Zie ook: ketogeen dieet; diabetische ketoacidose.
Algemeenheid
Vroeger dacht men dat ketonlichamen te wijten waren aan een overmatig metabolisme, veroorzaakt door de inname van te veel vet of diabetes.Ketonlichamen daarentegen worden van nature door ons lichaam aangemaakt: de hersenen passen zich aan om deze metabolieten te gebruiken in omstandigheden van langdurig vasten (bij diabetici vervangen ketonlichamen het glucosemetabolisme) Verder kan er een verergering zijn van de route van ketonlichamen in geval van slechte voeding.
Wat zijn de ketonlichamen?
Ketonlichamen zijn afgeleiden van lipiden (ze komen voort uit het metabolisme van lipiden, bijna uitsluitend in de lever), maar hebben eigenschappen waardoor ze op suikers lijken:
- Hoge invoersnelheid;
- Snel in gebruik.
Zelfs sommige aminozuren, in het bijzonder metabolische aandoeningen, kunnen ketonlichamen veroorzaken (leucine, lysine, fenylalanine, isoleucine, tryptofaan en tyrosine).
biologische rol
- Ketonlichamen zijn klein van formaat, daarom worden ze zeer snel getransporteerd (veel meer dan vetzuren die daarentegen transporteiwitten zoals albumine nodig hebben);
- de ketonlichamen worden bijna uitsluitend gebruikt door de spieren en perifere weefsels, maar ook door het hart (20-30% van de energie die het verbruikt komt van de ketonlichamen) en door de hersenen (bij langdurig vasten).
Synthese
Ketonlichamen worden gesynthetiseerd door acetyl-co-enzym A, dat afkomstig is van het metabolisme van vetzuren.
Het enzym dat de eerste fase katalyseert, is het Β-ketothiolase, die de zwavel van acetyl-co-enzym A gebruikt om een -keto-acyl-co-enzym A te produceren (het is de tegenovergestelde reactie van die welke wordt waargenomen bij de Β-oxidatie van vetzuren); deze reactie is niet spontaan maar wordt aangedreven door de daaropvolgende reactie , gekatalyseerd van "hydroxymethylglutaryl-co-enzym A-synthase en die de aanhechting van een tweede acetyl-co-enzym A omvat, waardoor 3-hydroxy 3-methylglutaryl-co-enzym A wordt verkregen.
Vervolgens grijpt een lytisch enzym in dat 3-hydroxy 3-methylglutaryl-co-enzym A omzet in azijnacetaat, wat een ketonlichaam is. Het azijnacetaat kan naar de perifere weefsels worden gestuurd of, door de werking van het enzym hydroxybutyraatdehydrogenase, omgezet in 3-Β-hydroxybutyraat. Als het azijnacetaat in een zeer hoge concentratie is, kan het ook spontaan decarboxyleren tot aceton.
Aceton, azijnacetaat en 3-Β-hydroxybutyraat zijn de drie ketonlichamen die we beschouwen; aceton is een afvalproduct, dat willekeurig wordt geproduceerd in het pad van de ketonlichamen en wordt uitgestoten door uitademing en transpiratie.
Gebruik in perifere weefsels
Ketonlichamen, geproduceerd in de lever, worden naar perifere weefsels gestuurd.
Laten we eens kijken wat er gebeurt als het azijnacetaat en het 3-Β-hydroxybutyraat de perifere weefsels bereiken. Het azijnacetaat is een Β-ketozuur, daarom kan het, indien geactiveerd, worden gebruikt in het Β-oxidatieproces om acetyl co-enzym A: daarom is het noodzakelijk om een -ketozuur om te zetten in een Β-keto acyl co-enzym A.
Wanneer het azijnacetaat in het mitochondrion van een cel van een perifeer weefsel aankomt, wordt het onderworpen aan de werking van het enzym succinyl co-enzym A transferase: door dit enzym reageert azijnacetaat met succinyl-co-enzym A (afkomstig uit de krebs-cyclus) en worden succinaat en azijn-acetyl-co-enzym A verkregen.
Door succinyl-co-enzym A te gebruiken om het azijnacetaat te activeren, springen we in de krebs-cyclus, het stadium dat een GTP produceert: dit is het proces, in termen van energie, dat de cel bereid is te betalen om het acetylazijn-co-enzym A te verkrijgen ; de laatste gaat dan onder de actie van Β-keto thiolase (Β-oxidatie-enzym) om twee moleculen acetyl-co-enzym A te produceren die naar de krebs-cyclus worden gestuurd.
Als 3-Β-hydroxybutyraat naar perifere weefsels wordt gestuurd, wordt dit laatste, in het mitochondrion, omgezet in azijnaceton door de werking van het Β-hydroxybutyraatdehydrogenase-enzym, met de productie van een NADH dat overeenkomt met ongeveer 2,5 ATP; het geproduceerde azijnacetaat volgt het eerder beschreven pad.
De cel van een perifeer weefsel haalt meer energie uit 3-Β-hydroxybutyraat dan uit azijnacetaat, maar de afgifte van het een of het ander aan de perifere weefsels hangt af van de beschikbaarheid van energie van de lever.
C" is een niet te verwaarlozen hoeveelheid gemetaboliseerde vetzuren, aanwezig in peroxisomen en niet in mitochondriën; peroxisomen zijn organellen kleiner dan mitochondriën en rijk aan metaalionen en peroxidase-enzymen. Peroxidase-enzymen gebruiken waterstofperoxide om redoxprocessen te bevorderen, daarom zijn er in peroxisomen is een enzymatisch systeem dat waterstofperoxide kan produceren.
Bij de Β-oxidatie in peroxisomen wordt het "acylco-enzym A, verkregen door de werking van"acyl co-enzym A oxidase (In de mitochondriën daarentegen werkt het enzym acyl-co-enzym A-dehydrogenase.) Ook in dit geval wordt het trans 2,3-enoyl-co-enzym A gevormd, dat de werking ondergaat van een bifunctioneel enzym (het vervult dezelfde functie als in mitochondriën door "enoyl co-enzym A hydratase en L-Β-hydroxy acyl co-enzym A dehydrogenase) en wordt zo omgezet in Β-keto acyl co-enzym A. Dit laatste ondergaat, net als in mitochondriën, de werking van Β-keto thiolase en acetyl co-enzym A en een acyl-co-enzym A worden verkregen met een koolstofhoudend skelet dat met twee eenheden is verminderd in vergelijking met het uitgangsskelet, dat terugkeert naar de circulatie.
