أجسام كيتونية

الأجسام الكيتونية
أسيتون
حمض الأسيتواسيتيك
(آر)-بيتا-حمض هيدروكسي البوتيريك

الأجسام الكيتونية Ketone bodies، هي ثلاثة جزيئات قابلة للذوبان في الماء (الأسيتواسيتيك، بيتا-هيدروكسي البوتيريك، وناتج تكسرهما العفوي، الأسيتون) والتي ينتجها الكبد من الأحماض الدهنية[1] خلال فترات التي يكون فيها تناول الطعام منخفض (الصيام)، الحميات المقيدة للكربوهيدرات، المجاعات، ممارسة التمارين الرياضية المكثفة والمطولة،[2]مرض السكري نوع 1 الغير معالج (أو المعالج بشكل غير كافي).هذه الاجسام الكيتونية يتم بعد ذلك التقاطها بشكل سريع من قبل انسجة خارج الكبد وتحول إلى اسيتايل كو أي ومن ثم تدخل في دورة حمض الستريك وتؤكسد في الميتوكوندريا إلى طاقة.[3] في المخ، تستخدم الأجسام الكيتونية أيضاً لتحويل أستيل-كوا إيه إلى احماض دهنية طويلة السلسلة. والاخيرة لا يمكن الحصول عليها من الدم، لانها غير قادرة على النفاذ من خلال الحاجز الدموي الدماغي.

عندما تخسر جزيئتين من أسيتايل كواي مرافق الإنزيم أ الخاص بهما، يمكنهما صنع مركب كيميائي ثنائي الوحدات يسمى أسيتواستيت. بيتاهايدروكسي بيوتاريت وهو الناتج من اختزال أسيتواستيت، حيث أن مجموعة الكيتون تتحول إلى مجموعة كحول. ولأن كلاهما جزيئات رباعية الكاربون لهذا تستطيع بشكل سريع أن تعود مرة أخرى إلى أسيتايل كواي بواسطة أغلب أنسجة الجسم باستثناء الكبد طبعاً. الأسيتون هو الشكل منزوع الكاربوكسيل من الأسيتواستيت، والذي لا يستطيع أن يتحول مرة أخرى أو يعود إلى أسيتايل كواي ما عدا عن طريق عملية إزالة السموم في الكبد حيث أنه يتحول إلى حمض اللاكتيك والذي يستطيع بالمقابل أن يؤكسد إلى حامض الپيروڤيك، وعندها فقط إلى أسيتايل كواي. الأجسام الكيتونية لها خاصية الرائحة المميزة، حيث يمكن كشفها من خلال رائحة النفس الخاصة بالأفراد المصابين ب الحماض الكيتوني أو فرط كيتون الجسم، (الذي عادة ما يشبه رائحة مزيل طلاء الأظافر والذي عادة ما يحتوي على أسيتون أو إثيل أستيت).

بعيداً عن الأجسام الكيتونية الثلاثة (الأسيتون، الأسيتواستيت، البيتا هايدروكسي بيوتيريت)[4]، أجسام كيتونية أخرى مثل بيتا كيتوبينتانوت وبيتا هايدروكسي بينتانوت قد تصنع نتيجة لعملية التمثيل الغذاني للدهون الثلاثية الاصطناعية مثل الهيباتنون الثلاثي.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الإنتاج

أستيل-كوا إيه ممجموعة أستيل مشار إليهم بالأزرق.

الدهون المخزونة في النسيج الدهني تطلق من الخلايا الدهنية إلى الدم بشكل احماض دهنية حرة وجليسيرول عندما يكون مستوى الانسولين منخفض في الدم ومستويات الگلوگاكون والابنفرين في الدم عالية. هذا يحدث بين الوجبات، خلال الصيام ،المجاعة والتمارين الرياضية المكثفة، في حالة كون مستويات الگلوكوز في الدم مرجح أن تنخفض.

