Jenis ketogenesis dari tubuh keton, sintesis dan degradasi



itu ketogenesis adalah proses dimana asetoasetat, β-hidroksibutirat dan aseton diperoleh, yang bersama-sama disebut badan keton. Mekanisme yang rumit dan diatur dengan baik ini dilakukan di mitokondria, dari katabolisme asam lemak.

Pengambilan badan keton terjadi ketika organisme mengalami puasa yang melelahkan. Meskipun metabolit ini sebagian besar disintesis dalam sel hati, mereka ditemukan sebagai sumber energi penting dalam berbagai jaringan, seperti otot rangka dan jaringan jantung dan otak..

Β-hydroxybutyrate dan acetoacetate adalah metabolit yang digunakan sebagai substrat dalam otot jantung dan korteks ginjal. Di otak, tubuh keton menjadi sumber energi penting ketika tubuh telah kehabisan cadangan glukosa.

Indeks

  • 1 Karakteristik umum
  • 2 Jenis dan sifat badan keton
  • 3 Sintesis tubuh keton
    • 3.1 Kondisi untuk ketogenesis
    • 3.2 Mekanisme
    • 3,3 β-oksidasi dan ketogenesis saling berhubungan
    • 3.4 Pengaturan oksidasi β dan pengaruhnya terhadap ketogenesis
  • 4 Degradasi
  • 5 Relevansi medis dari badan keton
    • 5.1 Diabetes mellitus dan penumpukan tubuh keton
  • 6 Referensi

Karakteristik umum

Ketogenesis dianggap sebagai fungsi fisiologis yang sangat penting atau jalur metabolisme. Secara umum, mekanisme ini dilakukan di hati, meskipun telah terbukti dapat dilakukan di jaringan lain yang mampu memetabolisme asam lemak..

Pembentukan badan keton adalah turunan metabolik utama asetil-KoA. Metabolit ini diperoleh dari jalur metabolisme yang dikenal sebagai β-oksidasi, yang merupakan degradasi asam lemak.

Ketersediaan glukosa dalam jaringan di mana β-oksidasi terjadi menentukan nasib metabolik asetil-KoA. Dalam situasi tertentu asam lemak teroksidasi diarahkan hampir seluruhnya ke sintesis tubuh keton.

Jenis dan sifat badan keton

Tubuh keton utama adalah asam asetoasetat atau asetoasetat, yang sebagian besar disintesis dalam sel-sel hati. Molekul lain yang membentuk badan keton berasal dari asetoasetat.

Pengurangan asam asetoasetat menimbulkan D-β-hidroksibutirat, badan keton kedua. Aseton adalah senyawa yang sulit didegradasi dan dihasilkan oleh reaksi spontan dekarboksilasi asetoasetat (sehingga tidak memerlukan intervensi dari enzim apa pun), ketika ia hadir dalam konsentrasi tinggi dalam darah.

Penunjukan badan keton telah diatur oleh konvensi, karena secara tegas β-hydroxybutyrate tidak memiliki fungsi ketonik. Ketiga molekul ini larut dalam air yang memfasilitasi transportasi mereka dalam darah. Fungsi utamanya adalah untuk memberikan energi ke jaringan tertentu seperti otot rangka dan jantung.

Enzim yang terlibat dalam pembentukan badan keton terutama di sel hati dan ginjal, yang menjelaskan mengapa dua lokasi ini adalah produsen utama metabolit ini. Sintesisnya terjadi hanya dan secara eksklusif dalam matriks sel mitokondria.

Setelah molekul-molekul ini disintesis, mereka masuk ke aliran darah dan pergi ke jaringan yang membutuhkannya, di mana mereka terdegradasi menjadi asetil-KoA.

Sintesis tubuh keton

Kondisi untuk ketogenesis

Nasib metabolik asetil-KoA dari oksidasi β tergantung pada kebutuhan metabolisme organisme. Ini dioksidasi menjadi CO2 dan H.2Atau melalui siklus asam sitrat atau sintesis asam lemak, jika metabolisme lipid dan karbohidrat stabil dalam tubuh.

