Кетоны — Википедия

Кето́ны — органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами.

Общая формула кетонов: R₁-CO-R₂.

Среди других карбонильных соединений наличие в кетонах именно двух атомов углерода, непосредственно связанных с карбонильной группой, отличает их от карбоновых кислот и их производных, а также альдегидов.

Слово кетон произошло от старого немецкого слова Aketon (ацетон). Придумал его в 1848 году немецкий химик Леопольд Гмелин (1788—1853)^[1].

Названия алифатических и алициклических кетонов образуют, прибавляя суффикс -он или -дион (для дикетонов) к названию родоночального углеводорода. Дикетоны ароматического ряда с кетонными группами в ядре называют сокращённым названием углеводорода, добавляя суффикс -хинон

[2].

Другие номенклатуры[править | править код]

Тривиальная номенклатура. Для простейших кетонов используются их тривиальные названия, например, ацетон (для 2-пропанона) и бензофенон (для дифенилкетона).

Радикало-функциональная номенклатура. Допускается название кетонов по радикально-функциональной номенклатуре, при этом название составляется из радикалов при кетогруппе (в алфавитном порядке) и названия класса соединений (функции) —кетон (например, метилэтилкетон — CH₃-CO-CH₂-CH₃).

Ацетон был открыт Робертом Бойлем в 1661 году при нагревании ацетата кальция (ацетон происходит от лат. acetum — уксус):

Ca(Ch4COO)2→t(Ch4)2CO+CaCO3{\displaystyle {\mathsf {Ca(CH_{3}COO)_{2}{\xrightarrow {t}}{}(CH_{3})_{2}CO+CaCO_{3}}}}

Похожая реакция была описана Андреасом Либавием — ацетон образовывался при нагревании свинцового сахара (ацетата свинца(II)). Установить состав этого вещества удалось только в 1852 году Александру Уильяму Уильямсону

[3].

Кетоны — летучие жидкости или легкоплавкие твёрдые вещества, низшие представители хорошо растворимы в воде и смешиваются с органическими растворителями, некоторые (ацетон) смешиваются с водой в любых соотношениях. Невозможность образования межмолекулярных водородных связей обуславливает несколько бо́льшую их летучесть, чем у спиртов и карбоновых кислот с той же молекулярной массой (например, ацетон кипит при 56,1 °C, а пропанол-2 — при 82,4 °C).

• Циклокетоны можно получить циклизацией Ружички.
• Гидратация гомологов ацетилена (реакция Кучерова).
• Кетоны с хорошими выходами получаются при взаимодействии хлорангидридов кислот с диалкилкупратами лития и алкилкадмиевыми соединениями:

R2CuLi+R′COCl→RC(O)R′+LiCl+CuR{\displaystyle {\mathsf {R_{2}CuLi+R’COCl\rightarrow RC(O)R’+LiCl+CuR}}}

2RCOCl+Cd(C2H5)2→2RC(O)C2H5+CdCl2{\displaystyle {\mathsf {2RCOCl+Cd(C_{2}H_{5})_{2}\rightarrow 2RC(O)C_{2}H_{5}+CdCl_{2}}}}

Кето-енольная таутомерия[править | править код]

Кето-енольная таутомеризация. 1 – кето-форма; 2 – енольная форма.

Кетоны, которые имеют по крайней мере один альфа-водородный атом, подвергаются кето-енольной таутомеризации. Таутомеризация катализируется как кислотами, так и основаниями. Как правило, кето-форма является более стабильной, чем енольная. Это равновесие позволяет получать кетоны путём гидратации алкинов. Относительная стабилизация енольной формы сопряжением является причиной довольно сильной кислотности кетонов (pK_a ≈ 20) в сравнении с алканами (pK_a ≈ 50).

Гидрирование[править | править код]

Присоединение водорода к кетонам происходит в присутствии катализаторов гидрирования (Ni, Co, Cu, Pt, Pd и др.). В последнее время в качестве гидрирующего агента часто используют алюмогидрид лития. При этом кетоны превращаются во вторичные спирты:

R2CO+2H→R2CH(OH){\displaystyle {\mathsf {R_{2}CO+2H\rightarrow R_{2}CH(OH)}}}

При восстановлении кетонов водородом в момент выделения (с помощью щелочных металлов или амальгамы магния) образуются также гликоли (пинаконы):

2R2CO+2H→R2C(OH)−CR2(OH){\displaystyle {\mathsf {2R_{2}CO+2H\rightarrow R_{2}C(OH){-}CR_{2}(OH)}}}

Реакции нуклеофильного присоединения[править | править код]