الأحماض الدهنية هي مصادر طاقة عالية جداً، وتؤخذ من قبل كل الخلايا المؤيضة التي تحتوي على ميتوكوندريا، وهذا لأن الأحماض الدهنية لا تؤيض إلا بداخل الميتوكوندريا [1][5]. خلايا الدم الحمراء لا تحتوي على ميتوكوندريا لهذا تعتمد بشكل كامل على عملية التحلل السكري (تخمر الگلوكوز إلى حمض اللاكتيك) من أجل متطلبات الطاقة الخاصة بها. في كل الانسجة الأخرى، الأحماض الدهنية التي تدخل إلى الخلايا المؤيضة سوف تجمع مع مرافق الانزيم أ لتكوين سلاسل أسيتايل كواي. وهذه تنقل إلى الميتوكوندريا الخاصة بالخلايا (حيث سيتم تكسيرهاالى وحدات من الأستايل كواي عن طريق سلسلة من التفاعلات المعروفة بأكسدة الأحماض الدهنية (بالإنگليزية: b oxidation )[1][5] أستايل كواي المنتج من عملية اكسدة الاحماض الدهنية تدخل إلى دورة حمض الستريك في الميتوكوندريا عن طريق ان تجمع مع اوكزالواستيت لتنتج الستريت (بالإنگليزية: citrate) .وهذا يؤدي إلى الاحتراق الكامل لمجموعة الأستيل الخاصة باستيايل كواي إلى ماء وثنائي أكسيد الكربون. الطاقة الناتجة عن هذه العملية يتم التقاطها على شكل 1GTP و11 جزيئة من ال ATP لمجموعة الأستيل الواحدة المؤكسدة [1][5]. هذا هو مصير استيايل كواي حيثما حصلت عملية أكسدة الأحماض الدهنية ما عدا تحت ظروف معينة في الكيد. حيث أن الأوكزالواستيت في الكبد يقوم بشكل جزئي أو أو كامل بتحويل مساره إلى مسار عملية استحداث السكر خلال الصيام والمجاعة وحميات التقييد من الكاربوهيدرات والتمارين الرياضية المطولة والمكثفة وأيضاً لدى المصابين بالسكري النمط الأول من دون علاج.تحت هذه الظروف اوكزالواستيت يتم هدرجته إلى حمض التفاح (malate) والذي يتم بعد ذلك ازالته من المايتوكوندريا حتى يتم تحويله إلى جلوكوز في سايتوبلازم خلايا الكبد، ومن حيث يتم إطلاق سراحه إلى الدم [1]. في الكبد لهذا اوكزالو استيت يكون غير متوفر للتكاثف مع استيايل كواي عند حصول تحفيز كبير لعملية استحداث السكر، وهذا التحفيز يكون نتيجة لتراكيز الانسولين المنخفض أو غلوجاغون العالي في الدم. تحت هذه الظروف يقوم استيايل كواي بنحويل مساره إلى صنع اسيتواستيت وبيتاهايدروكسي بيوتاريت [1]. اسيتواستيت، بيتاهايدروكسي بيوتاريت وناتج التكسر العشوائي لهما المعروف ب اسيتون [6]، معروفين في كثير من الاحيان وبشكل مربك ب الاجسام الكيتونية (برغم انهم ليسوا أجسام في الواقع بل جزيئات قابلة للذوبان في الماء). الأجسام الكيتونية تطلق بواسطة الكبد إلى الدم. جميع الخلايا في الجسد التي تحتوي على مايتوكوندريا تستطيع التقاط الأجسام الكيتونية من الدم وتعيد تحويلها إلى استيايل كواي، وبهذا تستعملها ك مصدر وقود في دورات حامض الستريك، ولا يوجد نسيج آخر يستطيع تحويل مسار اوكزالواستيت إلى مسار عملية استحداث السكر كما يستطيع الكبد تحويلها. بخلاف الاحماض الدهنية الحرة، الأجسام الكيتونية تستطيع عبور الحاجز الدموي الدماغي وبهذا تكون متاحة ك مصدر وقود لخلايا الجهاز العصبي المركزي، لتعمل ك بديل للجلوكوز، الذي عليه عادة تعتمد الخلايا في النجاة [1]. حدوث ارتفاع في مستويات الاجسام الكيتونية في الدم خلال المجاعة أو حميات التقييد من الكربوهيدرات أو التمارين الرياضية المكثفة والمطولة أو في السكري النمط الأول الغير معالج يسمى ب فرط الجسم الكيتوني. وفي الحالات التي يكون مستوياتها عالية بشكل متطرف في مرض السكري النمط الأول تسمى بالحماض السكري اسيتو استيت يكون له خاصية الرائحة المميزة والتي تحصل في نفس المريض أو في البول خلال حالة فرط كيتون الجسم [7]