Ketika tubuh membutuhkan pembentukan karbohidrat, oksaloasetat digunakan untuk memproduksi glukosa (glukoneogenesis) alih-alih memulai siklus asam sitrat. Ini terjadi, seperti yang disebutkan, ketika tubuh memiliki beberapa ketidakmampuan untuk mendapatkan glukosa, dalam kasus-kasus seperti puasa yang berkepanjangan atau adanya diabetes.

Karena ini, asetil-KoA yang dihasilkan dari oksidasi asam lemak digunakan untuk produksi badan keton.

Mekanisme

Proses ketogenesis dimulai dari produk-produk β-oksidasi: acetacetyl-CoA atau acetyl-CoA. Ketika substratnya adalah asetil-KoA, langkah pertama melibatkan kondensasi dua molekul, reaksi yang dikatalisis oleh asetase-KoA transferase, untuk menghasilkan asetat-KoA.

Acetacetyl-CoA terkondensasi dengan asetil-CoA ketiga oleh aksi HMG-CoA synthase, untuk menghasilkan HMG-CoA (β-hydroxy-β-methylglutaryl-CoA). HMG-CoA terdegradasi menjadi asetoasetat dan asetil-KoA oleh aksi HMG-CoA lyase. Dengan cara ini tubuh ketonik pertama diperoleh.

Asetoasetat direduksi menjadi β-hydroxybutyrate oleh intervensi β-hydroxybutyrate dehydrogenase. Reaksi ini tergantung pada NADH.

Badan keton asetoasetat utama adalah asam β-keto, yang mengalami dekarboksilasi non-enzimatik. Proses ini sederhana dan menghasilkan aseton dan CO2.

Rangkaian reaksi ini menimbulkan badan keton. Ini larut dalam air dapat diangkut dengan mudah melalui aliran darah, tanpa perlu jangkar ke struktur albumin, seperti halnya asam lemak yang tidak larut dalam media berair.

Β-oksidasi dan ketogenesis saling berkaitan

Metabolisme asam lemak menghasilkan substrat untuk ketogenesis, sehingga kedua jalur ini terkait secara fungsional.

Acetoacetyl-CoA adalah penghambat metabolisme asam lemak, karena menghentikan aktivitas dehidrogenase asil-CoA yang merupakan enzim pertama oksidasi β. Selain itu, juga memberikan penghambatan pada transferase asetil-KoA dan HMG-CoA sintase.

Enzim HMG-CoA sintase, disubordinasikan oleh CPT-I (enzim yang terlibat dalam produksi asil karnitin dalam β-oksidasi), merupakan peran pengaturan penting dalam pembentukan asam lemak.

Regulasi β-oksidasi dan pengaruhnya terhadap ketogenesis

Memberi makan organisme mengatur serangkaian sinyal hormon yang kompleks. Karbohidrat, asam amino dan lipid yang dikonsumsi dalam makanan disimpan dalam bentuk triasilgliserol dalam jaringan adiposa. Insulin, suatu hormon anabolik, terlibat dalam sintesis lipid dan pembentukan triasilgliserol.

Pada tingkat mitokondria, β-oksidasi dikendalikan oleh masuknya dan partisipasi beberapa substrat dalam mitokondria. Enzim CPT I mensintesis Acyl Carnitine dari cytosolic Acyl CoA.

Ketika organisme diberi makan, asetil-KoA karboksilase diaktifkan dan sitrat meningkatkan kadar CPT I, sementara fosforilasi menurun (reaksi bergantung AMP siklik).

Ini menyebabkan akumulasi malonil CoA, yang menstimulasi sintesis asam lemak dan menghambat oksidasi mereka, mencegah siklus yang sia-sia dihasilkan.

Dalam kasus puasa, aktivitas karboksilase sangat rendah karena kadar enzim CPT I telah berkurang dan telah difosforilasi, mengaktifkan dan mempromosikan oksidasi lipid, yang nantinya akan memungkinkan pembentukan tubuh keton melalui asetil-KoA.

Degradasi

Badan keton berdifusi keluar dari sel di mana mereka disintesis dan diangkut ke jaringan perifer oleh aliran darah. Dalam jaringan ini mereka dapat dioksidasi melalui siklus asam tricarboxylic.

