Як бувають кетонові тіла FOODPUNK
Якось раніше ми чули, що кетонові тіла мають бути добрими. Крім того, вони виникають, коли ви споживаєте лише дуже мало вуглеводів. Але де в організмі точно створені ці кетонові тіла? І як це працює?
Кетонові тіла виробляються в печінці. Їх синтез називається кетогенезом. Передумовами кетогенезу є більш тривалий період голодування або дієта з дуже низьким вмістом вуглеводів. Як я вже описував у минулій статті, коли ви поститесь або обходитесь без вуглеводів, з жирових запасів розщеплюється більше жирних кислот. Вони потрапляють до печінки через кров. Жирні кислоти також надходять до м’язів та інших органів, де повністю розщеплюються на воду та СО2. Отримана енергія використовується для руху м’язів або іншої діяльності органів. Печінка, навпаки, більше не може встигати за розпадом, коли є дуже високий запас жирних кислот. Існує, так би мовити, варення до циклу лимонної кислоти.
Не всі жирні кислоти розщеплюються в печінці
Уявіть, цикл лимонної кислоти - це американські гірки. Це працює лише до тих пір, поки всі машини, які їдуть, повертаються до місця призначення в якийсь момент. Пасажири виходять, а нові гості сідають. Що станеться, якщо вагони поставити на сайдинг? Старим пасажирам все ще дозволяється виходити, але машина вже не зупиняється, коли нові пасажири сідають, натомість її вимикають. Там затор. Погода сонячна, але не надто тепла - ідеально підходить для катання на американських гірках - і насправді майже всі хотіли зробити коло в парку розваг. Але машин просто більше немає. Черга стає все довшою і довшою, поки люди не втомлюються від цього і не відвертаються ображеними. Ви шукаєте ще одну визначну пам'ятку. Потім рафтинг. Це кетогенез. Цикл лимонної кислоти зайнятий. Дратує. Отже, усі жирні кислоти переходять у кетогенез!
Кетонові тіла утворюються з решти жирних кислот
Гаразд Але який пустун гарантує, що автомобілі з американськими гірками їдуть на бік посеред напруженого дня? Правда в тому, що насправді це відбувається постійно, адже вагони постійно виштовхуються на сайдинг та обслуговуються експертом. Але є так багато резервних автомобілів, що на кожну машину, яка їде на бік, один перекочує назад на колію і продовжує роботу. Тоді наш працівник технічного обслуговування, мабуть, спав ...
У перекладі на мову біохіміків та дієтологів автомобілі на американських гірках - оксалоацетат. Це підтримує цикл лимонної кислоти і продовжує кружляти. На початку циклу циклу лимонної кислоти оксалацетат поглинає активовану подрібнену жирну кислоту. Вони з'єднуються і роблять коло, при цьому деякі модифікації відбуваються по дорозі (це справжні американські гірки). В кінці раунду те, що залишилося від жирної кислоти, відокремлюється від оксалоацетату, і оксалацетат приймає нового "пасажира". Однак оксалоацетат не відрізняється особливою стабільністю і дуже легко руйнується при температурі тіла, тому його потрібно постійно поповнювати. Для цього вам потрібні вуглеводи. Так, ви добре чули О ні, о переляку. Чи потрібні організму вуглеводи? Безумовно, для отримання достатньої кількості оксалоацетату. Звідси стара приказка "жир спалює у полум'ї вуглеводів".
Кетогенез відбувається в мітохондріях клітин печінки
Але наш метаболізм - це розумний маленький хлопець. Він просто думає: «... о, я не дозволяю собі бути занадто напруженим, рафтинг на білій воді теж прохолодний. Можливо, це просто ажіотаж про ці американські гірки з лимонною кислотою, і врешті-решт мені навіть більше подобається кетогенез - сплав по білій воді ... ". Як тільки сказано, все жирні кислоти, які вже не знайшли місця в циклі лимонної кислоти, переходять на кетогенез. Цей шлях не кращий і не гірший. Він просто інший. Кетогенез прихований у мітохондрії, електростанції клітини. Пам’ятайте, ми все ще в печінці.
