Кіріспе
Кетогенез – организмдерде май қышқылдары мен кетогендік аминқышқылдарын ыдырату арқылы кетон денелерін өндіретін биохимиялық процесс. (Сирек кездесетін метаболизмдік ауруларда глюконеогенездің жеткіліксіздігі кетогенездің артық өсуіне және гипогликемияға алып келуі мүмкін, бұл диабеттік емес кетоацидоз деп аталатын өмірге қауіпті жағдайға әкелуі мүмкін.) Кетон денелері міндетті түрде май қышқылдарынан ғана өндірілмейді; керісінше, олардың маңызды мөлшері тек көмірсулар мен ақуыздар жетіспеушілігі кезінде ғана синтезделеді, онда оларды өндіру үшін май қышқылдары ғана қолжетімді отын болып табылады. Соңғы зерттеулер глиальды жасушалардың кетогендік екенін көрсетеді, олар нейрондарды танымдық процестерді қолдау үшін жергілікті синтезделген кетон денелерімен қамтамасыз етеді.
Ketogenesis is the biochemical process through which organisms produce ketone bodies by breaking down fatty acids and ketogenic amino acids. or others. (In rare metabolic diseases, insufficient gluconeogenesis can cause excessive ketogenesis and hypoglycemia, which may lead to the life threatening condition known as non diabetic ketoacidosis.) Ketone bodies are not obligately produced from fatty acids; rather a meaningful amount of them is synthesized only in a situation of carbohydrate and protein insufficiency, where only fatty acids are readily available as fuel for their production. Recent evidence suggests that glial cells are ketogenic, supplying neurons with locally synthesized ketone bodies to sustain cognitive processes.
Өндіріс
Кетон денелері негізінен бауыр жасушаларының митохондрияларында түзіледі, ал синтез қандағы глюкозаның жетіспеушілігіне байланысты, мысалы, ораза кезінде жүруі мүмкін. Кетогенез сау адам организмінде үнемі жүріп тұрады. Сау адамдардағы кетогенезді негізінен AMPK бас реттеуші ақуызы бақылайды, ол метаболикалық стресс кезінде, мысалы, көмірсулардың жетіспеушілігінде белсендіріледі. Оның бауырдағы белсенділігі липогенезді тежейді, май қышқылдарының тотығуын күшейтеді, ацетил-CoA карбоксилазасын өшіреді, малонил-CoA декарбоксилазасын қосады және нәтижесінде кетогенезді тудырады. Этанол – күшті AMPK ингибиторы, сондықтан ол бауырдың метаболикалық жағдайын елеулі түрде бұзады, соның ішінде кетогенезді тоқтатады. Кетогенез инсулин жетіспеген жағдайда да (мысалы, 1-ші (және сирек 2-ші) типті диабетте), әсіресе «кетогендік стресс» кезеңдерінде, мысалы, басқа аурулармен бірге жүргенде пайда болуы мүмкін. Глюкоза мен оксалоацетаттың азаюы ораза ұстау, қарқынды жаттығулар, жоғары майлы диеталар немесе басқа да медициналық жағдайлар арқылы туындауы мүмкін, бәрі де кетон өндірісін арттырады. Леуцин сияқты кетогендік деаминдалған аминқышқылы ТСА циклын толықтырып, ацетоацетат пен АКоА түзеді, соның салдарынан кетондар өндіріледі. Кетон денелерінің синтезіндегі рөлінен басқа, HMG CoA холестерин синтезінде де аралық зат болып табылады, бірақ бұл қадамдар бөлінген. Кетогенез митохондрияда, ал холестерин синтезі цитозолда жүреді, сондықтан екі процесс тәуелсіз реттеледі. β-гидроксибутират (IUPAC номенклатурасына сәйкес техникалық түрде кетон емес) D β-гидроксибутират дегидрогеназа ферментінің ацетоацетатқа әсері арқылы түзіледі. Тіндерге енгеннен кейін бета-гидроксибутират D β-гидроксибутират дегидрогеназасымен ацетоацетатқа, сонымен қатар протон мен NADH молекуласына айналады, соңғысы электрондық тасымалдау тізбегін және басқа да тотығу-тотықсыздану реакцияларын қуаттандыруға қолданылады. β-гидроксибутират – кетон денелерінің ең көп таралғаны, одан кейін ацетоацетат және соңында ацетон келеді.
