5.11. Метаболізм кетонових тіл

5.11.1. Біосинтез кетонових тіл і їх використання. Під терміном кетонові (ацетонові) тіла розуміють ацетоацетатну кислоту (СН₃СО – СН₂ – СООН), -гідроксимасляну кислоту (СН₃ – СНОН – СН₂ – СООН) та ацетон (СН₃ – СО – СН₃).

Кетонові тіла є недоокисненими, проміжними продуктами розпаду, головним чином жирних кислот і карбонових скелетів так званих кетогенних амінокислот (лейцину, ізолейцину, лізину, фенілаланіну, тирозину і триптофану). Основним шляхом кетогенезу є гідроксиметилглутаратний цикл Утворення кетонових тіл, або кетогенез, відбувається виключно в мітохондріях печінки і розпочинається з конденсації двох молекул ацетил-КоА за участі ензиму тіолази (рис.5.23).

П

Рис. 5.23. Схема синтезу кетонових тіл

ри взаємодії ще однієї молекули ацетил-КоА під дією β-ГОМК-синтетази утворюється-гідрокси--метилглутарил-SКоА +НSКоА.

-Окси--метилглутарил-КоА під дією мітохондріального ферменту β-ГОМК-ліази розщеплюється на ацетоацетат та ацетил КоА.

Ацетооцтова кислота мало використовується у печінці і, поступаючи в кров, транспортується до інших органів. Вільна ацетооцтова кислота є стійкішою, ніж її активна форма, вона нагромаджується у значних кількостях та використовуватись у міру необхідності.

У

Рис.5.24. Схема розпаду кетонових тіл

периферійних тканинах-гідроксимасляна кислота окиснюється до ацетоацетатної кислоти, а остання, завдяки перенесенню КоА від сукциніл-КоА, перетворюється на ацетоацетил-КоА і згодом на 2 молекули ацетил-КоА, які окиснюються в ЦТК (рис.5.24).

За останні роки з’явилися дані, які вказують на важливу роль кетонових тіл у підтримці енергетичного гомеостазу. Слід пам’ятати, що при окисненні ацетоацетату вихід енергії дорівнює 23 молям АТФ на 1 моль субстрату (2 ацетил-КоА = 24 АТФ – 1 ААТФ на активування) і 26 моль АТФ на 1 моль -гідроксибутирату за рахунок участі в процесі окиснення -гідроксибутиратдегідрогенази.

Кетонові тіла є свого роду постачальниками палива для м’язів, мозку, нирок у період голодування і діють, можливо, як частина регуляторного механізму із зворотним зв’язком, запобігаючи мобілізації жирних кислот із жирових депо; їх використовує організм при тривалому фізичному навантаженні, а при цукровому діабеті – всі інсулінзалежні тканини за виключенням печінки.

5

Рис. 5.25. Схема метаболізму в мітохондріях

печінки при голодуванні

.11.2. Метаболізм кетонових тіл в умовах патології. У нормі концентрація кетонових тіл у крові та більшості тканин незначна (в середньому 10-20 мг/л). Проте, за умов голодування та цукрового діабету створюються метаболічні умови, за яких кількість кетонових тіл у тканинах різко підвищується за рахунок значної активації їх синтезу. При цьому зростають як концентрація кетонових тіл у крові (кетонемія), так і їх виділення з сечею (кетонурія).

Біохімічною основою зростання вмісту кетонових тіл в умовах патології є зменшення ступеня утилізації ацетил-КоА в циклі трикарбонових кислот внаслідок порушень вуглеводного обміну (рис. 5.25).

Використання ацетил-КоА в ЦТК залежить від наявності в клітині достатньої кількості оксалоацетату, необхідного для утворення цитрату. В свою чергу, утворення оксалоацетату, необхідного для нормального функціонування циклу трикарбонових кислот, залежить від кількості пірувату, основним постачальником якого є гліколітичне розщеплення глюкози. В умовах зменшеного надходження в клітину глюкози (голодування, цукровий діабет) оксалоацетат спрямовується на шлях глюконеогенезу і стає недосяжним для взаємодії з ацетил-КоА в цитратсинтазній реакції.

У зазначених метаболічних умовах ацетил-КоА в значній мірі використовується для утворення кетонових тіл — ацетоацетату та β-гідроксибутирату. Сприяє накопиченню в клітинах ацетил-КоА також його підвищене утворення при β-окисненні жирних кислот за рахунок стимуляції в умовах глюкозного голодування ліполізу в жировій тканині. Ці біохімічні закономірності пояснюють давній вислів “Жири згорають у полум’ї вуглеводів”.

Оскільки кетонові тіла за своєю природою належать до органічних кислот, здатних до дисоціації, то їх накопичення може призводити до виникнення кетоацидозу і супроводжуватися зменшенням лужного резерву крові. Небезпечна ситуація може виникати при цукровому діабеті, коли високий вміст кетонових тіл викликає зниження рН і розвиток некомпенсованого ацидозу.

Введення в організм глюкози (при голодуванні), або глюкози з інсуліном (при цукровому діабеті) підвищує внутрішньоклітинний рівень моносахариду і нормалізує гліколіз, що призводить до активації утилізації ацетил-КоА в циклі трикарбонових кислот і зменшення утворення кетонових тіл.