الاستخدامات في القلب، المخ والعضلات (لكن ليس في الكبد)

الأجسام الكيتونية يمكن استعمالها من أجل الطاقة. الأجسام الكيتونية يتم نقلها من الكبد إلى الأنسجة الأخرى، حيث اسيتواستيت وبيتاهايدروكسي بيوتاريت يمكن إعادة تحويلها إلى أستيايل كواي لكي تينتج طاقة من خلال دورة حمض الستريك. الاجسامالكيتونية لا يمكن استعمالها من قبل الكبد من اجل الحصول على طاقة، لأن الكبد يفتقر إلى انزيم ثايوبوريز. الأسيتون في مستويات منخفضة يتم أخذه بواسطة الكبد ليدخل بعملية ازالة السموم عن طريق مسار مثيل كلايوكسيل الذي ينتهي كحمض اللبنيك. الأسيتون في تراكيز عالية الذي يتكون بهذه التراكيز نتيجة للصيام المطول أو نتيجة لنظام غذائي مولد للكيتون، هذا الاسيتون يتم امتصاصه من قبل الخلايا عدا تلك الموجودة في الكبد وبعده تدخل في مسار مختلف بواسطة 1,2-بروبانيدول رغم أن المسار يتبع سلسلة مختلفة من الخطوات التي تتطلب ثلاثي فوسفات الادينوسين، 1,2-بروبانيدول يمكن أن يتحول إلى حمض البايروفيك .[8]

القلب يقوم بشكل تفضيلي باستخدام الأحماض الدهنية تحت الظروف الفزيولوجية الطبيعة، ومع ذلك تحت ظروف فرط كيتون الجسم يقوم القلب باستخدام الاجسام الكيتونية بشكل فعال من اجل الحصول على الطاقة.[9]

الدماغ أيضا يحصل على جزء من من الطاقة الخاصة به الأجسام الكيتونية عندما يكون الگلوكوز متوفر بشكل أقل (خلال الصيام أو المجاعة أو حميات التقييد من الكربوهيدرات والنظام الغذائي مولد الكيتون وأيضا في التمارين لرياضية الشديدة). في حالة يكون مستوى الجالكوز في الدم منخفض فان الانسجة الأخرى في الجسم لها مصادر طاقة اضافية إلى جانب الأجسام الكيتونية (مثل الأحماض الدهنية). ولكن الدماغ على الأرجح له بعض المتطلبات الإجبارية لبعض الگلوكوز [10] . بعد أن يتغير النظام الغذائي إلى مستوى گلوكوز منخفض لثلاثة أيام، الدماغ يحصل على 25% من طاقته من الأجسام الكيتونية [11]. وبعد تقريبا 4 أيام، ترتفع هذه النسبة إلى 70% [12] (في المراحل الأولية الدماغ لا يقوم بحرق الأجسام الكيتونية، لكونها ركيزة مهمة لتخليق الدهون في الدماغ)، علاوة على ذلك الأجسام الكيتونية المنتجة من الأحماض الدهنية أوميجا - 3 من الممكن ان تسبب تدهور إدراكي في العمر المتقدم [13]

بنية وسائط استهلاك الأجسام الكيتونية في منظورات فيشر والنموذج متعدد الأضلاع

Structure of intermediates of ketone bodies consumption from β-hydroxybutyrate to acetyl-CoA showed using Fischer projections, top, and polygonal model, botton. β-hydroxybutyrate (BHB) is oxidized to acetoacetate (AA), and activated to acetoacetyl-CoA (AAcoA) by reacting to succinil-CoA (S-coA) producing succinate (Suc). The acetoacetyl-CoA reacts with coenzymeA (coA) furnishing two molecules of acetyl-CoA (AcoA). The enzymes involved in this pathway correspond to D-β-hydroxybutyratedehydrogenase ((1), acetoacetyl succinyl-CoA tranferase ((2), and thiolase ((3). Coenzymes (NAD+, NADH + H+) were omitted in these representations. The participation of is represented by the consumption of “2H”.

