KETOGENESIS: CÁC LOẠI CƠ THỂ, TỔNG HỢP VÀ SUY THOÁI - SINH HỌC - 2026

Sự tạo xeton là quá trình thu được acetoacetate, β-hydroxybutyrate và aceton, chúng cùng được gọi là thể xeton. Cơ chế phức tạp và được điều chỉnh tinh vi này diễn ra trong ti thể, từ quá trình dị hóa axit béo.

Việc thu nạp cơ thể xeton diễn ra khi cơ thể phải nhịn ăn hoàn toàn. Mặc dù các chất chuyển hóa này chủ yếu được tổng hợp trong tế bào gan, chúng được tìm thấy như một nguồn năng lượng quan trọng trong các mô khác nhau, chẳng hạn như cơ xương và trong các mô tim và não.

Nguồn: Sav vas

Β-Hydroxybutyrate và acetoacetate là các chất chuyển hóa được sử dụng làm chất nền trong cơ tim và vỏ thận. Trong não, các thể xeton trở thành nguồn năng lượng quan trọng khi cơ thể cạn kiệt nguồn dự trữ glucose.

Đặc điểm chung

Ketogenesis được coi là một chức năng sinh lý rất quan trọng hoặc con đường trao đổi chất. Nói chung, cơ chế này diễn ra ở gan, mặc dù nó đã được chứng minh rằng nó có thể được thực hiện ở các mô khác có khả năng chuyển hóa axit béo.

Sự hình thành các thể xeton là dẫn xuất chuyển hóa chính của acetyl-CoA. Chất chuyển hóa này thu được từ con đường trao đổi chất được gọi là quá trình oxy hóa β, là quá trình phân hủy axit béo.

Sự sẵn có của glucose trong các mô nơi xảy ra quá trình oxy hóa β quyết định số phận chuyển hóa của acetyl-CoA. Trong các tình huống cụ thể, các axit béo bị oxy hóa gần như hoàn toàn hướng đến việc tổng hợp các thể xeton.

Các dạng và tính chất của các thể xeton

Thể xeton chính là acetoacetate hoặc axit acetoacetic, chủ yếu được tổng hợp trong tế bào gan. Các phân tử khác tạo nên thể xeton có nguồn gốc từ acetoacetate.

Sự khử axit acetoacetic làm phát sinh D-β-hydroxybutyrate, thể xeton thứ hai. Acetone là một hợp chất khó phân hủy và được tạo ra bởi phản ứng khử carboxyl tự phát của acetoacetate (vì vậy nó không cần sự can thiệp của bất kỳ enzym nào), khi nó hiện diện với nồng độ cao trong máu.

Việc chỉ định các thể xeton đã được đưa ra theo quy ước, vì nói đúng ra thì β-hydroxybutyrat không có chức năng xeton. Ba phân tử này hòa tan trong nước, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển chúng trong máu. Chức năng chính của nó là cung cấp năng lượng cho một số mô như cơ xương và cơ tim.

Các enzym tham gia vào quá trình hình thành các thể xeton chủ yếu ở tế bào gan và thận, điều này giải thích tại sao hai vị trí này là nơi sản xuất chính của các chất chuyển hóa này. Sự tổng hợp của nó xảy ra duy nhất và duy nhất trong chất nền ty thể của tế bào.

Một khi các phân tử này được tổng hợp, chúng sẽ đi vào máu, đi đến các mô cần chúng, nơi chúng được phân giải thành acetyl-CoA.

Tổng hợp các thể xeton

Điều kiện để tạo xeton

Số phận chuyển hóa của acetyl-CoA từ quá trình oxy hóa β phụ thuộc vào yêu cầu trao đổi chất của cơ thể. Chất này được oxy hóa thành CO ₂ và H ₂ O thông qua chu trình axit xitric hoặc quá trình tổng hợp axit béo, nếu quá trình chuyển hóa lipid và carbohydrate ổn định trong cơ thể.

Khi cơ thể cần sự hình thành carbohydrate, oxaloacetate được sử dụng để sản xuất glucose (gluconeogenesis) thay vì bắt đầu chu trình axit citric. Điều này xảy ra, như đã đề cập, khi cơ thể không có khả năng hấp thụ glucose, trong các trường hợp như nhịn ăn kéo dài hoặc mắc bệnh tiểu đường.

Do đó, acetyl-CoA sinh ra từ quá trình oxy hóa axit béo được sử dụng để sản xuất các thể xeton.

