Keton cisimleri - Ketone bodies

keton cisimleri
aseton
asetoasetik asit
( R )- beta -Hidroksibütirik asit

Keton gövdeleri olan suda çözünür moleküller içeren keton grupları üretilen yağlı asitlerin karaciğer (ketojenez) ile . Karaciğer dışındaki dokulara kolayca taşınırlar, burada asetil-CoA'ya (asetil-Koenzim A) dönüştürülürler - bu daha sonra sitrik asit döngüsüne (Kreb döngüsü) girer ve enerji için oksitlenir. Beyindeki keton cisimleri, asetil-CoA'yı uzun zincirli yağ asitlerine dönüştürmek için kullanılır . Bu karaciğer kaynaklı keton grupları arasında asetoasetik asit (asetoasetat), beta-hidroksibutirat ve asetoasetatın kendiliğinden parçalanma ürünü olan aseton bulunur (grafiğe bakın)

Keton cisimleri, çeşitli senaryoların kalori kısıtlaması dönemlerinde karaciğer tarafından üretilir: düşük gıda alımı ( açlık ), karbonhidrat kısıtlayıcı diyetler , açlık , uzun süreli yoğun egzersiz , alkolizm veya tedavi edilmemiş (veya yetersiz tedavi edilmiş) tip 1 diyabet sırasında . Yağ asitleri olmayan (karbonhidrat olmayan) kaynaklardan glikoz üreten karaciğerdeki yoğun glukoneogenezin bir sonucudur . Karaciğerdeki glikojen depoları tükendikten sonra kana salınırlar . (Glikojen depoları tipik olarak açlığın ilk 24 saati içinde tükenir.)

İki asetil-CoA molekülü -CoA'larını (veya koenzim A gruplarını ) kaybettiğinde, asetoasetat adı verilen (kovalent) bir dimer oluşturabilirler . β-hidroksibutirat , keton grubunun bir alkol (veya hidroksil ) grubuna dönüştürüldüğü indirgenmiş bir asetoasetat formudur ( sağdaki resme bakın). Her ikisi de, karaciğer hariç, vücudun çoğu dokusu tarafından kolayca tekrar asetil-CoA'ya dönüştürülebilen 4 karbonlu moleküllerdir. Aseton, karaciğerde laktik aside dönüştürüldüğü detoksifikasyon dışında asetil-CoA'ya geri dönüştürülemeyen asetoasetatın dekarboksilatlanmış formudur , bu da pirüvik aside ve ancak o zaman asetil-CoA'ya oksitlenebilir .

Keton cisimleri, ketozis ve ketoasidozdaki kişilerin nefeslerinde kolaylıkla algılanabilen karakteristik bir kokuya sahiptir . Genellikle meyveli veya benzeri oje çıkarıcı olarak tanımlanır (genellikle aseton veya etil asetat içerir ).

Üç endojen keton gövdesi dışında, β-ketopentanoat ve β-hidroksipentanoat gibi diğer keton cisimleri , triheptanoin gibi sentetik trigliseritlerin metabolizmasının bir sonucu olarak oluşturulabilir .

Üretme

Asetil-CoA ile asetil grubu mavi gösterilir.

Depolanan yağlar yağ dokusu salınan yağ hücreleri gibi kan içine serbest yağ asitleri ve gliserol olduğunda insülin düzeyleri düşüktür ve glukagon ve epinefrin kan seviyeleri yüksektir. Bu, öğünler arasında, açlık, açlık ve yorucu egzersiz sırasında, kan şekeri düzeylerinin düşmesi muhtemel olduğunda meydana gelir. Yağ asitleri çok yüksek enerjili yakıtlardır ve mitokondriye sahip tüm metabolize edici hücreler tarafından alınır . Bunun nedeni, yağ asitlerinin sadece mitokondride metabolize edilebilmesidir. Kırmızı kan hücreleri mitokondri içermez ve bu nedenle enerji gereksinimleri için tamamen anaerobik glikolize bağımlıdır . Diğer tüm dokularda, metabolize eden hücrelere giren yağ asitleri, koenzim A ile birleşerek açil-CoA zincirlerini oluşturur. Bunlar, β-oksidasyon olarak bilinen bir dizi reaksiyonla asetil-CoA birimlerine parçalandıkları hücrelerin mitokondrilerine aktarılır .

