ng decarboxylation ng acetoacetate (kaya hindi ito nangangailangan ng interbensyon ng anumang enzyme), kapag naroroon ito sa mataas na konsentrasyon sa dugo.

Ang pagtatalaga ng mga katawan ng ketone ay ibinigay ng kombensyon, dahil mahigpit na nagsasalita ng β-hydroxybutyrate ay walang pag-andar ng ketone. Ang tatlong molekulang ito ay natutunaw sa tubig, na nagpapadali sa kanilang transportasyon sa dugo. Ang pangunahing pag-andar nito ay upang magbigay ng enerhiya sa ilang mga tisyu tulad ng kalansay at kalamnan ng kalamnan.

Ang mga enzymes na kasangkot sa pagbuo ng mga ketone na katawan ay pangunahin sa mga selula ng atay at bato, na nagpapaliwanag kung bakit ang dalawang lokasyon na ito ang pangunahing mga gumagawa ng mga metabolite na ito. Ang synthesis nito ay nangyayari lamang at eksklusibo sa mitochondrial matrix ng mga cell.

Kapag ang mga molekulang ito ay synthesized, pumasa sila sa daloy ng dugo, papunta sa mga tisyu na nangangailangan ng mga ito, kung saan sila ay pinapababa sa acetyl-CoA.

Sintesis ng mga ketone na katawan

Mga kundisyon para sa ketogenesis

Ang metabolic na kapalaran ng acetyl-CoA mula sa β-oksihenasyon ay nakasalalay sa mga kinakailangan sa metaboliko ng katawan. Ito ay na-oxidized sa CO ₂ at H ₂ O sa pamamagitan ng citric acid cycle o ang synthesis ng mga fatty acid, kung ang metabolismo ng mga lipids at carbohydrates ay matatag sa katawan.

Kapag ang katawan ay nangangailangan ng pagbuo ng mga karbohidrat, ang oxaloacetate ay ginagamit para sa paggawa ng glucose (gluconeogenesis) sa halip na simulan ang citric acid cycle. Nangyayari ito, tulad ng nabanggit, kapag ang katawan ay may kakayahang makakuha ng glucose, sa mga kaso tulad ng matagal na pag-aayuno o ang pagkakaroon ng diyabetis.

Dahil dito, ang acetyl-CoA na nagreresulta mula sa oksihenasyon ng mga fatty acid ay ginagamit para sa paggawa ng mga katawan ng ketone.

Mekanismo

Ang proseso ng ketogenesis ay nagsisimula mula sa mga produkto ng β-oksihenasyon: acetacetyl-CoA o acetyl-CoA. Kapag ang substrate ay acetyl-CoA, ang unang hakbang ay binubuo ng paghalay ng dalawang mga molekula, isang reaksyon na na-cataly ng acetyl-CoA transferase, upang makagawa ng acetacetyl-CoA.

Ang Acetacetyl-CoA ay pinapatong sa isang pangatlong acetyl-CoA sa pamamagitan ng pagkilos ng synthase ng HMG-CoA, upang makagawa ng HMG-CoA (β-hydroxy-β-methylglutaryl-CoA). Ang HMG-CoA ay pinapahiya sa acetoacetate at acetyl-CoA sa pamamagitan ng pagkilos ng HMG-CoA lyase. Sa ganitong paraan nakuha ang unang katawan ng ketone.

Ang Acetoacetate ay nabawasan sa β-hydroxybutyrate sa pamamagitan ng interbensyon ng β-hydroxybutyrate dehydrogenase. Ang reaksyon na ito ay nakasalalay sa NADH.

Ang pangunahing katawan ng ketetoacetate ketone ay isang β-keto acid, na sumasailalim sa non-enzymatic decarboxylation. Ang prosesong ito ay simple at gumagawa ng acetone at CO _2.

Ang serye ng mga reaksyon sa gayon ay nagbibigay ng pagtaas sa mga ketone na katawan. Ang mga ito ay natutunaw sa tubig ay madaling maipadala sa pamamagitan ng daloy ng dugo, nang walang pangangailangan na mai-angkla sa isang istruktura ng albumin, tulad ng kaso ng mga fatty acid na hindi matutunaw sa may tubig medium.

Ang Β-oksihenasyon at ketogenesis ay nauugnay

Ang mataba na metabolismo ng acid ay gumagawa ng mga substrate para sa ketogenesis, kaya ang dalawang landas na ito ay may kaugnayan na may kaugnayan.

Ang Acetoacetyl-CoA ay isang inhibitor ng metabolismo ng fatty acid, dahil pinipigilan nito ang aktibidad ng acyl-CoA dehydrogenase, na siyang unang enzyme ng β-oksihenasyon. Bukod dito, nagsasagawa rin ito ng pagsugpo sa acetyl-CoA transferase at HMG-CoA synthase.

Ang enzyme na HMG-CoA synthase, subordinated ng CPT-I (isang enzyme na kasangkot sa paggawa ng acyl carnitine sa β-oksihenasyon), ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa regulasyon sa pagbuo ng mga fatty acid.

Ang regulasyon ng β-oksihenasyon at ang epekto nito sa ketogenesis

Ang pagpapakain ng mga organismo ay kumokontrol sa isang kumplikadong hanay ng mga signal ng hormonal. Ang mga karbohidrat, amino acid at lipid na natupok sa diyeta ay idineposito sa anyo ng triacylglycerol sa adipose tissue. Ang insulin, isang anabolic hormone, ay kasangkot sa synthesis ng lipids at pagbuo ng triacylglycerol.

Sa antas ng mitochondrial, ang β-oksihenasyon ay kinokontrol ng pagpasok at paglahok ng ilang mga substrate sa mitochondria. Ang enzyme ng CPT ko ay synthesize ang Acyl Carnitine mula sa cytosolic Acyl CoA.

Kapag pinapakain ang katawan, ang karboksylase ng Acetyl-CoA ay isinaaktibo at ang pagtaas ng citrate ay nagdaragdag ng mga antas ng CPT I, habang ang pagbubunga ng posporus (reaksyon na nakasalalay sa cyclic AMP).

Ito ay nagiging sanhi ng isang akumulasyon ng malonyl CoA, na pinasisigla ang synthesis ng mga fatty acid at hinaharangan ang kanilang oksihenasyon, na pumipigil sa isang walang saysay na pag-ikot mula sa pagiging nabuo.

Sa kaso ng pag-aayuno, ang aktibidad ng carboxylase ay napakababa dahil ang mga antas ng CPT I enzyme ay nabawasan at mayroon din itong phosphorylated, pag-activate at pagtaguyod ng oksihenasyon ng mga lipid, na pagkatapos ay payagan ang pagbuo ng mga ketone na katawan sa pamamagitan ng acetyl-CoA.

Pagkasira

Ang mga katawan ng ketone ay nagkakalat sa mga selula kung saan sila ay synthesized at dinala sa peripheral na tisyu ng daluyan ng dugo. Sa mga tisyu na ito maaari silang ma-oxidized sa pamamagitan ng tricarboxylic acid cycle.

Sa mga peripheral na tisyu, ang β-hydroxybutyrate ay na-oxidized sa acetoacetate. Kasunod nito, ang naroroon ng acetoacetate ay isinaaktibo sa pamamagitan ng pagkilos ng enzyme 3-ketoacyl-CoA transferase.

Ang Succinyl-CoA ay kumikilos bilang isang donor ng CoA sa pamamagitan ng pag-convert ng sarili upang mag-succinate. Ang activation ng acetoacetate ay nangyayari upang maiwasan ang succinyl-CoA mula sa pag-convert sa succinate sa citric acid cycle, kasama ang synthesis ng GTP na kaisa ng pagkilos ng succinyl-CoA synthase.

Ang nagreresultang acetoacetyl-CoA ay sumasailalim sa isang thiolytic breakdown, na gumagawa ng dalawang acetyl-CoA na mga molekula na isinasama sa tricarboxylic acid cycle, na mas kilala bilang Krebs cycle.

Ang mga selula ng atay ay kulang sa 3-ketoacyl-CoA transferase, pinipigilan ang metabolite na ito na hindi aktibo sa mga cell na ito. Sa ganitong paraan ginagarantiyahan na ang mga katawan ng ketone ay hindi nag-oxidize sa mga cell kung saan ginawa ito, ngunit maaari itong ilipat sa mga tisyu kung saan kinakailangan ang kanilang aktibidad.

Medikal na kaugnayan ng mga ketone na katawan

Sa katawan ng tao, ang mataas na konsentrasyon ng mga ketone na katawan sa dugo ay maaaring maging sanhi ng mga espesyal na kondisyon na tinatawag na acidosis at ketonemia.

Ang paggawa ng mga metabolite na ito ay tumutugma sa catabolismo ng mga fatty acid at karbohidrat. Ang isa sa mga pinaka-karaniwang sanhi ng isang pathological ketogenic na kondisyon ay ang mataas na konsentrasyon ng mga fragment ng acetic dicarbonate na hindi napapawi ng landas ng tricarboxylic acid oxidation.

Bilang kinahinatnan, mayroong pagtaas ng mga antas ng mga katawan ng ketone sa dugo sa itaas ng 2 hanggang 4 mg / 100 N at ang kanilang pagkakaroon sa ihi. Nagreresulta ito sa kaguluhan ng intermediate metabolism ng mga metabolite na ito.

Ang ilang mga depekto sa pituitary neuroglandular factor na kumokontrol sa pagkasira at synthesis ng mga ketone na katawan, kasama ang mga karamdaman sa metabolismo ng hydrocarbons, ang sanhi ng kondisyon ng hyperketonemia.

Diabetes mellitus at akumulasyon ng mga ketone na katawan

Ang diabetes mellitus (uri 1) ay isang sakit na endocrine na nagiging sanhi ng pagtaas ng paggawa ng mga katawan ng ketone. Ang hindi sapat na paggawa ng insulin ay hindi pinapagana ang transportasyon ng glucose sa mga kalamnan, atay at adipose tissue, sa gayon ay naiipon sa dugo.

Ang mga cell sa kawalan ng glucose ay nagsisimula sa proseso ng gluconeogenesis at ang pagkasira ng taba at protina upang maibalik ang kanilang metabolismo. Bilang isang kinahinatnan, ang mga konsentrasyon ng oxaloacetate ay bumaba at ang pagtaas ng oksihenasyon ng lipid.

Ang isang akumulasyon ng acetyl-CoA pagkatapos ay nangyayari, na kung wala ang oxaloacetate ay hindi maaaring sundin ang landas ng sitriko acid, sa gayon nagiging sanhi ng mataas na paggawa ng mga katawan ng ketone, na katangian ng sakit na ito.

Ang akumulasyon ng acetone ay napansin sa pamamagitan ng pagkakaroon nito sa ihi at hininga ng mga taong may kondisyong ito, at sa katunayan ang isa sa mga sintomas na nagpapahiwatig ng pagpapakita ng sakit na ito.

Mga Sanggunian

1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ang Ketogenesis sa mga astrocytes: pagkilala, regulasyon at posibleng papel na cytoprotective (Disertasyon ng Doktor, Complutense University of Madrid, Serbisyo sa Publikasyon).
2. Devlin, TM (1992). Teksto ng biochemistry: na may mga klinikal na ugnayan.
3. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Biochemistry. Thomson Brooks / Cole.
4. McGarry, JD, Mannaerts, GP, & Foster, DW (1977). Isang posibleng papel para sa malonyl-CoA sa regulasyon ng hepatic fatty acid oxidation at ketogenesis. Ang Journal ng klinikal na pagsisiyasat, 60 (1), 265-270.
5. Melo, V., Ruiz, VM, & Cuamatzi, O. (2007). Biochemistry ng mga metabolic na proseso. Reverte.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Mga prinsipyo ng Lehninger ng biochemistry. Macmillan.
7. Pertierra, AG, Gutiérrez, CV, at Iba pa, CM (2000). Mga pundasyon ng metabolic biochemistry. Editorial Tébar.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemistry. Panamerican Medical Ed.