Cơ chế

Quá trình ketogenesis bắt đầu từ các sản phẩm của quá trình oxy hóa β: acetacetyl-CoA hoặc acetyl-CoA. Khi cơ chất là acetyl-CoA, bước đầu tiên bao gồm sự ngưng tụ của hai phân tử, một phản ứng được xúc tác bởi acetyl-CoA transferase, để tạo ra acetacetyl-CoA.

Acetacetyl-CoA được ngưng tụ với acetyl-CoA thứ ba thông qua hoạt động của HMG-CoA synthase, để tạo ra HMG-CoA (β-hydroxy-β-methylglutaryl-CoA). HMG-CoA bị phân giải thành acetoacetate và acetyl-CoA bởi tác dụng của HMG-CoA lyase. Bằng cách này, thể xeton đầu tiên thu được.

Acetoacetate được khử thành β-hydroxybutyrate bằng sự can thiệp của β-hydroxybutyrate dehydrogenase. Phản ứng này phụ thuộc vào NADH.

Thể xeton acetoacetate chính là một axit β-keto, trải qua quá trình khử carboxyl không do enzym. Quá trình này đơn giản và tạo ra axeton và CO _2.

Do đó, chuỗi phản ứng này làm phát sinh các thể xeton. Những chất này, hòa tan trong nước, có thể dễ dàng vận chuyển qua máu mà không cần phải cố định chúng vào cấu trúc albumin, như trường hợp của các axit béo không hòa tan trong môi trường nước.

Quá trình oxy hóa Β và sự tạo xeton có liên quan

Chuyển hóa axit béo tạo ra chất nền cho quá trình tạo xeton, vì vậy hai con đường này có liên quan đến chức năng.

Acetoacetyl-CoA là một chất ức chế chuyển hóa axit béo, vì nó làm ngừng hoạt động của acyl-CoA dehydrogenase, là enzym đầu tiên của quá trình oxy hóa β. Hơn nữa, nó cũng ức chế men chuyển acetyl-CoA và HMG-CoA synthase.

Enzyme HMG-CoA synthase, phụ thuộc bởi CPT-I (một loại enzyme liên quan đến sản xuất acyl carnitine trong quá trình oxy hóa β), đóng một vai trò điều tiết quan trọng trong việc hình thành các axit béo.

Quy định quá trình oxy hóa β và ảnh hưởng của nó đến quá trình tạo xeton

Việc nuôi dưỡng các sinh vật điều chỉnh một tập hợp các tín hiệu nội tiết tố phức tạp. Carbohydrate, axit amin và lipid được tiêu thụ trong chế độ ăn uống được lắng đọng dưới dạng triacylglycerol trong mô mỡ. Insulin, một hormone đồng hóa, tham gia vào quá trình tổng hợp lipid và hình thành triacylglycerol.

Ở cấp độ ty thể, quá trình oxy hóa β được kiểm soát bởi sự xâm nhập và tham gia của một số chất nền trong ty thể. Enzyme CPT I tổng hợp Acyl Carnitine từ Acyl CoA trong cytosolic.

Khi cơ thể được cung cấp thức ăn, Acetyl-CoA carboxylase được kích hoạt và citrate làm tăng mức CPT I, trong khi quá trình phosphoryl hóa của nó (phản ứng phụ thuộc vào AMP vòng) giảm.

Điều này gây ra sự tích tụ của malonyl CoA, kích thích sự tổng hợp các axit béo và ngăn chặn quá trình oxy hóa của chúng, ngăn chặn một chu trình vô ích được tạo ra.

Trong trường hợp nhịn ăn, hoạt tính carboxylase rất thấp vì mức độ của enzyme CPT I đã giảm và nó cũng đã được phosphoryl hóa, kích hoạt và thúc đẩy quá trình oxy hóa lipid, sau đó sẽ cho phép hình thành các thể xeton thông qua acetyl-CoA.

suy thoái

Các thể xeton khuếch tán ra khỏi tế bào nơi chúng được tổng hợp và được máu vận chuyển đến các mô ngoại vi. Trong các mô này, chúng có thể bị oxy hóa thông qua chu trình axit tricarboxylic.

Trong các mô ngoại vi, β-hydroxybutyrate bị oxy hóa thành acetoacetate. Sau đó, acetoacetate hiện diện được kích hoạt bởi hoạt động của enzyme 3-ketoacyl-CoA transferase.

