Химическая структура трёх кетоновых тел: ацетон, ацетоуксусная, и бета-оксимаслянная кислоты.[1]
Кето́новые тела́ (синоним: ацето́новые тела, ацето́н [распростанённый медицинский жаргонизм]) — группа продуктов обмена веществ, которые образуются в печени из ацетил-КоА[2]:
- ацетон (пропанон) [H3C—CO—CH3]
- ацетоуксусная кислота (ацетоацетат) [H3C—CO—CH2—COOH]
- бета-оксимасляная кислота (β-оксибутират) [H3C—CHOH—CH2—COOH]
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 китслот, 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
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] (в сущности являясь токсическим веществом для головного мозга, циркулирует в мизе́рной концентрации).
Нормальное содержание кетоновых тел в плазме крови человека и большинства млекопитающих (за исключением жвачных) составлет 1…2 мг% (по ацетону). При увеличении их концентрации свыше 10…15 мг% они преодолевают почечный порог и определяются в моч
е. 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-S-КоА + Ac-S-КоА → H3C-CO-CH2-CO-S-КоА
Затем под влиянием фермента оксиметилглутарил-КоА-синтазы присоединяется ещё одна молекула ацетил-КоА.
H3C-CO-CH2-CO-S-КоА + A-S-КоА → HOOC—CH2—COH(CH3)—CH2—CO—S-КоА
Образовавшийся β-окси-β-метилглутарил-КоА (OMG-KoA) способен под действием фермента оксиметилглутарил-КоА-лиазы расщепляться на ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат) и ацетил-КоА.
HOOC—CH2—COH(CH3)—CH2—CO—S-КоА → H3C—CO—CH2—COOH + Ac-S-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 → 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 КоА (коэнзим А) с образованием свободной ацетоуксусной кислоты. 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 (Ацетоацетил-КоА)
|
+ H2O Ацетоацетил-КоА-гидролаза → HS-КоА
↓
H3C—CO—CH2—COOH (Ацетоуксусная кислота)
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 (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]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 связано прежде всего с дефицитом углеводов в обеспечении организма энергией: перегрузка белками и жирами на фоне недостка легкопереваримых углеводов в рационе, истощение, ожирение, нарушение эндокринной регуляции (сахарный диабет, тиреотоксикоз), отравления, травма черепа и т. д.
Лабораторная диагностика
Для качественного определения содержания кетоновых тел в моче используют цветные пробы Ланге, Легаля, Лестраде и Герхарда.
Примечания
- ↑ 1 2 Тюкавкина Н. А., Бауков Ю. И. Биоорганическая химия.— М.: Медицина, 1985.— 480 с.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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
См. также
- Биохимический анализ крови
- Клинический анализ мочи
- Кетоацидоз
- Ацетонемический синдром у детей
- Синдром хронической передозировки инсулина
- Цикл трикарбоновых кислот
| Это заготовка статьи по биохимии. Вы можете помочь проекту, дополнив её. |
.svg){kind=link}