Biochemie und Pathobiochemie: Ketonkörperbiosynthese

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Allgemeines[Bearbeiten]

Die Ketonkörper Acetoacetat und β-Hydroxybutyrat werden besonders in Fastenzeiten in der Leber gebildet und dienen als alternative Energieträger.

Biosynthese von Acetoacetat und β-Hydroxybutyrat aus Acetyl-CoA[Bearbeiten]

Tr. Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Acetyl-CoA.svg Acetyl-CoA
Acetyl-CoA

CoA-SH

GG-Pfeil senkrecht 1-3.svg Acetyl-CoA

CoA-SH

Acetyl-CoA-C-Acetyltransferase Mitochondrium 2.3.1.9 Tr α-Methylaceto- acetacidurie
Acetoacetyl-CoA.svg Acetoacetyl-CoA
+ SRE-1 H2O, Acetyl-CoA

CoA-SH

R-Pfeil runter 1-3.svg HMG-CoA-Synthase Mitochondrium 2.3.3.10 Tr HMGCS2-Def.
(S)-3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA.svg β-Hydroxy-β-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA)


Acetyl-CoA

R-Pfeil runter 1-2.svg HMG-CoA-Lyase 4.1.3.4 Ly HMGCL-Def.
Acetoacetat.svg Acetoacetat
NADH/H+

NAD+

GG-Pfeil senkrecht 1-3.svg NADH/H+

NAD+

β-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase Mitochondrium 1.1.1.30 Ox
(R)-3-Hydroxybutyrat.svg β-Hydroxybutyrat

Die Biosynthese von HMG-CoA steht auch am Anfang der Cholesterin-Biosynthese.

Acetoacetat entsteht auch beim Abbau der Aminosäuren Phenylalanin/Tyrosin, HMG-CoA fällt beim Leucin-Abbau an.

Spontaner Zerfall von Acetoacetat zu Aceton[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Acetoacetat.svg Acetoacetat
H+

CO2

R-Pfeil runter 1-3.svg spontan
Aceton.svg Aceton

Reaktivierung von Acetoacetat zu Acetoacetyl-CoA und Rückgewinnung von 2 Acetyl-CoA[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Acetoacetat.svg Acetoacetat
Succinyl-CoA

Succinat

GG-Pfeil senkrecht 1-3.svg Succinyl-CoA

Succinat

Acetoacetat-Succinyl-CoA- Transferase Mitochondrium 2.8.3.5 Tr SCOT-Def.
Acetoacetyl-CoA.svg Acetoacetyl-CoA
CoA-SH



GG-Pfeil senkrecht 1-1.svg


CoA-SH


Acetyl-CoA-C-Acyltransferase (β-Ketothiolase) 2.3.1.16 Tr TFP-Def.
Acetyl-CoA-C-Acetyltransferase (Acetoacetyl-CoA-Thiolase) 2.3.1.9 α-Methylacetoacetacidurie
2 Acetyl-CoA.svg 2 Acetyl-CoA

Biologische Bedeutung[Bearbeiten]

Bei längeren Fastenzeiten greift der Körper auf seine Fettreserven zurück (Hemmung der Lipogenese, Stimulation der Lipolyse). Die ans Blut abgegebenen freien Fettsäuren können jedoch nicht von allen Organen verbrannt werden. Auch die Gluconeogenese ist aus Fettsäuren nicht möglich, was insbesondere für Glucose-abhängige Organe problematisch ist. In der Leber werden aus Fettsäuren bzw. dem vermehrt anfallenden Acetyl-CoA nun Ketonkörper gebildet, die als alternative Energieträger dienen. Das Gehirn, das normalerweise überwiegend von Glucose lebt, kann sich so z.B. bei längerer Nahrungskarenz umstellen und dann einen Großteil seines Energiebedarfs über Ketonkörper decken.

Die Ketonkörper Acetacetat und β-Hydroxybuttersäure werden (nur) von der Leber produziert, aber nicht von ihr verwertet. In der Peripherie können die alternativen Energieträger wieder mit Coenzym A aktiviert werden (reversible Übertragung des CoA von Succinyl-CoA auf Acetacetat) und im letzten Schritt der β-Oxidation der Fettsäuren (β-Ketothiolase) zu Acetyl-CoA zerlegt werden. Aceton wird nicht nennenswert verwertet.

Pathobiochemie[Bearbeiten]

Bei der Ketoazidose des Typ-I-Diabetikers führt der absolute Insulinmangel zum intrazellulären Glucose- und damit Energiemangel. Als Reaktion darauf wird die Lipolyse aktiviert und die erhöhte Serumkonzentration an freien Fettsäuren fließt in die hepatische Ketonkörpersynthese. Neben der Azidose lassen sich die Ketonkörper im Urin nachweisen, das übermäßig gebildete Aceton führt zum typischen süßlich-obstartigen Foetor ex ore.

Weblinks[Bearbeiten]



Allgemeine Hintergrundfarbe für Substrate Hintergrundfarbe Reaktionspfeile „Schlüsselenzyme“
Energiereiche Phosphate Reduktionsäquivalente CO2 / HCO3 C1-Reste Stickstoff

Abk.: Tr.: Transkriptionelle Regulation, Tl.: Regulation der Translation, Lok.: Regulation über die Enzymlokalisation, Kov.: Regulation durch kovalente Modifikation, All.: Allosterische Regulation, Koop.: Kooperativer Effekt, Co.: Cofaktoren, EC: Enzymklassifikation, EG: Enzymgruppe (Oxidoreductase, Transferase, Hydrolase, Lyase, Isomerase, Ligase), Erkr.: Assoziierte Erkrankungen.



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