Succinyl-CoA hoạt động như một nhà tài trợ CoA bằng cách tự chuyển đổi thành succinate. Sự hoạt hóa acetoacetate xảy ra để ngăn không cho succinyl-CoA chuyển đổi thành succinate trong chu trình axit citric, với sự tổng hợp GTP cùng với tác động của tổng hợp succinyl-CoA.

Acetoacetyl-CoA tạo thành trải qua quá trình phân hủy thiolytic, tạo ra hai phân tử acetyl-CoA được kết hợp vào chu trình axit tricarboxylic, còn được gọi là chu trình Krebs.

Tế bào gan thiếu 3-ketoacyl-CoA transferase, ngăn chất chuyển hóa này được kích hoạt trong các tế bào này. Bằng cách này, đảm bảo rằng các thể xeton không bị ôxy hóa trong các tế bào nơi chúng được tạo ra, nhưng chúng có thể được chuyển đến các mô nơi hoạt động của chúng được yêu cầu.

Sự liên quan y tế của các cơ quan xeton

Trong cơ thể người, nồng độ cao của các thể xeton trong máu có thể gây ra các tình trạng đặc biệt được gọi là nhiễm toan và nhiễm ceton huyết.

Việc sản xuất các chất chuyển hóa này tương ứng với quá trình dị hóa axit béo và carbohydrate. Một trong những nguyên nhân phổ biến nhất của tình trạng sinh xeton bệnh lý là nồng độ cao của các mảnh dicacbonat axetic không bị phân hủy bởi con đường oxy hóa axit tricarboxylic.

Kết quả là, có sự gia tăng nồng độ các thể xeton trong máu trên 2 đến 4 mg / 100 N và sự hiện diện của chúng trong nước tiểu. Điều này dẫn đến sự rối loạn chuyển hóa trung gian của các chất chuyển hóa này.

Một số khiếm khuyết nhất định trong các yếu tố tuyến yên thần kinh điều chỉnh sự thoái hóa và tổng hợp các thể xeton, cùng với các rối loạn trong chuyển hóa hydrocacbon, là nguyên nhân của tình trạng tăng sinh ceton huyết.

Đái tháo đường và tích tụ các thể xeton

Đái tháo đường (týp 1) là bệnh nội tiết gây tăng sản xuất các thể ceton. Việc sản xuất insulin không đủ làm vô hiệu hóa quá trình vận chuyển glucose đến cơ, gan và mô mỡ, do đó tích tụ trong máu.

Các tế bào thiếu glucose sẽ bắt đầu quá trình tạo gluconeogenesis và phân hủy chất béo và protein để khôi phục sự trao đổi chất của chúng. Kết quả là, nồng độ oxaloacetate giảm và quá trình oxy hóa lipid tăng lên.

Sau đó xảy ra sự tích tụ acetyl-CoA, khi không có oxaloacetate thì không thể theo con đường acid citric, do đó gây ra sản sinh nhiều thể xeton, đặc trưng của bệnh này.

Sự tích tụ của axeton được phát hiện bởi sự hiện diện của nó trong nước tiểu và hơi thở của những người mắc chứng này, và thực tế là một trong những triệu chứng báo hiệu biểu hiện của căn bệnh này.

Người giới thiệu

1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogenesis trong tế bào hình sao: đặc điểm, điều hòa và có thể có vai trò bảo vệ tế bào (Luận án tiến sĩ, Đại học Complutense Madrid, Dịch vụ xuất bản).
2. Devlin, TM (1992). Giáo trình hóa sinh: có tương quan lâm sàng.
3. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Hóa sinh. Thomson Brooks / Cole.
4. McGarry, JD, Mannaerts, GP, & Foster, DW (1977). Một vai trò có thể có của malonyl-CoA trong việc điều chỉnh quá trình oxy hóa axit béo ở gan và tạo ceton. Tạp chí điều tra lâm sàng, 60 (1), 265-270.
5. Melo, V., Ruiz, VM, & Cuamatzi, O. (2007). Hóa sinh các quá trình trao đổi chất. Hoàn nguyên.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. Macmillan.
7. Pertierra, AG, Gutiérrez, CV và những người khác, CM (2000). Các nguyên tắc cơ bản của sinh hóa trao đổi chất. Biên tập Tébar.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Hóa sinh. Panamerican Medical Ed.