(Ch4)2CO+HCN→(Ch4)2C(OH)CN{\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{2}CO+HCN\rightarrow (CH_{3})_{2}C(OH)CN}}}

(Ch4)2C(OH)CN+2h3O→(Ch4)2C(OH)COOH+Nh4{\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{2}C(OH)CN+2H_{2}O\rightarrow (CH_{3})_{2}C(OH)COOH+NH_{3}}}}

(Ch4)2CO→OH−(Ch4)2C=CH−C(O)−Ch4→+Nh4(Ch4)2C(Nh3)Ch3−C(O)−Ch4{\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{2}CO{\xrightarrow[{OH-}]{}}(CH_{3})_{2}C{=}CH{-}C(O){-}CH_{3}{\xrightarrow[{+NH_{3}}]{}}(CH_{3})_{2}C(NH_{2})CH_{2}{-}C(O){-}CH_{3}}}}

• Присоединение гидросульфита натрия даёт гидросульфитные (бисульфитные) производные (в реакцию в жирном ряду вступают лишь метилкетоны):

RC(O)Ch4+HSO3Na→R−C(OH)(SO3Na)−Ch4{\displaystyle {\mathsf {RC(O)CH_{3}+HSO_{3}Na\rightarrow R{-}C(OH)(SO_{3}Na){-}CH_{3}}}}

При нагревании с раствором соды или минеральной кислотой гидросульфитные производные разлагаются с выделением свободного кетона:

2R−C(OH)(SO3Na)−Ch4+Na2CO3→2RC(O)Ch4+2Na2SO3+CO2+h3O{\displaystyle {\mathsf {2R{-}C(OH)(SO_{3}Na){-}CH_{3}+Na_{2}CO_{3}\rightarrow 2RC(O)CH_{3}+2Na_{2}SO_{3}+CO_{2}+H_{2}O}}}

(Ch4)2CO+Nh3OH→h3O+(Ch4)2C=N−OH{\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{2}CO+NH_{2}OH\rightarrow H_{2}O+(CH_{3})_{2}C{=}N{-}OH}}}

(Ch4)2CO+N2h5→(Ch4)2C=N−Nh3+h3O{\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{2}CO+N_{2}H_{4}\rightarrow (CH_{3})_{2}C{=}N{-}NH_{2}+H_{2}O}}}

2(Ch4)2CO+N2h5→(Ch4)2−C=N−N=C−(Ch4)2+2h3O{\displaystyle {\mathsf {2(CH_{3})_{2}CO+N_{2}H_{4}\rightarrow (CH_{3})_{2}-C{=}N{-}N{=}C-(CH_{3})_{2}+2H_{2}O}}}

Как и в случае альдегидов, при нагревании с твёрдым KOH гидразоны кетонов выделяют азот и дают предельные углеводороды (реакция Кижнера)

• Ацетали кетонов получаются сложнее, чем ацетали альдегидов, — действием на кетоны эфиров ортомуравьиной HC(OC₂H₅)₃ или ортокремниевой кислоты.

Реакции конденсации[править | править код]

В жёстких условиях (в присутствии щелочей) кетоны подвергаются альдольной конденсации. При этом образуются β-кетоспирты, легко теряющие молекулу воды.

В ещё более жестких условиях, например при нагревании с концентрированной серной кислотой, кетоны подвергаются межмолекулярной дегидратации с образованием непредельных кетонов:

2(Ch4)2CO→h3O+(Ch4)2C=CH−C(O)−Ch4{\displaystyle {\mathsf {2(CH_{3})_{2}CO\rightarrow H_{2}O+(CH_{3})_{2}C{=}CH{-}C(O){-}CH_{3}}}}

Окись мезитила может реагировать с новой молекулой ацетона с образованием форона:

(Ch4)2C=CH−C(O)−Ch4+(Ch4)2CO→(Ch4)2C=CH−C(O)−CH=C(Ch4)2{\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{2}C{=}CH{-}C(O){-}CH_{3}+(CH_{3})_{2}CO\rightarrow (CH_{3})_{2}C{=}CH{-}C(O){-}CH{=}C(CH_{3})_{2}}}}

К отдельному типу реакций можно отнести восстановление кетонов — реакция Лейкарта — Валлаха.

Токсичны. Обладают раздражающим и местным действием, проникают через кожу, особенно хорошо ненасыщенные алифатические. Отдельные вещества обладают канцерогенным и мутагенным эффектом. Галогенпроизводные кетонов вызывают сильное раздражение слизистых оболочек и ожоги при контакте с кожей. Алициклические кетоны обладают наркотическим действием.

