KETOGENESIS: TIPE TUBUH, SINTESIS DAN DEGRADASI - BIOLOGI - 2025

The ketogenesis adalah proses dimana asetoasetat, β-hidroksibutirat dan aseton diperoleh, yang bersama-sama disebut badan keton. Mekanisme yang rumit dan diatur dengan baik ini terjadi di mitokondria, dari katabolisme asam lemak.

Memperoleh badan keton terjadi ketika tubuh mengalami periode puasa yang melelahkan. Meskipun sebagian besar metabolit ini disintesis dalam sel hati, mereka ditemukan sebagai sumber energi penting di berbagai jaringan, seperti otot rangka dan di jaringan jantung dan otak.

Sumber: Sav vas

Β-Hydroxybutyrate dan acetoacetate adalah metabolit yang digunakan sebagai substrat di otot jantung dan korteks ginjal. Di otak, badan keton menjadi sumber energi penting saat tubuh kehabisan simpanan glukosa.

Karakteristik umum

Ketogenesis dianggap sebagai fungsi fisiologis atau jalur metabolisme yang sangat penting. Umumnya, mekanisme ini terjadi di hati, meskipun telah terbukti dapat dilakukan di jaringan lain yang mampu memetabolisme asam lemak.

Pembentukan badan keton adalah turunan metabolik utama dari asetil-KoA. Metabolit ini diperoleh dari jalur metabolisme yang dikenal dengan β-oksidasi, yaitu degradasi asam lemak.

Ketersediaan glukosa di jaringan tempat terjadi oksidasi β menentukan nasib metabolisme asetil-KoA. Dalam situasi tertentu, asam lemak teroksidasi hampir seluruhnya diarahkan ke sintesis badan keton.

Jenis dan sifat badan keton

Badan keton utama adalah asetoasetat atau asam asetoasetat, yang sebagian besar disintesis dalam sel hati. Molekul lain yang menyusun badan keton diturunkan dari asetoasetat.

Reduksi asam asetoasetat menimbulkan D-β-hidroksibutirat, badan keton kedua. Aseton adalah senyawa yang sulit didegradasi dan diproduksi oleh reaksi dekarboksilasi spontan asetoasetat (sehingga tidak memerlukan intervensi enzim apa pun), bila terdapat dalam konsentrasi tinggi dalam darah.

Penunjukan badan keton telah disediakan oleh konvensi, karena β-hidroksibutirat sebenarnya tidak memiliki fungsi keton. Ketiga molekul ini larut dalam air, yang memfasilitasi transpornya dalam darah. Fungsi utamanya adalah memberikan energi ke jaringan tertentu seperti otot rangka dan jantung.

Enzim yang terlibat dalam pembentukan badan keton terutama berada di sel hati dan ginjal, yang menjelaskan mengapa kedua lokasi ini adalah penghasil utama metabolit ini. Sintesisnya terjadi semata-mata dan secara eksklusif dalam matriks sel mitokondria.

Setelah molekul-molekul ini disintesis, mereka masuk ke aliran darah, menuju ke jaringan yang membutuhkannya, di mana mereka terdegradasi menjadi asetil-KoA.

Sintesis badan keton

Kondisi ketogenesis

Nasib metabolik asetil-KoA dari β-oksidasi bergantung pada kebutuhan metabolisme tubuh. Ini dioksidasi menjadi CO ₂ dan H ₂ O melalui siklus asam sitrat atau sintesis asam lemak, jika metabolisme lemak dan karbohidrat stabil di dalam tubuh.

Ketika tubuh membutuhkan pembentukan karbohidrat, oksaloasetat digunakan untuk pembuatan glukosa (glukoneogenesis) alih-alih memulai siklus asam sitrat. Hal ini terjadi, seperti yang disebutkan, ketika tubuh memiliki ketidakmampuan untuk memperoleh glukosa, dalam kasus seperti puasa berkepanjangan atau adanya diabetes.

