REGLEMENTAREA OXIDĂRII ACIZILOR GRAVE
(-) - În anumite condiții metabolice în care există o oxidare rapidă a acizilor grași, o cantitate semnificativă de acetoacetat și D sunt formate în ficat 3-gidroksnbutirata (P-hidroxibutiratului), care difuzează în sânge. Acetoacetatul poate fi decarboxilat spontan pentru a forma acetona. Aceste trei substanțe sunt cunoscute sub numele de corpurile generale cetonă (acetonă sau corp), uneori incorect denumite „cetonelor“ (Fig. 28.2). Reversibile conversie acetoacetat reacție la enzima mitocondrială 3-hidroxibutirat catalizeaza D (-) - 3-hidroxibutirat; echilibrul este reglat de raportul [NAD +] / [NADH] în mitocondriile, adică redox status. Raportul în sânge variază între 1: 1 și 10: 1.
Cu o alimentație bună, concentrația de corpuri cetone în sângele mamiferelor nu depășește în mod normal 1 mg / 100 ml (în echivalenți de acetonă). La rumegătoare, această cifră este oarecum mai mare datorită formării 3-hidroxibutiratului din uleiul din peretele rumenului în timpul procesului de fermentație. La om, de obicei mai puțin de 1 mg de cetone pe zi este excretată în urină.
Fig. 28.2. Interconversia corpurilor cetone. D (-) - 3-hidroxibutirat dehidrogenaza este o enzimă mitocondrială.
Cea mai simplă formă de cetoză este observată în timpul postului; cu epuizarea stocurilor de carbohidrați disponibile, împreună cu mobilizarea acizilor grași liberi. Din punct de vedere calitativ, condițiile de cetoză care apar în condiții diferite diferă foarte puțin. Tulburări metabolice semnificative care duc la afecțiuni patologice sunt observate la diabet, toxicitate la sarcină la ovine și cetoză la vacile care alăptează. Formele non-patologice ale cetozei sunt observate cu o dietă bogată în grăsimi și cu efort fizic sever în perioada post-masă.
La toate animalele, cu excepția rumegătoarelor, ficatul este, aparent, singurul organ care furnizează cantități semnificative de corpuri cetone în sânge. Țesuturile extrahepatice le utilizează ca substraturi pentru procesele oxidative. Sursele extrahepatice ale corpurilor cetone, care funcționează la rumegătoare cu o bună nutriție, practic nu le provoacă o stare de cetoză.
Fluxul de corpuri cetone de la ficat la extrahepatic
Fig. 28.3. Educația, utilizarea și eliminarea corpurilor cetone. Calea principală este indicată de săgețile continue.
țesutul este cauzat de funcționarea în ficat a mecanismului enzimatic activ de formare a corpurilor cetone pe fundalul activității foarte scăzute a enzimelor hepatice implicate în utilizarea lor. Situația opusă este observată în țesuturile extrahepatice (Figura 28.3).
Calea de ketogenesis în ficat
Enzimele responsabile pentru formarea corpurilor cetone se găsesc în principal în mitocondrii. Anterior am crezut că în timpul oxidării unei molecule de acid gras datorită finit patru atomi de carbon sale este format dintr-o singură moleculă acetoacetat. Mai târziu, atunci când explică formarea de mai mult de un echivalent de acetoacetat a unei molecule de acizi grași cu catenă lungă și cetonă formarea organismelor de acid acetic a concluzionat că dvuhuglerodnye fragmente care rezultă din oxidarea p-condensează unul cu celălalt pentru a forma acetoacetat. Condensul apare prin referire tioliticheskogo reacția de scindare, rezultând în două molecule de acetil-CoA pentru a forma acetoacetil-CoA. Astfel, acetoacetil-CoA, care este compusul de pornire la cetogenezei, formate fie direct în timpul oxidare, sau prin condensarea acetil-CoA (Fig. 28.4). Se propun două moduri de formare a acetoacetatului din acetil-CoA. Origine - dezacilare convenționale, al doilea (figura 28.5.) - Condensarea molecula acetoacetil-CoA cu o moleculă de acetil-CoA pentru a forma 3-hidroxi-Z-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) catalizată 3-1 idroksi-3-metilglutaril-CoA sintaza. Sub acțiunea unei alte enzime, localizată în mitocondrii. ZA-hidroxi-3-metilglutaril-CoA liazei, acetil-CoA este clivat din GM și acetoacetatul liber format. Atomii de carbon ai moleculei scindate acetil CoA a aparținut inițial unei molecule de acetoacetil-CoA (Fig. 28.5). cetogenezei necesare pentru punerea în aplicare a mitocondriile au fost ambele enzime (o astfel de combinație de enzime prezente numai în ficat și epiteliului rumen).