β-oksidasyon ile üretilen asetil-CoA, sitratı oluşturmak üzere oksaloasetat ile birleşerek mitokondrideki sitrik asit döngüsüne girer . Asetil-CoA asetil grubunun tam yanma Bu sonuçlar CO (sağda, yukarıdaki şemaya bakınız) 2 ve su. Bu süreçte açığa çıkan enerji, okside olan asetil grubu (veya asetik asit molekülü) başına 1 GTP ve 11 ATP molekülü şeklinde yakalanır . Bu, karaciğerde belirli koşullar dışında, yağ asitlerinin β-oksidasyonunun meydana geldiği her yerde asetil-CoA'nın kaderidir . Karaciğerde oksaloasetat, açlık, açlık, düşük karbonhidratlı diyet, uzun süreli yorucu egzersiz ve kontrolsüz tip 1 diabetes mellitus sırasında tamamen veya kısmen glukoneojenik yola yönlendirilir . Hidrojenlenir oksaloasetat, bu şartlar altında malat sonra mitokondri çıkarılır glukoz çevrilmek üzere sitoplazma karaciğer hücrelerinin yerden, kandaki glikoz salınır. Bu nedenle karaciğerde, kandaki düşük (veya yok) insülin ve yüksek glukagon konsantrasyonları tarafından önemli glukoneogenez uyarıldığında, oksaloasetat asetil-CoA ile kondenzasyon için kullanılamaz . Bu koşullar altında asetil-CoA, asetoasetat ve beta-hidroksibutirat oluşumuna yönlendirilir. Asetoasetat, beta-hidroksibutirat ve bunların kendiliğinden parçalanma ürünleri olan aseton, keton cisimleri olarak bilinir. Keton cisimleri karaciğer tarafından kana salınır. Mitokondrili tüm hücreler, keton cisimlerini kandan alıp asetil-CoA'ya dönüştürebilir, bu da daha sonra sitrik asit döngülerinde yakıt olarak kullanılabilir, çünkü başka hiçbir doku oksaloasetatı glukoneojenik yola bu şekilde yönlendiremez. karaciğer bunu yapar. Serbest yağ asitlerinden farklı olarak, keton cisimleri kan-beyin bariyerini geçebilir ve bu nedenle merkezi sinir sistemi hücreleri için yakıt olarak bulunur ve bu hücrelerin normalde hayatta kaldığı glikozun yerine geçer. Açlık, düşük karbonhidratlı bir diyet ve uzun süreli ağır egzersiz sırasında kanda yüksek seviyelerde keton cisimlerinin ortaya çıkması ketozise ve aşırı formunda ketoasidoz olarak kontrol dışı tip 1 diyabetes mellitusa yol açabilir .

Asetoasetat, ketozis sırasında nefes ve idrarda oluşan bu kokuyu algılayabilen kişiler için oldukça karakteristik bir kokuya sahiptir. Öte yandan, çoğu insan "tatlı ve meyvemsi" kokusu ketozlu veya özellikle ketoasidozlu kişilerin nefesini de karakterize eden aseton kokusunu alabilir.

Farklı organlarda yakıt kullanımı

Keton cisimleri kalp , beyin ve kasta yakıt olarak kullanılabilir , ancak karaciğerde kullanılamaz . Mitokondride oksitlendiğinde asetoasetat molekülü başına 2 guanozin trifosfat (GTP) ve 22 adenosin trifosfat (ATP) molekülü verirler . Keton organları asetoasetat ve β-hidroksibutirat indirgeyici eşdeğerleri (NADH ve FADH üretmek için asetil CoA geri dönüştürülebilir diğer dokuların karaciğerden taşınır 2 sitrik asit döngüsü yoluyla). Keton cisimlerinin kaynağı olmasına rağmen, karaciğer bunları enerji için kullanamaz çünkü tiyoforaz (β-ketoasil-CoA transferaz) enziminden yoksundur. Aseton, karaciğer tarafından düşük konsantrasyonlarda alınır ve laktat ile biten metilglioksal yoldan detoksifikasyona uğrar. Yüksek konsantrasyonlarda aseton, uzun süreli açlık veya ketojenik diyetle oluşabileceği gibi, karaciğer dışındaki hücreler tarafından emilir ve propilen glikol yoluyla farklı bir yoldan metabolize edilir . Yol, ATP gerektiren farklı bir dizi adımı takip etse de, propilen glikol sonunda piruvata dönüştürülebilir.