Karena itu, asetil-KoA yang dihasilkan dari oksidasi asam lemak digunakan untuk produksi badan keton.

Mekanisme

Proses ketogenesis dimulai dari produk oksidasi-β: asetasetil-KoA atau asetil-KoA. Jika substratnya adalah asetil-KoA, langkah pertama terdiri dari kondensasi dua molekul, reaksi yang dikatalisis oleh asetil-KoA transferase, untuk menghasilkan asetasetil-KoA.

Asetasetil-KoA dipadatkan dengan asetil-KoA ketiga melalui aksi HMG-KoA sintase, untuk menghasilkan HMG-KoA (β-hidroksi-β-metilglutaril-KoA). HMG-CoA terdegradasi menjadi asetoasetat dan asetil-KoA dengan aksi HMG-CoA lyase. Dengan cara ini badan keton pertama diperoleh.

Asetoasetat direduksi menjadi β-hidroksibutirat dengan intervensi β-hidroksibutirat dehidrogenase. Reaksi ini bergantung pada NADH.

Badan keton asetoasetat utama adalah asam β-keto, yang mengalami dekarboksilasi non-enzimatik. Proses ini sederhana dan menghasilkan aseton dan CO _2.

Rangkaian reaksi ini menghasilkan badan keton. Ini menjadi larut dalam air dapat dengan mudah diangkut melalui aliran darah, tanpa perlu berlabuh ke struktur albumin, seperti kasus asam lemak yang tidak larut dalam media air.

-Oksidasi dan ketogenesis saling berhubungan

Metabolisme asam lemak menghasilkan substrat untuk ketogenesis, sehingga kedua jalur ini berhubungan secara fungsional.

Asetoasetil-KoA merupakan penghambat metabolisme asam lemak, karena menghentikan aktivitas asil-KoA dehidrogenase, yang merupakan enzim pertama oksidasi β. Selain itu, ia juga memberikan penghambatan pada asetil-KoA transferase dan HMG-CoA sintase.

Enzim HMG-CoA sintase, disubordinasikan oleh CPT-I (enzim yang terlibat dalam produksi asil karnitin dalam oksidasi-β), memainkan peran pengaturan penting dalam pembentukan asam lemak.

Regulasi β-oksidasi dan pengaruhnya terhadap ketogenesis

Pemberian makan organisme mengatur serangkaian sinyal hormonal yang kompleks. Karbohidrat, asam amino dan lipid yang dikonsumsi dalam makanan disimpan dalam bentuk triasilgliserol di jaringan adiposa. Insulin, hormon anabolik, terlibat dalam sintesis lipid dan pembentukan triasilgliserol.

Pada tingkat mitokondria, β-oksidasi dikendalikan oleh masuknya dan partisipasi beberapa substrat dalam mitokondria. Enzim CPT I mensintesis Acyl Carnitine dari cytosolic Acyl CoA.

Ketika tubuh diberi makan, Asetil-KoA karboksilase diaktifkan dan sitrat meningkatkan kadar CPT I, sementara fosforilasinya (reaksi bergantung pada AMP siklik) menurun.

Hal ini menyebabkan akumulasi malonil CoA, yang menstimulasi sintesis asam lemak dan memblokir oksidasinya, mencegah terjadinya siklus yang sia-sia.

Dalam kasus puasa, aktivitas karboksilase sangat rendah karena kadar enzim CPT I telah berkurang dan juga telah difosforilasi, mengaktifkan dan mendorong oksidasi lipid, yang selanjutnya akan memungkinkan pembentukan badan keton melalui asetil-KoA.

Degradasi

Badan keton berdifusi keluar dari sel tempat mereka disintesis dan diangkut ke jaringan perifer oleh aliran darah. Dalam jaringan ini mereka dapat dioksidasi melalui siklus asam trikarboksilat.

Di jaringan perifer, β-hidroksibutirat dioksidasi menjadi asetoasetat. Selanjutnya, asetoasetat yang ada diaktifkan oleh aksi transferase enzim 3-ketoasil-KoA.