Dalam jaringan perifer, β-hydroxybutyrate dioksidasi menjadi asetoasetat. Selanjutnya, asetoasetat ini diaktifkan oleh enzim 3-ketoasil-CoA transferase.

Succinyl-CoA bertindak sebagai donor CoA menjadi suksinat. Aktivasi asetoasetat terjadi untuk mencegah suksinil-KoA menjadi suksinat dalam siklus asam sitrat, dengan sintesis GTP ditambah dengan aksi suksinil-CoA sintase.

Acetoacetyl-CoA yang dihasilkan mengalami pembelahan tiolitik yang menghasilkan dua molekul asetil-CoA yang dimasukkan ke dalam siklus asam tricarboxylic, yang lebih dikenal sebagai siklus Krebs..

Sel-sel hati kekurangan transferase 3-ketoacyl-CoA, mencegah metabolit ini diaktifkan dalam sel-sel ini. Dengan cara ini dijamin bahwa badan keton tidak teroksidasi dalam sel tempat mereka diproduksi, tetapi mereka dapat ditransfer ke jaringan di mana aktivitas mereka diperlukan.

Relevansi medis dari badan keton

Dalam tubuh manusia, konsentrasi tinggi tubuh keton dalam darah dapat menyebabkan kondisi khusus yang disebut asidosis dan ketonemia.

Pembuatan metabolit ini sesuai dengan katabolisme asam lemak dan karbohidrat. Salah satu penyebab paling umum dari kondisi ketogenesis patologis adalah tingginya konsentrasi fragmen dikarbonat asetat yang tidak terdegradasi oleh jalur oksidasi asam trikarboksilat..

Sebagai akibatnya terjadi peningkatan kadar badan keton dalam darah di atas 2 hingga 4 mg / 100 N dan keberadaannya dalam urin. Hal ini mengakibatkan gangguan metabolisme perantara dari metabolit tersebut.

Cacat tertentu dalam faktor hipofisis neuroglandular yang mengatur degradasi dan sintesis tubuh keton, bersama dengan gangguan dalam metabolisme hidrokarbon, adalah penyebab kondisi hiperketonemia..

Diabetes mellitus dan penumpukan tubuh keton

Diabetes mellitus (tipe 1) adalah penyakit endokrin yang menyebabkan peningkatan produksi tubuh keton. Produksi insulin yang tidak memadai menonaktifkan pengangkutan glukosa ke otot, hati, dan jaringan adiposa, sehingga menumpuk di dalam darah..

Sel-sel tanpa adanya glukosa memulai proses glukoneogenesis dan degradasi lemak dan protein untuk mengembalikan metabolisme mereka. Akibatnya, konsentrasi oksaloasetat menurun dan oksidasi lipid meningkat.

Kemudian ada akumulasi asetil-KoA, yang tanpa adanya oksaloasetat tidak dapat mengikuti jalur asam sitrat, menyebabkan produksi tinggi badan keton, karakteristik penyakit ini.

Akumulasi aseton terdeteksi oleh kehadirannya dalam urin dan napas orang-orang yang memiliki kondisi ini, dan sebenarnya merupakan salah satu gejala yang menunjukkan manifestasi penyakit ini..

Referensi

  1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogenesis pada astrosit: karakterisasi, regulasi, dan kemungkinan peran sitoprotektif (Disertasi Doktor, Universidad Complutense de Madrid, Layanan Publikasi).
  2. Devlin, T. M. (1992). Buku teks biokimia: dengan korelasi klinis.
  3. Garrett, R. H., & Grisham, C. M. (2008). Biokimia. Thomson Brooks / Cole.
  4. McGarry, J. D., Mannaerts, G. P., & Foster, D. W. (1977). Peran yang mungkin untuk malonyl-CoA dalam regulasi oksidasi dan ketogenesis asam lemak hati. Jurnal investigasi klinis, 60(1), 265-270.
  5. Melo, V., Ruiz, V. M., & Cuamatzi, O. (2007). Biokimia proses metabolisme. Kembalikan.
  6. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Prinsip-prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
  7. Pertierra, A. G., Gutiérrez, C. V., & Lainnya, C. M. (2000). Dasar-dasar biokimia metabolisme. Editorial Tébar.
  8. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biokimia. Ed. Panamericana Medical.