Kalp

Kalp, normal fizyolojik koşullar altında yakıt olarak tercihen yağ asitlerini kullanır. Bununla birlikte, ketotik koşullar altında, kalp bu amaç için keton cisimlerini etkili bir şekilde kullanabilir.

Beyin

Glikoz normalden daha az mevcut olduğunda, beyin yakıt ihtiyacının bir kısmını keton cisimlerinden alır. Kandaki glikoz konsantrasyonunun düşük olması durumunda, diğer dokuların çoğu keton cisimleri ve glikozun (yağ asitleri gibi) yanı sıra alternatif yakıt kaynaklarına sahiptir, ancak mevcut araştırmalar beynin bir miktar glikoz için zorunlu bir gereksinim olduğunu göstermektedir. 3 gün boyunca oruç tuttuktan sonra beyin enerjisinin %25'ini keton cisimlerinden alır. Yaklaşık 24 gün sonra, keton cisimleri beynin ana yakıtı haline gelir ve beyin yakıt tüketiminin üçte ikisini oluşturur. Birçok çalışma, insan beyin hücrelerinin çok az glikozla veya hiç glikoz olmadan hayatta kalabileceğini öne sürüyor, ancak bu noktanın kanıtlanması etik olarak sorgulanabilir . Ketozun ilk aşamalarında, beyindeki lipid sentezi için önemli bir substrat olduklarından, beyin ketonları yakmaz . Ayrıca, omega-3 yağ asitlerinden üretilen ketonlar , yaşlılıkta bilişsel bozulmayı azaltabilir .

Ketoz ve ketoasidoz

Normal bireylerde, karaciğer tarafından sürekli bir keton cisimcikleri üretimi ve bunların ekstrahepatik dokular tarafından kullanımı vardır. Kandaki keton cisimlerinin konsantrasyonu 1 mg/dL civarında tutulur . İdrarda atılımları çok düşüktür ve rutin idrar testleriyle (Rothera testi) saptanamaz.

Keton cisimlerinin sentez hızı, kullanım oranını aştığında, kandaki konsantrasyonları artar; bu ketonemi olarak bilinir . Bunu ketonüri - idrarda keton cisimlerinin atılımı takip eder . Ketonemi ve ketonürinin genel tablosuna genellikle ketoz denir. Nefeste asetoasetat ve/veya aseton kokusu ketoziste sık görülen bir özelliktir.

Tip 1 diyabetik bir kişi akut biyolojik stres (enfeksiyon, kalp krizi veya fiziksel travma) geçirdiğinde veya yeterli insülini uygulayamadığında, diyabetik ketoasidozun patolojik durumuna girebilirler . Bu koşullar altında, kandaki düşük veya eksik insülin seviyeleri, uygun olmayan şekilde yüksek glukagon konsantrasyonları ile birleştiğinde, karaciğeri uygun olmayan şekilde artan bir oranda glikoz üretmeye teşvik ederek, yağ asitlerinin beta oksidasyonundan kaynaklanan asetil-CoA'nın keton cisimlerine dönüştürülür. Ortaya çıkan çok yüksek keton cisimleri seviyeleri, kan plazmasının pH'ını düşürür, bu da böbrekleri refleks olarak çok yüksek asit seviyeleriyle idrar atması için tetikler. Kandaki yüksek glikoz ve keton seviyeleri de pasif olarak idrara dökülür (böbrek tübüllerinin tübüler sıvıdan glikoz ve ketonları geri emememesi nedeniyle, tübüler sıvıya filtrelenen bu maddelerin yüksek hacimleri tarafından boğulur). ). Sonuçta ortaya çıkan ozmotik glikoz diürezi , potansiyel olarak ölümcül dehidrasyon ile sonuçlanan kandan su ve elektrolitlerin uzaklaştırılmasına neden olur .

Düşük karbonhidratlı bir diyet uygulayan kişilerde de ketoz gelişecektir. Bu indüklenmiş ketoza bazen beslenme ketozu denir , ancak keton vücut konsantrasyonlarının seviyesi 0,5-5 mM civarındayken patolojik ketoasidoz 15-25 mM'dir .

Ketoz süreci şu anda Alzheimer hastalığının semptomlarını iyileştirmedeki etkinliği açısından araştırılmaktadır .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar