Кетоновые тела

Кето́новые тела́ (синоним: ацето́новые тела, ацето́н [распространённый медицинский жаргонизм]) — группа продуктов обмена веществ, которые образуются в печени из ацетил-КоА[2]:

Химическая структура трёх кетоновых тел: ацетон, ацетоуксусная, и бета-оксимаслянная кислоты[1]

Историческая справка

Прежние представления о том, что кетоновые тела являются промежуточными продуктами бета-окисления жирных кислот, оказались ошибочными[2]:

  • Во-первых, в обычных условиях промежуточными продуктами бета-окисления жирных кислот являются КоА-эфиры этих кислот: β-оксибутирил-КоА или ацетоацетил-КоА.
  • Во-вторых, β-оксибутирил-КоА, образующийся в печени при бета-окислении жирных кислот, имеет L-конфигурацию, в то время как β-оксибутират, обнаруживаемый в крови, представляет собой D-изомер. Именно β-оксибутират D-конфигурации образуется в ходе метаболического пути синтеза β-окси-β-метилглутарил-КоА.

Метаболизм кетоновых тел
Ацетил-КоА

Ацетон в плазме крови в норме присутствует в крайне низких концентрациях, образуется в результате спонтанного декарбоксилирования ацетоуксусной кислоты и не имеет определённого физиологического значения[2] Превращение в ацетон также происходит из-за работы ацетоацетатдекарбоксилазы. (См. Основы биохимии. Нельсон, Кокс, 2014,т.2,с.252)

Нормальное содержание кетоновых тел в плазме крови человека и большинства млекопитающих (за исключением жвачных) составляет 1…2 мг% (по ацетону). При увеличении их концентрации свыше 10…15 мг% они преодолевают почечный порог и определяются в моче. Наличие кетоновых тел в моче всегда указывает на развитие патологического состояния.

Кетоновые тела синтезируются в печени из ацетил-КоА:[2]

На первом этапе из двух молекул ацетил-КоА синтезируется ацетоацетил-КоА. Данная реакция катализируется ферментом ацетоацетил-КоА-тиолазой:
Ac−КоА + Ac−КоА → H3C−CO−CH2−CO−S−КоА.
Затем под влиянием фермента гидроксиметилглутарил-КоА-синтазы присоединяется ещё одна молекула ацетил-КоА:
H3C−CO−CH2−CO−S−КоА + Ac−КоА → HOOC−CH2−COH(CH3)−CH2−CO−S−КоА.
Образовавшийся β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА (HMG-KoA) способен под действием фермента гидроксиметилглутарил-КоА-лиазы расщепляться на ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат) и ацетил-КоА:
HOOC−CH2−COH(CH3)−CH2−CO−S−КоА → H3C−CO−CH2−COOH + Ac—КоА.
Ацетоуксусная кислота способна восстанавливаться при участии НАД-зависимой D-β-оксибутиратдегидрогеназы; при этом образуется D-β-оксимасляная кислота (D-β-оксибутират). Фермент специфичен по отношению к D-стереоизомеру и не действует на КоА-эфиры.[2]
H3C−CO−CH2−COOH + NADH → H3C−CHOH−CH2−COOH.
Ацетоуксусная кислота в процессе метаболизма способна окисляться до ацетона с выделением молекулы углекислого газа:[1]
H3C−CO−CH2−COOH → CO2 + H3C−CO−CH3.

Альтернативный путь

Существует второй путь синтеза кетоновых тел:

Образовавшийся путём конденсации двух молекул ацетил-КоА ацетоацетил-КоА способен отщеплять кофермент A с образованием свободной ацетоуксусной кислоты[3]. Процесс катализирует фермент ацетоацетил-КоА-гидролаза (деацилаза), однако данный путь не имеет существенного значения в синтезе ацетоуксусной кислоты, так как активность деацилазы в печени низкая.[2]
H3C−CO−CH2−CO−S−КоА + H2O → H3C−CO−CH2−COOH + КоА-SH.