Реттеу
Кетогенез клеткадағы немесе организмдегі қол жетімді көмірсулар деңгейіне байланысты жүруі мүмкін немесе жүрмеуі мүмкін. Бұл ацетил-КоА жолдарымен тығыз байланысты: организмде энергия көзі ретінде жеткілікті көмірсулар болғанда, глюкоза толығымен CO2-ге дейін тотықтырылады; ацетил-КоА осы процесте аралық зат ретінде түзіледі, бірінші кезекте лимон қышқылы циклына еніп, содан кейін оның химиялық энергиясы тотықтырғыш фосфорилирлеуде толығымен АТФ-қа айналады. Организмде артық көмірсулар болғанда, глюкозаның бір бөлігі толыққанды метаболизмге ұшырайды, ал қалғаны гликоген түрінде сақталады немесе цитраттың артық болуы жағдайында май қышқылдарына айналады (липогенезді қараңыз). Бұл кезеңде Кофермент А қайта пайдаланылады. Егер организмде бос көмірсулар болмаса, энергия алу үшін май ацетил-КоА-ға ыдырайды. Мұндай жағдайда ацетил-КоА лимон қышқылы циклы арқылы метаболизмделмейді, себебі лимон қышқылы циклының аралық заттары (негізінен оксалоацетат) глюконеогенез жолына қолдау көрсету үшін сарқылып кетеді. Ацетил-КоА-ның жиналуы кетогенезді белсендіреді. Инсулин және глюкагон кетогенезді реттейтін маңызды гормондар, инсулин – басты реттеуші. Екі гормон да гормонға сезімтал липаза мен ацетил-КоА карбоксилазасын реттейді. Гормонға сезімтал липаза триглицеридтерден диглицеридтерді босатады, май қышқылы молекуласын тотығу үшін қол жетімді етеді. Ацетил-КоА карбоксилазасы ацетил-КоА-дан малонил-КоА өндірісін катализдейді. Малонил-КоА май қышқылдарын митохондрияға β-тотығу үшін жеткізетін фермент – карнитин пальмитоилтрансфераза I-нің активтілігін төмендетеді. Инсулин гормонға сезімтал липазаны тежейді және ацетил-КоА карбоксилазасын белсендіреді, осылайша май қышқылдарының тотығуына қажетті бастапқы материалдар мөлшерін азайтады және олардың митохондрияға ену қабілетін шектейді. Глюкагон гормонға сезімтал липазаны белсендіреді және ацетил-КоА карбоксилазасын тежейді, осылайша кетон денелерінің өндірісін ынталандырады және β-тотығу үшін митохондрияға өтуді жеңілдетеді. Кетон денелерін мембраналар арқылы (соның ішінде қан-ми тосқауылы арқылы) тасымалдауға қатысатын PPARα реттеледі, осылайша кетон денелерінің миға тасымалдануына әсер етеді. Карнитин пальмитоилтрансферазасы да PPARα арқылы жоғары реттеледі, бұл май қышқылдарының митохондрияға тасымалдануына әсер етуі мүмкін. Кейбір қатерлі ісік жасушалары кетон денелерін пайдалана алмайды, себебі оларда кетолиз үшін қажетті ферменттер жеткіліксіз. Кетогенезді ынталандыратын мінез-құлыққа белсенді қатысу кейбір қатерлі ісіктердің әсерін басқаруға көмектеседі деген гипотеза бар.
When the body has ample carbohydrates available as energy source, glucose is completely oxidized to CO2; acetyl CoA is formed as an intermediate in this process, first entering the citric acid cycle followed by complete conversion of its chemical energy to ATP in oxidative phosphorylation. When the body has excess carbohydrates available, some glucose is fully metabolized, and some of it is stored in the form of glycogen or, upon citrate excess, as fatty acids (see lipogenesis). Coenzyme A is recycled at this step. When the body has no free carbohydrates available, fat must be broken down into acetyl CoA in order to get energy. Under these conditions, acetyl CoA cannot be metabolized through the citric acid cycle because the citric acid cycle intermediates (mainly oxaloacetate) have been depleted to feed the gluconeogenesis pathway. The resulting accumulation of acetyl CoA activates ketogenesis. Insulin and glucagon are key regulating hormones of ketogenesis, with insulin being the primary regulator. Both hormones regulate hormone sensitive lipase and acetyl CoA carboxylase. Hormone sensitive lipase produces diglycerides from triglycerides, freeing a fatty acid molecule for oxidation. Acetyl CoA carboxylase catalyzes the production of malonyl CoA from acetyl CoA. Malonyl CoA reduces the activity of carnitine palmitoyltransferase I, an enzyme that brings fatty acids into the mitochondria for β oxidation. Insulin inhibits hormone sensitive lipase and activates acetyl CoA carboxylase, thereby reducing the amount of starting materials for fatty acid oxidation and inhibiting their capacity to enter the mitochondria. Glucagon activates hormone sensitive lipase and inhibits acetyl CoA carboxylase, thereby stimulating ketone body production, and making passage into the mitochondria for β oxidation easier. which is involved in transporting ketone bodies over membranes (including the blood–brain barrier), is regulated by PPARα, thus affecting ketone body transportation into the brain. Carnitine palmitoyltransferase is also upregulated by PPARα, which can affect fatty acid transportation into the mitochondria. Some kinds of cancer cells are unable to use ketone bodies, as they do not have the necessary enzymes to engage in ketolysis. It has been proposed that actively engaging in behaviors that promote ketogenesis could help manage the effects of some cancers.