În prezent, domina ideea că corpurile cetone se formează în principal pe calea HMG-CoA. Deși există o activare semnificativă a HMG-CoA-lyasei în timpul foametei, datele disponibile nu indică faptul că această enzimă limitează viteza de ketogeneză.
Acetoacetat poate fi transformat în D (-) - 3-hidroxibutirat prin acțiunea -3-hidroxibutirat-dehidrogenazei, care se găsește în multe țesuturi, inclusiv în ficat. În termeni cantitativi, -3-hidroxibutiratul este cetona dominantă în sânge și urină în cetoză.
Utilizarea corpurilor cetone în țesuturile extrahepatice
Ficatul funcționează ca mecanism activ pentru formarea acetoacetatului din acetoacetil-CoA. Activarea acetoacetatului format poate pro-
Numai în citozol, unde este un precursor al sintezei colesterolului, dar activitatea acestei căi este relativ mică; ca rezultat, se formează în ficat un exces de corpuri cetone.
În țesuturile extrahepatice, apar două reacții, în urma cărora acetoacetatul este activat în acetoacetil-CoA. Unul dintre acestea are loc cu participarea sukvdnil-CoA și este catalizat de transferinaza de suncninil-CoA-acetoacetat-CoA. Acetoacetatul reacționează cu succinil CoA, în timp ce CoA este transferat în acetoacetat și se formează acetoacetil-CoA și succinat.
O altă reacție este efectuată prin activarea acetoacetatului ATP în prezența CoA, este catalizată de sintetază de acetoacetil-CoA.
poate fi activat de către sintetază în țesuturile extrahepatice; totuși dominant prin conversia în acetoacetat este catalizată de (-) - gidroksibutiratde 3-hydrogenase participarea și activarea ulterioară a forma acetoacetil-CoA. Acetoacetil-CoA formată prin aceste reacții, implicând thiolase scindat la acetil-CoA; acesta din urmă este oxidat într-un ciclu de acid citric (Figura 28.4).
Organismele de cetonă sunt oxidate în țesuturile extrahepatice proporțional cu conținutul lor în sânge; ele sunt oxidate, de preferință prin
Fig. 28.4. Calea de ketogenesis în ficat. FFA - acizi grași liberi: GM G-3-hidroxi-3-metilglutaril.
Fig. 28.5. Formarea acetoacetatului din acetoacetil-CoA
(la etapa intermediară se formează).
comparativ cu glucoza și FFA. Atunci când conținutul de organe cetone din sânge crește, oxidarea lor crește până când, la o concentrație de 70 mg / 100 ml, ele saturează mecanismul oxidativ. În această stare, aparent, majoritatea oxigenului consumat de animale sunt cheltuite pentru oxidarea corpurilor cetone.
Cele mai multe dintre dovezile sugerează că motivul este creșterea formării ketonemin a corpilor cetonici în ficat, mai degrabă decât lipsa de reciclare în țesuturile extrahepatice. În același timp, rezultatele experimentelor cu sobolani „care îndepărtau pancreasul a aratat ca in cetoacidoza diabetică severă poate crește ca urmare a capacității reduse a corpului la catabolismul corpilor cetonici. La cetonemiei moderată cu eliminarea de urină doar câteva procente din suma totală a corpilor cetonici formate.
Deoarece excreția corpilor cetonici rinichi porogopodobnye efectele observate (care nu sunt, totuși, efecte de prag adevărate), care variază în specii și animale individuale, severitatea cetogenezei trebuie determinat în funcție de nivelul corpilor cetonici în sânge, nu urină.
Acetoacetatul și -3-hidroxibutiratul se oxidează ușor în țesuturile extrahepatice, iar oxidarea acetonă in vivo este dificilă.