На першому кроці з’єднуються два однакові елементи
Кетогенез розділений на три етапи. Іншими словами: наш рафтинг на білій воді має три елементи дії. Ви завжди потрапляєте в каное поодинці, але два каное пов’язані між собою одразу на початку. Щось на зразок тандему. По-науковому, дві молекули ацетил-КоА (це активовані та подрібнені жирні кислоти) конденсуються в ацетоацетил-КоА (тандем). Відповідальний за це працівник називається ацетоацетил-КоА-тіолазою. Його прізвисько - Т2. Як і інші співробітники, він носить сорочку тематичного парку. Замість "команда" там написано "фермент". Це група активних працівників.
Третій елемент додається
Тандем робить коло на водній гірці…. раптом ... о шок, каное виходить справа. З патрубків зверху випливає вода, всі мешканці змочуються, і великим ривком єдине каное потрапляє в тандем. Момент шоку. Тоді всі сміються, бо це частина розваги. Третє каное також було з’єднане з іншими знову службовцем. На науковій німецькій мові: Третя молекула ацетил-КоА конденсується з утвореним раніше ацетоацетил-КоА та утворюється 3-гідрокси-3-метилглутарил-КоА. На щастя, ця річ із 3 каное також має прізвисько: HMG-CoA. Так, я знаю, не особливо фантастично. Але хоча б коротко! До речі, працівника, який прикріпив третє каное, називають Mitochondrial HMG-CoA Synthase. Друзі називають його mHS.
І вони знову відокремлюються - створюється кетонове тіло
Сплав по білій воді не був би цікавим, якби зараз це закінчилося. Мешканці зменшують кілька порогів, майже випадають з каное, змочують і насолоджуються. На третьому етапі кетогенезу ГМГ-КоА розщеплюється на ацетоацетат та ацетил-КоА. Ацетоацетат - це перше створене кетонове тіло. Тож для каное подорож закінчується тут. Два каное все ще з'єднані, але, на жаль, у мешканця третього каное є ключ від замку між двома підключеними каное. Їх більше не можна розділяти. Тандем назавжди пов'язаний з ацетил-КоА. До речі, третім працівником був службовець! Ліаза HMG-CoA. Вона відокремила одне каное від іншого.
Інші кетонові тіла утворюються завдяки цілеспрямованій конверсії та спонтанному розпаду
Як утворюються два інших кетонових тіла? Друге кетонове тіло, 3-гідроксибутират, виготовляється з ацетоацетату. Це просто перетворює інший працівник. Каное може чарівним чином змінити свою форму. Ми виходимо з парку розваг. Тому що на моєму досвіді рафтингу на каное каное ніколи магічно не змінювало свою форму. Однак у метаболізмі можливо майже все. Мааагіч! Або просто: хімія.
Третє тіло кетонів, ацетат, утворюється, коли ацетоацетат спонтанно розпадається на дві частини.
Сама печінка не може використовувати кетонові тіла. Тому вони потрапляють у кров і стають доступними для інших органів. У наступній статті я поясню, як кетонові тіла можна знову перетворити в енергію.
До речі: кетонові тіла можна створювати не тільки з жирних кислот, але і з певних амінокислот, так званих кетогенних амінокислот.
Кетогенез описаний детально і науково
Ви хочете знати, що таке кетонові тіла? Ви прочитали це в цій статті .
Чи хотіли б ви знати, який божевільний придумує подібні порівняння? Ви прочитали це тут .
Ви хотіли б зрозуміти деякі моменти ще краще? Тоді сміливо пишіть коментар. Ми з громадою раді пояснити все це детальніше.
Говорячи про деталі: Ось інша схема, шлях біохімічної реакції. Ось так виглядають всі молекули зі своєю хімічною структурною формулою. Якщо ви хочете дізнатися більше деталей і абсолютно не бажаєте порівняння дитячих парків розваг: Після біохімічної схеми приходить концентрована наука. Відверто і повно технічних термінів. Те саме, що описується по-різному.
