Ketogeneze: biochemické podklady František Duška Oddělení lékařské chemie a biochemie 3. LF UK

Ketolátky Definice: acetacetát, 3-D-hydrohybutyrát, aceton látky odvozené od lipidů, ale ve vodě rozpustné Ne všechny látky s ketoskupinou jsou ketolátky, ne všechny ketolátky mají ketoskupinu

Struktura ketolátek Acetoacetát 3-hydroxybutyrát Aceton

Fyziologie ketogeneze Neproteinové energetické rezervy organismu (80 kg, potřeba 10 MJ/den): glykogen 600 g x 17 kJ/g = 10,2 MJ lipidy 15 000 g x 38 kJ/g = 570,0 MJ Mozek: denně utilizuje cca 120 g Glc Limitující faktor přežití hladovění v evoluci: spotřeba proteinů pro saturaci glukoneogeneze substráty.

Fyziologie ketogeneze Ketolátky: syntetizovány v játrech z mastných kyselin mobilizovaných z tukové tkáně v časné fázi šetří glukózu: saturují tkáně, které nejsou závislé na glukóze ve fázi adaptovaného hladovění snižují spotřebu glukózy mozkem až o 50% 12 hodinové hladovění: 2-6% energetického výdeje kryto oxidací ketolátek, po 3 dnech 30-40%

Ketogeneze ketogeneze FFA FFA AcCoA acyl-CoA 3-HB, AcAc TG oxidace v perif. tkáních

Ketogeneze Acetoacetyl-CoA 2AcCoA AcCoA HMG-CoA 3-hydroxybutyrát Mitochondrie jaterních buněk: obsahují HMG-CoA synthetasu a HMG-CoA lyasu 3-hydroxybutyrát Acetoacetát CO2 Aceton

3-HB dehydrogenasa Acetoacetát 3-hydroxybutyrát + NADH+H+ + NAD+ stále je udržována rovnováha mezi acetoacetátem a 3-hydroxybutyrátem oxidací MK se tvoří i NADH + H+ a s rychlostí tvorby ketolátek stoupá poměr 3-HB/AcAc z 1:1 až k 10:1

Regulace ketogeneze ketogeneze CO2 acyl-CoA FFA AcCoA 4. HMG-CoA synthasa 3. Krebs. cyklus TG 1.HSL 3-HB, AcAc 2. CPT-1 TG oxidace v perif. tkáních

Regulace ketogeneze I. TG GLUT-4 FFA FFA HSL Adipocyt Glukóza acyl-CoA + glycerol Gar-3-P HSL TG Adipocyt

Regulace ketogeneze I. Plazmatická hladina FFA je hlavním faktorem určujícím rychlost jejich metabolizace 1,5 1,0 FFA turnover [mmol/min] 0,5 Issekutz, 1967 0,5 1,0 1,5 Plasma FFA [mmol/l]

Regulace ketogeneze II. syntéza TG FFA acyl-CoA -oxidace malonyl-CoA AcCoA karboxylasa AcCoA AcCoA Hepatocyt

Regulace ketogeneze II. Karnitinpalmitoyltransferasa I.: regulace vstupu mastných kyselin do mitochondrie = regulace -oxidace jediný inhibitor: malonyl-CoA, meziprodukt syntézy MK Inhibice -oxidace: inzulín (aktivuje vznik malonyl CoA) Aktivace: kontraregulační hormony

Regulace ketogeneze III. AcCoA vzniklý v -oxidaci je buď oxidován v Krebsově cyklu nebo slouží jako substrát ketogeneze FFA a hypoinzulinemie vede k inhibici Krebsova cyklu redukční ekvivalenty z -oxidace saturují dýchací řetězec a inhibují Krebsův cyklus oxaloacetát odčerpáván do glukoneogeneze

Regulace ketogeneze IV. Mitochondriální HMG-CoA synthasa Regulace aktivity: inhibice sukcinylací sukcinyl-CoA aktivace spontánní desukcinylací Regulace exprese: FFA zvyšují expresi vazbou na receptory PPAR-

Ketolátky v plazmě Volně rozpuštěny: pKa~3,5 Transport do buněk pasivními transportními ději facilitovaná, saturabilní difuze V ledvinách: filtrace a zpětná reabsorpce Proximální tubulus: saturabilní přenašečový systém. Distální části nefronu: méně významné nesaturabilní, na náloži závislé transportní systémy, které jsou ovšem indukovány hladověním

Normální hladiny? Plasmatický 3-HB nalačno: <0,5 mM Hyperketonemie: 1-3 mM Ketoacidóza: > 3 mM (Laffel, 1999; Mitchell, 1995)

Kvantitativní aspekty metabolismu ketolátek Normální plazmatické hladiny: po jídle: 3-HB ~ 0,05 mM, FFA <0,2 mM 12 hod lačnění: 3-HB < 0,2 mM, FFA~0,4 mM 21 dní hladovění: 3-HB ~ 5 mM, FFA~1,5 mM T1DM, rozvinutá ketoacidosa s pH=7,0: 3-HB ~ 20mM, FFA ~ 5mM VMAX oxidace ketolátek je dosaženo při plazmatické koncentraci ~ 12 mmol/l Tělo schopno vyprodukovat denně 185 g ketolátek pK je 3,5. V ledvinách filtrace a tubulární resorpce s variabilním prahem

Utilizace ketolátek Aktivace acetoacetátu na AcAc-CoA přenesením CoA ze sukcinyl-CoA: enzymatickou výbavu pro tento krok mají všechny jaderné tkáně kromě hepatocytů Rozklad acetoacetyl-CoA na 2 AcCoA Oxidace AcCoA v citrátovém cyklu SCOT sukcinyl CoA oxoacyl transferasa

Aceton vzniká neenzymatickou dekarboxylací acetoacetátu nepřispívá k acidóze 7% vylučováno dechem, zbytek se rozpouští v tukové tkáni a jepostupně vylučován močí

Patofyziologie DKA Absolutní/relativní nedostatek inzulínu Nadbytek kontraregulačních hormonů Excesivní lipolýza, stoupají FFA v plazmě V hepatocytu  malonylCoA, desinhibice transportu acyl-CoA do mitochondrie k -oxidaci Aktivace mHMG-CoA synthasy + Krebsův cyklus sycen NADH z oxidace MK

Patofyziologie DKA Stoupá produkce i utilizace KL Hypoinzulinemie snižuje reabsorbční schopnost tubulů, ketonurie stoupá rychleji než ketonemie Utilizace ketolátek dosahuje maxima, dochází ke kumulaci a acidóze

Jiné stavy provázené ketoacidózou Alkoholická ketoacidóza Těhotenská ketóza Otravy: isopropylalkohol salicyláty Vrozené metabolické vady Isopropylalkohol přidáván do ethylénglykolu, přiboudlina: nemá acidózu, vzniká jen aceton