Reglementarea ketogenezei
Există trei etape în care factorii relevanți pot reglementa ketogeneza. (1) cetoza nu are loc in vivo, atâta timp cât nu există nici o creștere a nivelului de acizi grași liberi în sânge format ca urmare a lipolizei în țesutul adipos triacilglicerolului. Acizii grași sunt precursorii corpurilor cetone din ficat. La fel ca în hrănite și postit ficat animal are capacitatea de a absorbi până la 30% sau mai mult din acizi grași liberi, care trece prin ea, cu toate acestea, la concentrații mari ale acestor acizi cu absorbtia lor destul de dramatic. În consecință, pentru reglementarea cetogenezei factori importanți care controlează pas mobiliza acizii grași liberi din țesutul adipos (Fig. 28.6). (2) Există două moduri posibile de conversie a acizilor grași liberi după intrarea lor în ficat și intră derivații activi acil-CoA, și anume de esterificare pentru a forma predominant triacilgliceroli și fosfolipide, și P-oxidarea acetil-CoA. (3) La rândul său, acetil CoA poate să fie oxidat în ciclul acidului citric, sau pentru a introduce calea cetogenezei, formând un corp cetonă.
Fig. 28,6. Reglementarea ketogenezei. 1-3 - trei etape esențiale în calea metabolismului acizilor grași liberi (FFA), care determină cantitatea de corpuri cetone formate.
Un posibil factor de reglementare anti-ketogenic este esterificarea acizilor grași liberi, care depinde de prezența precursorilor în ficat, care asigură formarea unei cantități suficiente de glicerol-3-fosfat. Cu toate acestea, în experimentele cu ficat perfuzat, luați de la un animal foame, disponibilitatea glicerol-3-fosfatului nu a limitat esterificarea. Nu este clar dacă disponibilitatea glicerol-3-fosfatului în ficat limitează întotdeauna rata de esterificare; Nu există, de asemenea, dovezi convingătoare că in vivo rata de esterificare limitează activitatea enzimelor corespunzătoare. Acest lucru este puțin probabil, deoarece nici acizii grași liberi, nici produsele intermediare de esterificare nu se acumulează în ficat în timpul formării triacilglicerolului (Figura 25.1). Activitatea fosfatadatelor fosfohidrolasei în ficat crește în condiții de sinteză excesivă de triacilgliceroli.
In experimentele cu ficatul perfuzată, sa demonstrat că ficatul șobolanilor hrăniți cu esterificat semnificativ mai mulți acizi grași 14 liber-C decât la animalele flămânde hepatice, partea corespunzătoare din urmă a acizilor grași neesterificat sau oxidați la C-14 cetonă. Aceste rezultate pot fi explicate prin faptul că fluxul de grupe acil cu catenă lungă în mitocondrie unde există oxidării reglementate palmitoiltrans carnitina ferazoy-I, localizate în membrana mitocondrială (figura 23.1.); enzimă activă maloaktiven la animale hrănite în care oxidarea acizilor grași este inhibată și foarte activ în foame, care este însoțită de oxidarea crescută a acizilor grași. McGarry și Foster (McGarry, Foster, 1980) a arătat că malonil-CoA intermediar în sinteza acizilor grași de pornire (vezi. Fig. 23.5) (concentrația crește în stare hrănire) inhibă carnitina palmitoiltransferază și în afara P-oxidare. Astfel, în stare de hrănire, este un lipogenezei activ și atins concentrație ridicată de malonil-CoA inhibarea carnitina palmitoiltransferază-I (Fig. 28.7). Dacă concentrația de acizi grași liberi în celulele hepatice este mic, acestea sunt aproape complet transformați prin esterificare în adlgliceroii și excretat din ficat în compoziția VLDL. Cu toate acestea, la începutul foame, atunci când concentrația de acizi grași liberi crește, acetil CoA carboxilaza este inhibată și concentrația malonil-CoA este redusă, inhibarea palmitoiltransferază carnitina capăt și condiții de oxidare îmbunătățită a acil-CoA. Aceste procese sunt îmbunătățite în timpul postului prin scăderea raportului [-gon], care cauzează accelerarea lipoliză și eliberarea acizilor grași liberi din țesutul adipos și inhibarea carboxilaza acetil CoA în ficat.
La niveluri mai ridicate de acizi grași liberi din ser de acizi grași proporțional mai liberă este transformată în corpurile cetonice și în consecință mai puțin oxidate prin ciclul acidului citric până Astfel, prin controlul distribuției realizată o astfel de acetil CoA între prin cetogenezei și prin oxidare la energia liberă stocată sub formă de ATP în timpul oxidării acizilor grași liberi, rămâne constantă. În oxidarea completă a 1 mol de P-palmitatului prin oxidare și formarea ulterioară a ciclului acidului citric este generat 129 moli de ATP (vezi capitolul 23 ..); dacă produsul final este acetoacetat, se formează doar 33 moli de ATP și dacă 3-hidroxibutiratul este de numai 21 de moli. În consecință, cetogenezei poate fi privit ca un mecanism pentru a oxida ficat cantitate mare de acizi grași din reacție, incluse în sistemul de fosforilare oxidativă (generarea macroergs mici).
