Кето́новые тела́ (синоним: ацето́новые тела , ацето́н [распространённый медицинский жаргонизм]) — группа продуктов обмена веществ , которые образуются в печени из ацетил- КоА :

• ацетон (пропанон) H ₃ C−CO−CH ₃ ,
• ацетоуксусная кислота (ацетоацетат) H ₃ C−CO−CH ₂ −COOH ,
• бета-оксимасляная кислота (β-гидроксибутират) H ₃ C−CHOH−CH ₂ −COOH .

Историческая справка

Прежние представления о том, что кетоновые тела являются промежуточными продуктами бета-окисления жирных кислот, оказались ошибочными :

• во-первых, в обычных условиях промежуточными продуктами бета-окисления жирных кислот являются КоА -эфиры этих кислот: β-оксибутирил-КоА или ацетоацетил-КоА;
• во-вторых, β-оксибутирил-КоА, образующийся в печени при бета-окислении жирных кислот, имеет L-конфигурацию, в то время как β-оксибутират, обнаруживаемый в крови, представляет собой D-изомер. Именно β-оксибутират D-конфигурации образуется в ходе метаболического пути синтеза β-окси-β-метилглутарил-КоА.

Метаболизм кетоновых тел

Ацетон в плазме крови в норме присутствует в крайне низких концентрациях, образуется в результате спонтанного декарбоксилирования ацетоуксусной кислоты и не имеет определённого физиологического значения . Превращение в ацетон также происходит из-за работы ацетоацетатдекарбоксилазы. (См. Основы биохимии. Нельсон, Кокс, 2014,т.2,с.252)

Нормальное содержание кетоновых тел в плазме крови человека и большинства млекопитающих (за исключением жвачных) составляет 1…2 мг% (по ацетону). При увеличении их концентрации свыше 10…15 мг% они преодолевают почечный порог и определяются в моче . Наличие кетоновых тел в моче всегда указывает на развитие патологического состояния.

Кетоновые тела синтезируются в печени из ацетил-КоА:

На первом этапе из двух молекул ацетил-КоА синтезируется ацетоацетил-КоА. Данная реакция катализируется ферментом ацетоацетил-КоА-тиолазой:

Ac−КоА + Ac−КоА → H ₃ C−CO−CH ₂ −CO−S−КоА .

Затем под влиянием фермента гидроксиметилглутарил-КоА-синтазы присоединяется ещё одна молекула ацетил-КоА:

H ₃ C−CO−CH ₂ −CO−S−КоА + Ac−КоА → HOOC−CH ₂ −COH(CH ₃ )−CH ₂ −CO−S−КоА .

Образовавшийся β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА (HMG-KoA) способен под действием фермента гидроксиметилглутарил-КоА-лиазы расщепляться на ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат) и ацетил-КоА:

HOOC−CH ₂ −COH(CH ₃ )−CH ₂ −CO−S−КоА → H ₃ C−CO−CH ₂ −COOH + Ac—КоА .

Ацетоуксусная кислота способна восстанавливаться при участии НАД-зависимой D-β-оксибутиратдегидрогеназы ; при этом образуется D-β-оксимасляная кислота (D-β-оксибутират). Фермент специфичен по отношению к D-стереоизомеру и не действует на КоА-эфиры.

H ₃ C−CO−CH ₂ −COOH + NADH → H ₃ C−CHOH−CH ₂ −COOH .

Ацетоуксусная кислота в процессе метаболизма способна окисляться до ацетона с выделением молекулы углекислого газа:

H ₃ C−CO−CH ₂ −COOH → CO ₂ + H ₃ C−CO−CH ₃ .

Альтернативный путь

Существует второй путь синтеза кетоновых тел:

Образовавшийся путём конденсации двух молекул ацетил-КоА ацетоацетил-КоА способен отщеплять кофермент A с образованием свободной ацетоуксусной кислоты . Процесс катализирует фермент ацетоацетил-КоА-гидролаза (деацилаза), однако данный путь не имеет существенного значения в синтезе ацетоуксусной кислоты, так как активность деацилазы в печени низкая.

H ₃ C−CO−CH ₂ −CO−S−КоА + H ₂ O → H ₃ C−CO−CH ₂ −COOH + КоА-SH .

Биологическая роль кетоновых тел

В плазме крови здорового человека кетоновые тела содержатся в весьма незначительных концентрациях. Однако при патологических состояниях (длительное голодание, тяжёлая физическая нагрузка, тяжёлая форма сахарного диабета ) концентрация кетоновых тел может значительно повышаться и достигать 20 ммоль/л (кетонемия). Кетонемия , ацетонемия (повышение концентрации кетоновых тел в крови) возникает при нарушении равновесия — скорость синтеза кетоновых тел превышает скорость их утилизации периферическими тканями организма.

За последние десятилетия накопились сведения, указывающие на важное значение кетоновых тел в поддержании энергетического баланса. Кетоновые тела — топливо для мышечной ткани, почек и действуют, вероятно, как часть регуляторного механизма с обратной связью, предотвращая излишнюю мобилизацию жирных кислот из жировых депо. Во время голодания кетоновые тела являются одним из основных источников энергии для мозга . Печень , синтезируя кетоновые тела, не способна использовать их в качестве энергетического материала (не располагает соответствующими ферментами).

В периферических тканях β-оксимасляная кислота окисляется до ацетоуксусной кислоты, которая активируется с образованием соответствующего КоА-эфира (ацетоацетил-КоА). Существует два ферментативных механизма активации:

• первый путь — с использованием АТФ и HS-КоА, аналогичный пути активации жирных кислот:

H ₃ C—CO—CH ₂ —COOH ( Ацетоуксусная кислота )

|

+ АТФ + HS-КоА Ацил-КоА-синтетаза → АМФ + ФФ _н

↓

H ₃ C—CO—CH ₂ —CO—S-КоА ( Ацетоацетил-КоА )

• второй путь — перенос Коэнзима А от сукцинил-КоА на ацетоуксусную кислоту:

HOOC—CH ₂ —CH ₂ —CO—S-КоА ( Сукцинил-КоА ) + H ₃ C—CO—CH ₂ —COOH ( Ацетоуксусная кислота )

↓↑

HOOC—CH ₂ —CH ₂ —COOH ( Сукцинат ) + H ₃ C—CO—CH ₂ —CO—S-КоА ( Ацетоацетил-КоА )

Образовавшийся в ходе этих реакций ацетоацетил-КоА в дальнейшем подвергается тиолитическому расщеплению в митохондриях с образованием двух молекул ацетил-КоА, которые, в свою очередь, являются сырьём для цикла Кребса ( цикл трикарбоновых кислот ), где окисляются до CO ₂ и H ₂ O.

H ₃ C—CO—CH ₂ —CO—S-КоА ( Ацетоацетил-КоА )

|

+ HS-КоА → H ₃ C—CO—S-КоА

↓

H ₃ C—CO—S-КоА ( Ацетил-КоА )

Повышение содержания кетоновых тел в организме может быть связано с дефицитом углеводов в обеспечении организма энергией, а также происходит, когда скорость синтеза кетоновых тел превышает скорость их утилизации.

Лабораторная диагностика

Для качественного определения содержания кетоновых тел в моче в лабораторных условиях используются цветные пробы Ланге, Легаля, Лестраде и Герхарда.

Примечания

См. также

• Биохимический анализ крови
• Клинический анализ мочи
• Кетоацидоз
• Ацетонемический синдром у детей
• Синдром хронической передозировки инсулина
• Цикл трикарбоновых кислот