Biochemie und Pathobiochemie: Ketonkörperbiosynthese

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Allgemeines

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

Tr.

⇓

Subst.

( ⇑ )

Co.

Enzym

EC

EG

Erkr.

Acetyl-CoA-C-Acetyltransferase Mitochondrium

2.3.1.9

Tr

α-Methylaceto- acetacidurie

Acetoacetyl-CoA

+ SRE-1

H₂O, Acetyl-CoA

CoA-SH

HMG-CoA-Synthase Mitochondrium

2.3.3.10

Tr

HMGCS2-Def.

β-Hydroxy-β-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA)

Acetyl-CoA

HMG-CoA-Lyase

4.1.3.4

Ly

HMGCL-Def.

Acetoacetat

NADH/H⁺

NAD⁺

NADH/H⁺

NAD⁺

β-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase Mitochondrium

1.1.1.30

Ox

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

⇓

Subst.

( ⇑ )

Co.

Enzym

EC

EG

Erkr.

Acetoacetat

H⁺

CO₂

spontan

Aceton

Reaktivierung von Acetoacetat zu Acetoacetyl-CoA und Rückgewinnung von 2 Acetyl-CoA

⇓

Subst.

( ⇑ )

Co.

Enzym

EC

EG

Erkr.

Acetoacetat

Acetoacetat-Succinyl-CoA- Transferase Mitochondrium

2.8.3.5

Tr

SCOT-Def.

Acetoacetyl-CoA

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

2 Acetyl-CoA

Biologische Bedeutung

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

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

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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