Ілюстрація: Авторське право Марина Ломмель/Foodpunk GmbH
Кетогенез пояснив науково
У кетогенезі ацетил-КоА, що походить від β-окислення жирних кислот, ферментативно перетворюється на АсАс та 3НВ. Цей процес відбувається в мітохондріях гепатоцитів.
Ацетил-КоА, що утворюється в результаті β-окислення жирних кислот, повністю окислюється до H2O та CO2 у некетогенній метаболічній ситуації в циклі лимонної кислоти. Для цього він конденсується з оксалоацетатом, який нестійкий при температурі тіла, а також використовується для катаплеротичної реакції глюконеогенезу, тому його необхідно постійно поповнювати за допомогою анаплеротичної реакції синтезу з пірувату. Піруват доступний у достатній кількості лише за допомогою гліколізу, а це означає, що оксалоацетат недоступний у достатній кількості у разі дефіциту глюкози через голодування або дієти з надзвичайно низьким вмістом вуглеводів для активації циклу лимонної кислоти для збільшення надходження ацетил-КоА від β-окислення тримати. Надлишок ацетил-КоА тепер надходить у кетогенез.
Зокрема, кетогенез ділиться на три етапи:
На першому етапі дві молекули ацетил-КоА конденсуються до ацетоацетил-КоА. Ця оборотна реакція каталізується ферментом ацетоацетил-КоА-тіолазою (β-кетотиолаза, Т2).
Ацетил-КоА + Ацетил-КоА ↔ Ацетоацетил-КоА + КоА
На другій стадії третя молекула ацетил-КоА конденсується з утвореним раніше ацетоацетил-КоА і 3-гідрокси-3-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА). Ця реакція незворотна і каталізується мітохондріальною HMG-CoA-синтазою (mHS).
Ацетил-КоА + ацетоацетил-КоА → 3-гідрокси-3-метилглутарил-КоА + КоА
На третьому етапі кетогенезу HMG-CoA розщеплюється до ацетоацетату та ацетил-CoA ліазою HMG-CoA.
3-гідрокси-3-метилглутарил-КоА → ацетоацетат + ацетил-КоА
3HB хімічно не є кетоном, але в медицині його називають кетоновим тілом разом з AcAc, оскільки 3HB і AcAc можуть дуже швидко перетворюватися один на одного.
Ацетоацетат + НАДН + Н + ↔ 3-гідроксибутират + НАД+
Взаємоперетворення каталізується 3-гідроксибутиратдегідрогеназою, НАД-залежним ферментом.
AcAc розкладається шляхом спонтанного декарбоксилювання без ферментативного каталізу до ацетону, який є летким, не може бути подальшим метаболізмом, і тому виводиться із сечею та видихуваним повітрям. Таким чином, ферментативне перетворення AcAc в 3HB служить для збереження енергії, оскільки 3HB більше не може мимовільно розщеплюватися до ацетону.
Кетогенні амінокислоти також є вихідною речовиною для синтезу кетонових тіл.Лейцин та лізин є кетогенними амінокислотами, ізолейцин, триптофан, тирозин та фенілаланін можуть мати як кетогенну, так і глюкогенну дію. Лейцин, найважливіша за кількістю кетогенна амінокислота, розщеплюється безпосередньо на ГМГ-КоА, але в той же час стимулює секрецію інсуліну, який, у свою чергу, гальмує кетогенез.
Джерела та цікава література:
Фукао Т, Лопащук Г.Д., Мітчелл Г.А. 2004. Шляхи та контроль метаболізму кетонового тіла на межі біохімії ліпідів. Простагландини Leukot Essent жирні кислоти, 70 (3): 243-251.
Рейхард Г.А., Оуен О.Є., Хафф А.С., Пол П., Борц В.М. 1974. Виробництво та окислення кетонового тіла у людей із ожирінням натще. J Clin Invest, 53 (2): 508-515.
Стипанук М.Х., Коділ М.А. 2013. Біохімічні фізіологічні та молекулярні аспекти харчування людини. Третя редакція: Філадельфія: Elsevier Saunders, 379-381.