Ketogeneze: biochemické podklady

František DuškaOddělení lékařské chemie a biochemie 3. LF UK

Ketolátky

• Definice: – acetacetát, 3-D-hydrohybutyrát, aceton

– látky odvozené od lipidů, ale ve vodě rozpustné

Struktura ketolátek

-OOC CH2

C CH3

O

-OOC CH2

CH

CH3

OH

CH3 C CH3

O

Acetoacetát 3-hydroxybutyrát

Aceton

Fyziologie ketogeneze

• Neproteinové energetické rezervy organismu (80 kg, potřeba 10 MJ/den):– glykogen 600 g x 17 kJ/g = 10,2 MJ– lipidy 15 000 g x 38 kJ/g = 570,0 MJ

• Mozek: denně utilizuje cca 120 g Glc

Limitující faktor přežití hladovění v evoluci: spotřeba proteinů pro saturaci glukoneogeneze substráty.

Fyziologie ketogeneze

• Ketolátky:– syntetizovány v játrech z mastných

kyselin mobilizovaných z tukové tkáně

– v časné fázi šetří glukózu: saturují tkáně, které nejsou závislé na glukóze

– ve fázi adaptovaného hladovění snižují spotřebu glukózy mozkem až o 50%

Ketogeneze

TG

FFA

acyl-CoA

AcCoA

3-HB, AcAc

oxidace v perif. tkáních

FFA

ketogeneze

Ketogeneze

HMG-CoA

Acetoacetyl-CoA

AcCoA

Acetoacetát3-hydroxybutyrát

Aceton

2AcCoA

CO2

3-HB dehydrogenasa

-OOC CH2

C CH3

O

-OOC CH2

CH

CH3

OH

+ NADH+H+

+ NAD+

-stále je udržována rovnováha mezi acetoacetátem a 3-hydroxybutyrátem

-oxidací MK se tvoří i NADH + H+ a s rychlostí tvorby ketolátek stoupá poměr 3-HB/AcAc z 1:1 až k 10:1

Acetoacetát 3-hydroxybutyrát

Regulace ketogeneze

TG

FFAacyl-CoA

TG

AcCoA

ketogenezeCO2

3-HB, AcAc

oxidace v perif. tkáních

1.HSL

2. CPT-1

3. Krebs.cyklus

4. HMG-CoA

synthasa

Regulace ketogeneze I.

TG

FFA + glycerol

Glukóza

Gar-3-P

acyl-CoA

HSL

GLUT-4 FFA

Adipocyt

Regulace ketogeneze I.

• Plazmatická hladina FFA je hlavním faktorem určujícím rychlost jejich metabolizace

FF

A turnover [m

mol/m

in]

Plasma FFA [mmol/l]0

0,5

1,0

1,0

0,5

1,5

1,5

Issekutz, 1967

Regulace ketogeneze II.

FFA

acyl-CoA

AcCoA

malonyl-CoA

syntéza TG

-oxidace

AcCoA

Hepatocyt

AcCoA karboxylasa

Regulace ketogeneze II.

• Karnitinpalmitoyltransferasa I.: regulace vstupu mastných kyselin do mitochondrie = regulace -oxidace– jediný inhibitor: malonyl-CoA,

meziprodukt syntézy MK

• Inhibice -oxidace: – inzulín (aktivuje vznik malonyl CoA)

• Aktivace: kontraregulační hormony

Regulace ketogeneze III.

• AcCoA vzniklý v -oxidaci je buď– oxidován v Krebsově cyklu– nebo slouží jako substrát ketogeneze

FFA a hypoinzulinemie vede k inhibici Krebsova cyklu– redukční ekvivalenty z -oxidace saturují

dýchací řetězec a inhibují Krebsův cyklus– oxaloacetát odčerpáván do glukoneogeneze

Regulace ketogeneze IV.

Mitochondriální HMG-CoA synthasa• Regulace aktivity:

– inhibice sukcinylací sukcinyl-CoA

– aktivace spontánní desukcinylací

• Regulace exprese:– FFA zvyšují expresi vazbou na receptory

PPAR-

Ketolátky v plazmě

• Volně rozpuštěny: pKa~3,5

• Transport do buněk pasivními transportními ději– facilitovaná, saturabilní difuze

• V ledvinách:– filtrace a zpětná reabsorpce

Normální hladiny?

• Plasmatický 3-HB nalačno: <0,5 mM • Hyperketonemie: 1-3 mM• Ketoacidóza: > 3 mM

(Laffel, 1999; Mitchell, 1995)

Kvantitativní aspekty metabolismu ketolátek

• Normální plazmatické hladiny:– po jídle: 3-HB ~ 0,05 mM, FFA <0,2 mM– 12 hod lačnění: 3-HB < 0,2 mM, FFA~0,4 mM– 21 dní hladovění: 3-HB ~ 5 mM, FFA~1,5 mM

• T1DM, rozvinutá ketoacidosa s pH=7,0:– 3-HB ~ 20mM, FFA ~ 5mM

• VMAX oxidace ketolátek je dosaženo při plazmatické koncentraci ~ 12 mmol/l

Utilizace ketolátek

• Aktivace acetoacetátu na AcAc-CoA přenesením CoA ze sukcinyl-CoA:– enzymatickou výbavu pro tento krok mají

všechny jaderné tkáně kromě hepatocytů

• Rozklad acetoacetyl-CoA na 2 AcCoA• Oxidace AcCoA v citrátovém cyklu

Aceton

• vzniká neenzymatickou dekarboxylací acetoacetátu

• nepřispívá k acidóze• 7% vylučováno dechem, zbytek se

rozpouští v tukové tkáni a jepostupně vylučován močí

Patofyziologie DKA

• Absolutní/relativní nedostatek inzulínu

• Nadbytek kontraregulačních hormonů

• Excesivní lipolýza, stoupají FFA v plazmě

• V hepatocytu malonylCoA, desinhibice transportu acyl-CoA do mitochondrie k -oxidaci

• Aktivace mHMG-CoA synthasy + Krebsův cyklus sycen NADH z oxidace MK

Patofyziologie DKA

• Stoupá produkce i utilizace KL• Hypoinzulinemie snižuje reabsorbční

schopnost tubulů, ketonurie stoupá rychleji než ketonemie

• Utilizace ketolátek dosahuje maxima, dochází ke kumulaci a acidóze

• Alkoholická ketoacidóza• Těhotenská ketóza• Otravy:

– isopropylalkohol

– salicyláty

• Vrozené metabolické vady

Jiné stavy provázené ketoacidózou