Биологическая роль кетоновых тел

В плазме крови здорового человека кетоновые тела содержатся в весьма незначительных концентрациях. Однако при патологических состояниях (длительное голодание, тяжёлая физическая нагрузка, тяжёлая форма сахарного диабета) концентрация кетоновых тел может значительно повышаться и достигать 20 ммоль/л (кетонемия). Кетонемия, ацетонемия (повышение концентрации кетоновых тел в крови) возникает при нарушении равновесия — скорость синтеза кетоновых тел превышает скорость их утилизации периферическими тканями организма.[2]

За последние десятилетия накопились сведения, указывающие на важное значение кетоновых тел в поддержании энергетического баланса. Кетоновые тела — топливо для мышечной ткани, почек и действуют, вероятно, как часть регуляторного механизма с обратной связью, предотвращая излишнюю мобилизацию жирных кислот из жировых депо.[2] Во время голодания кетоновые тела являются одним из основных источников энергии для мозга.[4][5] Печень, синтезируя кетоновые тела, не способна использовать их в качестве энергетического материала (не располагает соответствующими ферментами).

В периферических тканях β-оксимасляная кислота окисляется до ацетоуксусной кислоты, которая активируется с образованием соответствующего КоА-эфира (ацетоацетил-КоА). Существует два ферментативных механизма активации:[2]

  • первый путь — с использованием АТФ и HS-КоА, аналогичный пути активации жирных кислот:

H3C—CO—CH2—COOH (Ацетоуксусная кислота)

|

+ АТФ + HS-КоА Ацил-КоА-синтетаза → АМФ + ФФн

↓

H3C—CO—CH2—CO—S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

  • второй путь — перенос Коэнзима А от сукцинил-КоА на ацетоуксусную кислоту:

HOOC—CH2—CH2—CO—S-КоА (Сукцинил-КоА) + H3C—CO—CH2—COOH (Ацетоуксусная кислота)

↓↑

HOOC—CH2—CH2—COOH (Сукцинат) + H3C—CO—CH2—CO—S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

Образовавшийся в ходе этих реакций ацетоацетил-КоА в дальнейшем подвергается тиолитическому расщеплению в митохондриях с образованием двух молекул ацетил-КоА, которые, в свою очередь, являются сырьём для цикла Кребса (цикл трикарбоновых кислот), где окисляются до CO2 и H2O.

H3C—CO—CH2—CO—S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

|

+ HS-КоА → H3C—CO—S-КоА

↓

H3C—CO—S-КоА ( Ацетил-КоА)

Повышение содержания кетоновых тел в организме может быть связано с дефицитом углеводов в обеспечении организма энергией, а также происходит, когда скорость синтеза кетоновых тел превышает скорость их утилизации.

Лабораторная диагностика

Для качественного определения содержания кетоновых тел в моче в лабораторных условиях используются цветные пробы Ланге, Легаля, Лестраде и Герхарда.

Примечания
  1. Тюкавкина Н. А., Бауков Ю. И. Биоорганическая химия.— М.: Медицина, 1985.— 480 с.
  2. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия: Учебник / Под. ред. акад. АМН СССР С. С. Дебова.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Медицина,— 1990.— 528 с. ISBN 5-225-01515-8.
  3. Ацетоуксусная кислота // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  4. Mary K. Campbell, Shawn O. Farrell. Biochemistry (неопр.). — 5th. — Cengage Learning, 2006. — С. 579. — ISBN 0534405215.
  5. Cahill, George F. Fuel Metabolism in Starvation (англ.) // Annual Review of Nutrition : journal. — 2006. — Vol. 26. — P. 1. — doi:10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258. Архивировано 2 декабря 2011 года. Архивированная копия (недоступная ссылка). Дата обращения: 22 января 2011. Архивировано 2 декабря 2011 года.

См. также
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.