KETOGENESIS: JENIS BADAN, SINTESIS DAN PENURUNAN - BIOLOGI - 2026

The ketogenesis adalah proses di mana acetoacetate, β-hydroxybutyrate dan aseton diperolehi, yang bersama-sama dipanggil keton. Mekanisme yang kompleks dan terkawal dengan baik ini berlaku di mitokondria, dari katabolisme asid lemak.

Mendapatkan badan keton berlaku ketika tubuh menjalani masa puasa yang lengkap. Walaupun metabolit ini kebanyakannya disintesis dalam sel hati, mereka dijumpai sebagai sumber tenaga yang penting dalam pelbagai tisu, seperti otot rangka dan tisu jantung dan otak.

Sumber: Sav vas

Β-Hydroxybutyrate dan acetoacetate adalah metabolit yang digunakan sebagai substrat pada otot jantung dan korteks buah pinggang. Di dalam otak, badan keton menjadi sumber tenaga penting apabila tubuh telah habis menyimpan glukosa.

Ciri umum

Ketogenesis dianggap fungsi fisiologi atau metabolisme yang sangat penting. Secara amnya, mekanisme ini berlaku di hati, walaupun telah terbukti bahawa ia dapat dilakukan dalam jaringan lain yang mampu memetabolismekan asam lemak.

Pembentukan badan keton adalah turunan metabolik utama asetil-CoA. Metabolit ini diperoleh dari jalur metabolik yang dikenali sebagai β-oksidasi, yang merupakan degradasi asid lemak.

Ketersediaan glukosa dalam tisu di mana β-oksidasi berlaku menentukan nasib metabolik asetil-CoA. Dalam keadaan tertentu, asid lemak teroksidasi diarahkan hampir sepenuhnya kepada sintesis badan keton.

Jenis dan sifat badan keton

Tubuh keton utama adalah acetoacetate atau acetoacetic acid, yang kebanyakannya disintesis dalam sel hati. Molekul lain yang membentuk badan keton berasal dari acetoacetate.

Pengurangan asid acetoacetic menimbulkan D-β-hydroxybutyrate, badan keton kedua. Aseton adalah sebatian yang sukar didegradasi dan dihasilkan oleh reaksi dekarboksilasi spontan dari acetoacetate (jadi tidak memerlukan campur tangan enzim apa pun), apabila terdapat dalam kepekatan tinggi dalam darah.

Penetapan badan keton telah disediakan secara konvensional, kerana secara tegas β-hydroxybutyrate tidak mempunyai fungsi keton. Ketiga molekul ini larut dalam air, yang memudahkan pengangkutannya ke dalam darah. Fungsi utamanya adalah untuk memberi tenaga pada tisu tertentu seperti otot rangka dan jantung.

Enzim yang terlibat dalam pembentukan badan keton terutama pada sel hati dan ginjal, yang menjelaskan mengapa kedua lokasi ini merupakan pengeluar utama metabolit ini. Sintesisnya berlaku semata-mata dan secara eksklusif dalam matriks mitokondria sel.

Setelah molekul ini disintesis, mereka masuk ke aliran darah, menuju ke tisu yang memerlukannya, di mana mereka terdegradasi menjadi asetil-CoA.

Sintesis badan keton

Syarat untuk ketogenesis

Nasib metabolik asetil-CoA dari β-oksidasi bergantung pada keperluan metabolik badan. Ini dioksidakan menjadi CO ₂ dan H ₂ O melalui kitaran asid sitrik atau sintesis asid lemak, jika metabolisme lipid dan karbohidrat stabil di dalam badan.

Apabila badan memerlukan pembentukan karbohidrat, oksaloasetat digunakan untuk pembuatan glukosa (glukoneogenesis) dan bukannya memulakan kitaran asid sitrik. Ini terjadi, seperti yang disebutkan, ketika tubuh memiliki beberapa ketidakmampuan untuk mendapatkan glukosa, dalam kasus seperti puasa yang berpanjangan atau kehadiran diabetes.

Oleh kerana itu, asetil-CoA yang dihasilkan dari pengoksidaan asid lemak digunakan untuk penghasilan badan keton.

Mekanisme

Proses ketogenesis bermula dari produk pengoksidaan β: asetasetil-CoA atau asetil-CoA. Apabila substrat adalah asetil-CoA, langkah pertama terdiri dari pemeluwapan dua molekul, reaksi yang dikatalisis oleh asetil-CoA transferase, untuk menghasilkan asetasetil-CoA.

Acetacetyl-CoA dikondensasikan dengan asetil-CoA ketiga melalui tindakan sintase HMG-CoA, untuk menghasilkan HMG-CoA (β-hidroksi-β-metilglutaryl-CoA). HMG-CoA terdegradasi menjadi acetoacetate dan asetil-CoA oleh tindakan HMG-CoA lyase. Dengan cara ini badan keton pertama diperoleh.

Acetoacetate diturunkan menjadi β-hydroxybutyrate dengan campur tangan β-hydroxybutyrate dehydrogenase. Tindak balas ini bergantung pada NADH.

Badan keton acetoacetate utama adalah asid β-keto, yang mengalami dekarboksilasi tanpa enzim. Proses ini mudah dan menghasilkan aseton dan CO _2.

Siri tindak balas ini menimbulkan badan keton. Ini larut dalam air dapat dengan mudah diangkut melalui aliran darah, tanpa perlu disambungkan ke struktur albumin, seperti halnya asam lemak yang tidak larut dalam medium berair.

B-oksidasi dan ketogenesis berkaitan

Metabolisme asid lemak menghasilkan substrat untuk ketogenesis, jadi kedua-dua jalur ini berkaitan secara fungsional.

Acetoacetyl-CoA adalah penghambat metabolisme asid lemak, kerana ia menghentikan aktiviti dehidrogenase acyl-CoA, yang merupakan enzim β-oksidasi pertama. Selanjutnya, ia juga memberikan penghambatan pada asetase-CoA transferase dan HMG-CoA synthase.

Enzim HMG-CoA synthase, yang dikuasai oleh CPT-I (enzim yang terlibat dalam pengeluaran acyl carnitine dalam β-oksidasi), memainkan peranan penting dalam pembentukan asid lemak.

Peraturan pengoksidaan β dan kesannya pada ketogenesis

Makanan organisma mengatur sekumpulan isyarat hormon yang kompleks. Karbohidrat, asid amino dan lipid yang dimakan dalam diet disimpan dalam bentuk triacylglycerols dalam tisu adiposa. Insulin, hormon anabolik, terlibat dalam sintesis lipid dan pembentukan triacylglycerols.

Pada tahap mitokondria, pengoksidaan β dikendalikan oleh kemasukan dan penyertaan beberapa substrat dalam mitokondria. Enzim CPT I mensintesis Acyl Carnitine dari sitosolik Acyl CoA.

Semasa badan diberi makan, karboksilase asetil-CoA diaktifkan dan sitrat meningkatkan kadar CPT I, sementara fosforilasi (reaksi bergantung pada AMP siklik) menurun.

Ini menyebabkan pengumpulan malonyl CoA, yang merangsang sintesis asid lemak dan menyekat pengoksidaannya, mencegah kitaran sia-sia dihasilkan.

Sekiranya berpuasa, aktiviti karboksilase sangat rendah kerana tahap enzim CPT I telah dikurangkan dan ia juga telah difosforilasi, mengaktifkan dan mempromosikan pengoksidaan lipid, yang kemudian akan memungkinkan pembentukan badan keton melalui asetil-CoA.

Kemerosotan

Tubuh keton meresap keluar dari sel-sel di mana mereka disintesis dan diangkut ke tisu periferal oleh aliran darah. Dalam tisu ini mereka dapat dioksidakan melalui kitaran asid tricarboxylic.

Dalam tisu periferal, β-hidroksibutirat dioksidakan menjadi asetatasetat. Selepas itu, asetat asetat yang ada diaktifkan oleh tindakan enzim 3-ketoacyl-CoA transferase.

Succinyl-CoA bertindak sebagai penderma CoA dengan mengubah dirinya menjadi succinate. Pengaktifan acetoacetate berlaku untuk mengelakkan succinyl-CoA ditukar menjadi succinate dalam kitaran asid sitrik, dengan sintesis GTP yang digabungkan oleh tindakan suksinil-CoA synthase.

Acetoacetyl-CoA yang dihasilkan mengalami kerosakan thiolytic, menghasilkan dua molekul asetil-CoA yang dimasukkan ke dalam kitaran asid tricarboxylic, yang lebih dikenali sebagai kitaran Krebs.

Sel hati kekurangan transferase 3-ketoacyl-CoA, mencegah metabolit ini diaktifkan dalam sel-sel ini. Dengan cara ini dijamin bahawa badan keton tidak mengoksidasi dalam sel di mana ia dihasilkan, tetapi ia dapat dipindahkan ke tisu di mana aktiviti mereka diperlukan.

Perkaitan perubatan badan keton

Di dalam tubuh manusia, kepekatan tinggi badan keton dalam darah boleh menyebabkan keadaan khas yang disebut asidosis dan ketonemia.

Pembuatan metabolit ini sesuai dengan katabolisme asid lemak dan karbohidrat. Salah satu penyebab keadaan ketogenik patologi yang paling biasa adalah kepekatan tinggi serpihan dikarbonat asetik yang tidak terdegradasi oleh jalur pengoksidaan asid tricarboxylic.

Akibatnya, terdapat peningkatan tahap badan keton dalam darah melebihi 2 hingga 4 mg / 100 N dan kehadirannya dalam air kencing. Ini mengakibatkan gangguan metabolisme perantaraan metabolit ini.

Kecacatan tertentu pada faktor neuroglandular pituitari yang mengatur penurunan dan sintesis badan keton, bersama-sama dengan gangguan metabolisme hidrokarbon, bertanggungjawab terhadap keadaan hiperketonemia.

Diabetes mellitus dan pengumpulan badan keton

Diabetes mellitus (jenis 1) adalah penyakit endokrin yang menyebabkan peningkatan pengeluaran badan keton. Pengeluaran insulin yang tidak mencukupi melumpuhkan pengangkutan glukosa ke otot, hati dan tisu adiposa, sehingga terkumpul dalam darah.

Sel tanpa glukosa memulakan proses glukoneogenesis dan pemecahan lemak dan protein untuk mengembalikan metabolisme mereka. Akibatnya, kepekatan oksaloasetat menurun dan pengoksidaan lipid meningkat.

Pengumpulan asetil-CoA kemudian berlaku, yang jika tidak ada oksaloasetat tidak dapat mengikuti jalur asid sitrik, sehingga menyebabkan pengeluaran badan keton yang tinggi, ciri penyakit ini.

Pengumpulan aseton dikesan oleh kehadirannya dalam air kencing dan nafas orang yang mengalami keadaan ini, dan sebenarnya merupakan salah satu gejala yang menunjukkan manifestasi penyakit ini.

Rujukan

1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogenesis dalam astrosit: pencirian, peraturan dan kemungkinan peranan sitoprotektif (Disertasi Doktoral, Complutense University of Madrid, Perkhidmatan Penerbitan).
2. Devlin, TM (1992). Buku teks biokimia: dengan korelasi klinikal.
3. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Biokimia. Thomson Brooks / Cole.
4. McGarry, JD, Mannaerts, GP, & Foster, DW (1977). Peranan yang mungkin untuk malonyl-CoA dalam pengaturan pengoksidaan dan ketogenesis asid lemak hepatik. Jurnal penyelidikan klinikal, 60 (1), 265-270.
5. Melo, V., Ruiz, VM, & Cuamatzi, O. (2007). Biokimia proses metabolik. Reverte.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
7. Pertierra, AG, Gutiérrez, CV, & Lain-lain, CM (2000). Asas biokimia metabolik. Tébar Pengarang.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokimia. Panamerican Medical Ed.