الأجسام الكيتونية

ما هي الإنزيمات التي تحفز التفاعلات المتسلسلة لتكوين الكيتون؟

تحدث التفاعلات المتسلسلة لتخليق أجسام الكيتون في مصفوفة الميتوكوندريا لخلايا الكبد وتتحفز بالإنزيمات التالية:

• الثيولاز (Thiolase) — يحفز تكاثف جزيئين من الأسيتيل-مرافق الإنزيم أ لتكوين الأسيتوأستيل-مرافق الإنزيم أ، مع انطلاق مرافق الإنزيم أ المظروف HS-CoA.
• HMG-CoA synthase — يحفز تكوين HMG-CoA من الأسيتوأستيل-مرافق الإنزيم أ، والأسيتيل-مرافق الإنزيم أ، وماء ($H_2O$)؛ ويُعد هذا الإنزيم الرئيسي لتكوين الكيتون والإنزيم المحدد لمعدل التفاعل.
• HMG-CoA lyase — يحفز تحلل HMG-CoA لتكوين الأسيتوأستات والأسيتيل-مرافق الإنزيم أ.

بعد ذلك، يمكن اختزال الأسيتوأستات إلى بيتا-هيدروكسي بوتيرات أو يخضع عند التراكيز العالية لعملية إزالة كربوكسي تلقائية غير أنزيمية ليتحول إلى أسيتون.

ما هي الهرمونات التي تحفز وتثبط تخليق أجسام الكيتون؟

يزداد تخليق أجسام الكيتون عند انخفاض مستوى الإنسولين وتحت تأثير الهرمونات التي تنشط تحلل الدهون (Lipolysis) وتزيد من تدفق الأحماض الدهنية إلى الكبد.

• الجلوكاجون — ينشط تحلل الدهون أثناء الصيام، ويزيد من تدفق الأحماض الدهنية إلى الكبد وله تأثير مُكَوِّن للكيتون؛ كما يحفز استحداث الجلوكوز (Gluconeogenesis)، مما يرتبط بتدفق الأوكسالواستات وتثبيط دورة حامض الستريك (TCA).
• الأدرينالين — ينشط تعبئة الدهون أثناء المجهود البدني، مما يزيد من تدفق الأحماض الدهنية إلى الكبد ويساهم في تعزيز تكوين الكيتون.
• الكورتيزول — ينتمي إلى الهرمونات المضادة للإنسولين؛ ويُشار إلى زيادته مع الجلوكاجون والأدرينالين كعامل مسبب للحماض الكيتوني في داء السكري.
• الإنسولين — يثبط تحلل الدهون في الأنسجة الدهنية؛ وعند حدوث نقص في الإنسولين، يزول هذا التثبيط، ويزداد خروج الأحماض الدهنية الحرة إلى الدم ويتعزز تكوين الكيتون.

كم عدد جزيئات ATP الناتجة عن الأكسدة الكاملة لجزيء واحد من بيتا-هيدروكسي بوتيرات إلى ثاني أكسيد الكربون ($CO_2$) والماء ($H_2O$)?

عند الأكسدة الكاملة لجزيء واحد من $\beta$-هيدروكسي بوتيرات إلى $CO_2$ و$H_2O$، ينتج 21.5 أو 22.5 جزيء ATP (أو 26 جزيئاً وفقاً للمعاملات القديمة).

يتم احتساب الحصيلة الطاقة من المراحل التالية:

• أكسدة $\beta$-هيدروكسي بوتيرات إلى أسيتوأستات تنتج 1 جزيء NADH، وهو ما يعادل 2.5 جزيء ATP.
• تحلل الأسيتوأستيل-مرافق الإنزيم أ يعطي جزيئين من الأسيتيل-مرافق الإنزيم أ، وأكسدتهما في دورة كريبس تنتج 20 جزيء ATP ($2 \times 10$).
• في مرحلة تنشيط الأسيتوأستات، يتم استهلاك طاقة الرابطة الغنية بالطاقة (عالية الطاقة) في السكسينيل-مرافق الإنزيم أ، ونتيجة لذلك لا يتكون 1 جزيء GTP (الذي يعادل 1 ATP) في دورة كريبس. وعند طرح هذه الخسارة، تصبح الحصيلة النهائية 21.5 جزيء ATP.

ما الفرق بين الحالة الكيتونية الفسيولوجية والحماض الكيتوني السكري؟

يمكن مقارنة الاستخدام التكيفي لأجسام الكيتون والحماض الكيتوني السكري من حيث المصادر كالتالي:

ما هي الإنزيمات المشاركة في عملية استهلاك (أكسدة) أجسام الكيتون في الأنسجة الطرفية؟

يحدث عملية استҳلاك الأجسام الكيتونية في مитохондрия الأنسجة المحيطية (الدماغ، العضلات الهيكللية، عضلة القلب) بمشاركة ثلاثة إنزيمات رئيسية.

• $\beta$-هيدروكسي بوتيرات ديهيدروجيناز — يؤكسد $\beta$-هيدروكسي بوتيرات إلى أسيتواسيتات مع اختزال مرافق الإنزيم $NAD^+$.
• سكسينيل-الأنزيم المساعد A-أسيتواسيتات ترانسفيراز (المعروف أيضاً بالثيوفوريز) — ينشط الأسيتواسيتات عبر نقل الأنزيم المساعد A إليه من سكسينيل-الأنزيم المساعد A لتكوين أسيتواسيتيل-الأنزيم المساعد A. هذا الإنظيم غائب في الكبد.
• التيولاز — يقوم بالانقسام الثيوليتي لأسيتواسيتيل-الأنزيم المساعد A إلى جزيئين من أستيل-الأنزيم المساعد A، والتي تدخل بعد ذلك في حلقة حمض الستريك لإنتاج الطاقة.