الحماض الكيتوني وفرط كيتون الجسم

في الأفراد الطبيعيين، هناك إنتاج ثابت من الأجسام الكيتونية من قبل الكبد واستخدامهم بواسطة الانسجة خارج الكبد. تركيز الأجسام الكيتونية في الدم تكون قرابة واحد مليگرم في الديسيلتر الواحد. افراز الأجسام الكيتونية في البول يكون قليل جدا وغير قابل للتمييز بواسطة اختبارات البول الروتينية.

عندما يتجاوز معدل صنع الأجسام الكيتونية معدل افرازها، فان تركيزها في الدم يزداد، وهذا يعرف بتراكم الأجسام الكيتونية في الدم (كيتونيميا) ومن ثم يتبع ب وجود زيادة في كمية الاجسام الكيتونية في البول وتعرف هذا الحالة ب(كيتونيوريا) وهذين الحالتين مع بعضهما يكونان حالة تعرف بفرط كيتون الجسم. وهذه الحالة تمتاز بوجود راجئحة اسيتون في انفاس المريض.

عندما تعاني حالة من مرض السكري نوع 1 من احداث توتر بايولوجية (التهاب ،سكتة قلبية، صدمات جسدية)أو عندما تفشل في إدارة الأنسولين بشكل كافي من الممكن ان يدخل المريض في حالة الحماض الكيتوني فرط سكر الدم. تحت هذه الظروف انخفاض أو انعدام مستويات الأنسولين في الدم، مع تراكيز الگلوكاگون المرتفعة بشكل غير مناسب [14]، يحث الكبد على إنتاج الگلوكوز بمعدل مرتفع بشكل غير مناسب، مما يسبب استايل كواي (الناتج من الأحماض الدهنية في دورة الاحماض الدهنية) ان يتحول إلى اجسام كيتونية. المستويات الناتجة المرتفعة جدا من الاجسام الكيتونية تعمل على تخفيض درجة الاس الهايدروجيني الخاص ب بلازما الدم والذي يحفز بشكل غريزي ان تقوم الكلى بافراز بول شديد الحموضة. المعدلات المرتفعة من الجالكوز والاجسام الكيتونية في الدم أيضا تتسرب بشكل سلبي إلى البول (قابلية الانابيب الكلوية في إعادة امتصاص الجالكوز والاجسام الكيتونية من السائل الانبوبي ،يطغى عليها لهذه القابلية من قبل الحجوم الكبيرة من هذه المواد التي يتم تصفيتها إلى السائل الأنبوبي) ادرار البول التناضحي للگلوكوز الناتج يسبب ازالة الماء والشوارد الكهربائية من الدم مما يسبب احتمالية حصول جفاف مسبب للوفاة. الافراد الذين يكونون تحت حميات التقييد من الكاربوهيدرات سينتج لديهم أيضا فرط كيتون الجسم. وهذا فرط كيتون الجسم المحثوث في بعض الاحيان يسمى ب فرط كيتون الجسم الغذائي، ولكن مستور تراكيز الاجسام الكيتونية تكون بين 0.5-5 ملي مول بينما الحماض السكري الكيتوني يكون بين 15-25 ملي مول. الآن يتم فحص فعالية فرط كيتون الجسم في تخفيف اعراض مرض الزهايمر.

التأثير على الأس الهيدروجيني

كلا من حامض الاسيتواستيت وحامض البيتاهيدروكسيبيوترايت حامضية، في حالة ارتفاع مستويات هذان الاثنان من الاجسام الكيتونية بشكل كبير سيؤدي إلى انخفاض درجة الأس الهيدروجيني الخاصة بالجسم وسيؤدي إلى حالة الحماض الكيتوني، ومضاعفات لمرض السكري النمط الأول والغير معالج وفي بعض الاحيان بؤدي إلى المرحلة النهائية من السكري النمط الثاني.

انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ أ ب ت ث ج ح خ Stryer, Lubert (1995). Biochemistry (Fourth ed.). New York: W.H. Freeman and Company. pp. 510–515, 581–613, 775–778. ISBN 0 7167 2009 4.
  2. ^ Koeslag, J.H.; Noakes, T.D.; Sloan, A.W. (1980). "Post-exercise ketosis". Journal of Physiology. 301: 79–90. doi:10.1113/jphysiol.1980.sp013190. PMC 1279383. PMID 6997456.
  3. ^ Mary K. Campbell; Shawn O. Farrell (2006). Biochemistry (5th ed.). Cengage Learning. p. 579. ISBN 0-534-40521-5.
  4. ^ Diabetes/Metabolism Research and Reviews. 15 (6). doi:10.1002/(SICI)1520-7560(199911/12)15:6<412::AID-DMRR72>3.0.CO;2-8. PMID 10634967. {{cite journal}}: Missing or empty |title= (help); Unknown parameter |السنة= ignored (help); Unknown parameter |الصفحات= ignored (help); Unknown parameter |العنوان= ignored (help); Unknown parameter |المؤلف= ignored (help)
  5. ^ أ ب ت Oxidation of fatty acids
  6. ^ Ketone body metabolism, University of Waterloo
  7. ^ American Diabetes Association-Ketoacidosis
  8. ^ Integrated Risk Information System | US EPA
  9. ^ Kodde IF, van der Stok J, Smolenski RT, de Jong JW. Comp. Biochem. Physiol., Part a Mol. Integr. Physiol. 146 (1). doi:10.1016/j.cbpa.2006.09.014. PMID 17081788. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |المسار= (help); Missing or empty |title= (help); Unknown parameter |التاريخ= ignored (help); Unknown parameter |الصفحات= ignored (help); Unknown parameter |العنوان= ignored (help)
  10. ^ Clarke, DD; Sokoloff, L. Basic Neurochemistry: Molecular, Cellular and Medical Aspects. Philadelphia: Lippincott-Raven. {{cite book}}: Cite has empty unknown parameters: |lay-date=, |subscription=, |nopp=, |last-author-amp=, |name-list-format=, |lay-source=, |registration=, and |lay-summary= (help)
  11. ^ Journal of cerebral blood flow and metabolism. 14 (1). doi:10.1038/jcbfm.1994.17. PMID 8263048. {{cite journal}}: Missing or empty |title= (help); Unknown parameter |الأخير1= ignored (help); Unknown parameter |الأخير2= ignored (help); Unknown parameter |الأخير3= ignored (help); Unknown parameter |الأخير4= ignored (help); Unknown parameter |الأخير5= ignored (help); Unknown parameter |الأول1= ignored (help); Unknown parameter |الأول2= ignored (help); Unknown parameter |الأول3= ignored (help); Unknown parameter |الأول4= ignored (help); Unknown parameter |الأول5= ignored (help); Unknown parameter |السنة= ignored (help); Unknown parameter |الصفحات= ignored (help); Unknown parameter |العنوان= ignored (help)
  12. ^ Cahill GF. Fuel metabolism in starvation. Annu Rev Nutr 2006;26:1–22
  13. ^ Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids. 75 (3). doi:10.1016/j.plefa.2006.05.011. PMID 16829066. {{cite journal}}: Missing or empty |title= (help); Unknown parameter |الأخير1= ignored (help); Unknown parameter |الأخير2= ignored (help); Unknown parameter |الأخير3= ignored (help); Unknown parameter |الأخير4= ignored (help); Unknown parameter |الأخير5= ignored (help); Unknown parameter |الأول1= ignored (help); Unknown parameter |الأول2= ignored (help); Unknown parameter |الأول3= ignored (help); Unknown parameter |الأول4= ignored (help); Unknown parameter |الأول5= ignored (help); Unknown parameter |السنة= ignored (help); Unknown parameter |الصفحات= ignored (help); Unknown parameter |العنوان= ignored (help)
  14. ^ Journal of Physiology. 549. 2003. doi:10.1113/jphysiol.2002.037895. {{cite journal}}: Missing or empty |title= (help); Unknown parameter |الأخير1= ignored (help); Unknown parameter |الأخير2= ignored (help); Unknown parameter |الأخير3= ignored (help); Unknown parameter |الأول1= ignored (help); Unknown parameter |الأول2= ignored (help); Unknown parameter |الأول3= ignored (help); Unknown parameter |الصفحات= ignored (help); Unknown parameter |العنوان= ignored (help)

وصلات خارجية

الكلمات الدالة:
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=أجسام_كيتونية&oldid=1874147"