Un număr de alte ipoteze au fost propuse pentru comutarea căii de oxidare a acizilor grași în direcția ketogenezei. Teoretic, reducerea concentrației de mitocondrie oxaloacetatului ar trebui să reducă posibilitatea de metabolizare a acetil-CoA în ciclul acidului citric. Motivul pentru scăderea concentrației de oxaloacetat poate fi o creștere a raportului cu o oxidare P crescută. Krebs a sugerat că ca oxaloacetat este, de asemenea, pe ruta principală a gluconeogenezei, acest proces de amplificare, ceea ce conduce la niveluri mai mici de oxaloacetat pot provoca cetozei severe, în special diabetul zaharat și cetozei la bovine. Utter și Keech (Utter, Keech) a arătat că carboxilaza piruvatului catalizează conversia piruvatului la oxaloacetatului, activate de acetil-CoA. În consecință, cu o cantitate semnificativă de acetil-CoA, cantitatea de oxaloacetat este suficientă pentru a declanșa reacția de condensare în ciclul acidului citric.
În final rezumă cetoza apare ca urmare a lipsei de carbohidrati disponibile, acest fapt promovează cetogenezei urmează (Fig. 28.6 și 28.7). (1) conduce la un dezechilibru între esterificare și lipolizei în țesutul adipos, rezultând în grași liberi acizi intra in fluxul sanguin. Acești acizi sunt principalul substrat pentru formarea corpurilor cetone în ficat; Prin urmare, toți factorii, cum ar fi metabolice, endocrine și care afectează eliberarea acizilor grași liberi din țesutul adipos afectează de asemenea cetogenezei proces. (2) După eliberarea acizilor grași liberi în ficat
Fig. 28.7. Reglarea oxidării acizilor grași cu lanț lung în ficat. FFA - acizi grași liberi, VLDL - lipoproteine cu densitate foarte scăzută. Liniile dotate prezintă efecte de reglementare pozitive și negative și linii solide - fluxul de substrat.
distribuție prin căi de esterificare și de oxidare reglementate carnitină palmitoiltransferază I, care depinde activitatea (indirect) concentrația acizilor grași liberi și statusul hormonal al ficatului. (3) Atunci când cantitatea de oxidare a acizilor grași formați prin creșterea proporției de corpilor cetonici scade, iar proporția de substrat, respectiv, care este supus catabolismului; randamentul general al ATP rămâne constant ca rezultat al reglementării.
Ketoza in vivo
Observate în timpul foame și cetoza în timp ce consumă fluxurile de alimente grase sunt relativ ușoare în comparație cu cetoza, in curs de dezvoltare de diabet zaharat necontrolat, toxemia de sarcina la ovine sau bovine în timpul alăptării. Principalul motiv pentru aceasta este aparent că, în aceste boli numărul de glucide disponibile la nivelul țesutului este substanțial mai mică decât postul și consumul de mese grase. Astfel, cu diabet moderat, alimente grase și posturi cronice, ficatul păstrează glicogen (cantitatea sa variază); scăderea mai puțin pronunțată a nivelului de acizi grași liberi. Aceasta, probabil, poate explica forma mai puțin severă de cetooză, care se observă în aceste cazuri. In rumegător cetoza are loc pe fondul unei reduceri semnificative a nivelului de glucoză din sânge, care este asociat cu nevoile de software ale fătului sau sân la lactație intensivă (Fig. 28.8). În consecință, rumegătoarele pot dezvolta hipoglicemie acută, în care practic nu există glicogen în ficat. În aceste condiții, cetoza are o formă severă. Odată cu dezvoltarea de hipoglicemie, secretia de insulina scade, rezultând în utilizarea glucozei nu numai redus, dar lipoliza îmbunătățită în țesutul adipos.
În diabet zaharat, lipsa sau absența insulinei afectează, probabil, în primul rând metabolismul țesutului adipos, care este extrem de sensibil la acest hormon. Ca urmare a eliberării unui număr mare de acizi grași liberi, nivelul acestora în plasma sanguină poate fi mai mare de două ori mai mare decât cel al unei persoane sănătoase foame. Se observă, de asemenea, o modificare a activității unui număr de enzime în ficat, astfel încât rata de gluconeogeneză și rata absorbției glucozei în sânge (în ciuda concentrației ridicate de glucoză din sânge) este crescută.