Suksinil-CoA bertindak sebagai donor CoA dengan mengubah dirinya menjadi suksinat. Aktivasi asetoasetat terjadi untuk mencegah suksinil-KoA diubah menjadi suksinat dalam siklus asam sitrat, dengan sintesis GTP yang digabungkan dengan aksi sintase suksinil-KoA.

Asetoasetil-KoA yang dihasilkan mengalami pemecahan tiolitik, menghasilkan dua molekul asetil-KoA yang digabungkan ke dalam siklus asam trikarboksilat, yang lebih dikenal sebagai siklus Krebs.

Sel hati kekurangan transferase 3-ketoasil-KoA, mencegah metabolit ini diaktifkan di sel-sel ini. Dengan cara ini dijamin bahwa badan keton tidak teroksidasi di dalam sel tempat mereka diproduksi, tetapi dapat ditransfer ke jaringan di mana aktivitasnya diperlukan.

Relevansi medis badan keton

Dalam tubuh manusia, konsentrasi tinggi badan keton dalam darah dapat menyebabkan kondisi khusus yang disebut asidosis dan ketonemia.

Pembuatan metabolit ini sesuai dengan katabolisme asam lemak dan karbohidrat. Salah satu penyebab paling umum dari kondisi ketogenik patologis adalah tingginya konsentrasi fragmen asetat dikarbonat yang tidak terdegradasi oleh jalur oksidasi asam trikarboksilat.

Akibatnya, terjadi peningkatan kadar badan keton dalam darah di atas 2 hingga 4 mg / 100 N dan keberadaannya dalam urin. Hal ini menyebabkan terganggunya metabolisme antara metabolit ini.

Cacat tertentu pada faktor neuroglandular hipofisis yang mengatur degradasi dan sintesis badan keton, bersama dengan gangguan dalam metabolisme hidrokarbon, merupakan penyebab kondisi hiperketonemia.

Diabetes melitus dan penumpukan badan keton

Diabetes melitus (tipe 1) merupakan penyakit endokrin yang menyebabkan peningkatan produksi badan keton. Produksi insulin yang tidak memadai menonaktifkan pengangkutan glukosa ke otot, hati dan jaringan adiposa, sehingga terakumulasi di dalam darah.

Sel tanpa glukosa memulai proses glukoneogenesis dan pemecahan lemak dan protein untuk memulihkan metabolisme. Akibatnya, konsentrasi oksaloasetat menurun dan oksidasi lipid meningkat.

Akumulasi asetil-KoA kemudian terjadi, yang dengan tidak adanya oksaloasetat tidak dapat mengikuti jalur asam sitrat, sehingga menyebabkan produksi badan keton yang tinggi, karakteristik dari penyakit ini.

Akumulasi aseton dideteksi dengan keberadaannya dalam urin dan napas orang dengan kondisi ini, dan sebenarnya merupakan salah satu gejala yang menunjukkan manifestasi penyakit ini.

Referensi

1. Blázquez Ortiz, C. (2004). Ketogenesis dalam astrosit: karakterisasi, regulasi, dan kemungkinan peran sitoprotektif (Disertasi doktoral, Complutense University of Madrid, Publications Service).
2. Devlin, TM (1992). Buku teks biokimia: dengan korelasi klinis.
3. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Biokimia. Thomson Brooks / Cole.
4. McGarry, JD, Mannaerts, GP, & Foster, DW (1977). Peran yang mungkin untuk malonil-KoA dalam regulasi oksidasi asam lemak hati dan ketogenesis. Jurnal investigasi klinis, 60 (1), 265-270.
5. Melo, V., Ruiz, VM, & Cuamatzi, O. (2007). Biokimia proses metabolisme. Kembalikan.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
7. Pertierra, AG, Gutiérrez, CV, & Lainnya, CM (2000). Dasar-dasar biokimia metabolik. Editorial Tébar.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokimia. Panamerican Medical Ed.