Кетоновые тела

Какие ферменты катализируют последовательные реакции кетогенеза?

Последовательные реакции синтеза кетоновых тел протекают в матриксе митохондрий гепатоцитов и катализируются следующими ферментами:

• Тиолаза — катализирует конденсацию 2 молекул ацетил-КоА с образованием ацетоацетил-КоА; выделяется HS-CoA.
• ГМГ-КоА-синтаза — катализирует образование ГМГ-КоА из ацетоацетил-КоА, ацетил-КоА и H₂O; это ключевой фермент кетогенеза и фермент лимитирующей стадии.
• ГМГ-КоА-лиаза — катализирует лизис ГМГ-КоА с образованием ацетоацетата и ацетил-КоА.

Далее ацетоацетат может восстанавливаться до β-гидроксибутирата или при высокой концентрации подвергаться спонтанному неферментативному декарбоксилированию до ацетона.

Какие гормоны стимулируют и тормозят синтез кетоновых тел?

Синтез кетоновых тел усиливается при низком уровне инсулина и под действием гормонов, которые активируют липолиз и увеличивают поступление жирных кислот в печень.

• Глюкагон — при голодании активирует липолиз, усиливает поступление жирных кислот в печень и обладает кетогенным действием; также стимулирует глюконеогенез, что связано с оттоком оксалоацетата и торможением ЦТК.
• Адреналин — при физической работе активирует мобилизацию жиров, что увеличивает поток жирных кислот в печень и способствует усилению кетогенеза.
• Кортизол — относится к контринсулярным гормонам; его избыток вместе с глюкагоном и адреналином указан как фактор кетоацидоза при сахарном диабете.
• Инсулин — тормозит липолиз в жировой ткани; при дефиците инсулина это торможение снимается, возрастает выход свободных жирных кислот в кровь и усиливается кетогенез.

Сколько молекул АТФ образуется при полном окислении одной молекулы бета-гидроксибутиратов до CO2 и H2O?

При полном окислении одной молекулы $\beta$-гидроксибутирата до $CO_2$ и $H_2O$ образуется 21,5 или 22,5 молекулы АТФ (либо 26 АТФ по старым коэффициентам).

Энергетический баланс складывается из следующих этапов:

• Окисление $\beta$-гидроксибутирата в ацетоацетат дает 1 НАДН, что эквивалентно 2,5 АТФ.
• Расщепление ацетоацетил-КоА дает 2 молекулы Ацетил-КоА, окисление которых в цикле Кребса приносит 20 АТФ ($2 \times 10$).
• На этапе активации ацетоацетата тратится энергия макроэргической связи сукцинил-КоА, из-за чего в цикле Кребса не образуется 1 ГТФ (эквивалент 1 АТФ). При вычитании этой потери итоговый выход составляет 21,5 АТФ.

Чем отличается физиологический кетоз от диабетического кетоацидоза?

По источникам можно противопоставить адаптивное использование кетоновых тел и диабетический кетоацидоз следующим образом:

Какие ферменты участвуют в процессе утилизации (окисления) кетоновых тел в периферических тканях?

Процесс утилизации кетоновых тел происходит в митохондриях периферических тканей (мозг, скелетные мышцы, миокард) с участием трех основных ферментов.

• $\beta$-гидроксибутиратдегидрогеназа — окисляет $\beta$-гидроксибутират до ацетоацетата с восстановлением кофермента $NAD^+$.
• Сукцинил-КоА-ацетоацетаттрансфераза (также известна как тиофораза) — активирует ацетоацетат, перенося на него кофермент А от сукцинил-КоА с образованием ацетоацетил-КоА. Данный фермент отсутствует в печени.
• Тиолаза — осуществляет тиолитическое расщепление ацетоацетил-КоА на две молекулы Ацетил-КоА, которые затем поступают в цикл трикарбоновых кислот для получения энергии.