Кетоны играют важную роль в метаболизме веществ в живых организмах. Так, убихинон участвует в окислительно-восстановительных реакциях тканевого дыхания. К соединениям, содержащим кетонную группу, относятся некоторые важные моносахариды (фруктоза и др.), терпены (ментон, карвон), компоненты эфирных масел (камфора, жасмон), природные красители (индиго, ализарин, флавоны), стероидные гормоны (кортизон, прогестерон), мускус (мускон), антибиотик тетрациклин.

В процессе фотосинтеза 1,5-дифосфат-D-эритро-пентулозы (фосфолированная кетопентоза) является катализатором. Ацетоуксусная кислота — промежуточный продукт в цикле Кребса.

Наличие в моче и крови человека кетонов говорит о гипергликемии, различных расстройствах метаболизма или кетоацидозе.

В промышленности кетоны используют как растворители, фармацевтические препараты и для изготовления различных полимеров. Важнейшими кетонами являются ацетон, метилэтиловый кетон и циклогексанон^[5].

• Общая токсикология / под ред. А. О. Лойта. Спб.: ЭЛБИ-СПб., 2006
• Химическая Энциклопедия в 5 томах ред. И. Л. Кнунянц 2 том

Что такое кетоны? Все что нужно о них знать.

Один чудесный источник энергии привлек внимание многих экспертов по питанию и исследователей за последнее десятилетие. Нет, это не углеводы, жиры или даже не белок. Мы называем их кетонами или кетоновыми телами (подробнее о различии между ними позже). Однако для вашего тела кетоны не являются чем-то новым.

На самом деле, ваше сердце и почечная кора (часть почек, где происходит ультрафильтрация), используют кетоны в качестве топлива прямо сейчас. Эти клетки предпочитают использовать кетоны вместо сахара.

После нескольких дней голодания или кетогенной диеты производство кетонов увеличивается, и другие клетки, такие как ваши мышцы и клетки мозга, начинают использовать их также для получения энергии. В этом состоит основная цель кетогенной диеты, но почему это важно? Кетоны – это ведь еще один источник топлива, так?

Преимущество использования кетонов в качестве источника энергии вместо сахара.

Глюкоза является основным источником энергии почти для каждой клетки тела. Это связано с тем, что он может быть преобразована в энергию гораздо быстрее, чем любой другой источник топлива, и делает это без помощи митохондрий (основного энергопроизводящего компонента клетки). Однако использование глюкозы в качестве топлива приводит к некоторым негативным последствиям.

То, что получено быстро, теряет в эффективности. Во время процесса сжигания сахара выделяются свободные радикалы и реактивные виды кислорода (вредные соединения, которые могут вызвать повреждение клеток), и создается меньше энергии, чем при использовании кетонов из жира в качестве топлива.

Кетоны являются более эффективным источником топлива, который ингибирует образование свободных радикалов и активных форм кислорода. Это приводит ко множеству преимуществ, особенно для клеток мозга, которые используют кетоны вместо сахара для топлива. Например, исследования, проведенные с людьми с различными типами когнитивных проблем от болезни Паркинсона до эпилепсии, подтверждают, что использование кетонов в качестве топлива может значительно улучшить работу мозга.

Однако преимущества сжигания кетонов для получения энергии не останавливаются только на мозге. Многие другие клетки, такие как мышечные клетки, также получают выгоду от использования кетонов (подробнее об этом позже), но вы не можете воспользоваться этими преимуществами до тех пор, пока не израсходуете запасы сахара в организме.

На пути к кетозу.

Использование кетонов в качестве доминирующего источника топлива — процесс, известный как кетоз, — возникает, когда организм не обладает глюкозой в достаточном количестве. Это происходит, когда организм использует весь свой гликоген (сахара), и он не получает достаточного количества углеводов из поступающей пищи.

Однако, прежде чем мы начнем сжигать больше кетонов, организм полагается на глюконеогенез — процесс превращения несахарных соединений, таких как аминокислоты, в сахар. Это процесс самосохранения, но он также очень неэффективен и вызывает потерю мышц.

К счастью, аминокислоты используются в качестве доминирующего источника топлива только в течение первых двух-трех дней углеводного ограничения, потому что ваше тело хочет сохранить энергию и мышечную массу (точно так же, как вы). Чтобы заменить белок, далее организм использует более эффективный источник топлива, который сохраняет мышечную массу — кетоны.

Что же такое кетоны?

Поиск google по запросу «кетоны» даст несколько результатов, которые относятся к кетоновым телам. Во многих случаях кетоны и кетоновые тела используются взаимозаменяемо, но они не совсем одно и то же.

Технически, кетоны представляют собой органические соединения, которые содержат карбонильную группу (атом углерода, двойную связанную с атомом кислорода), которая является односвязной с двумя углеводородными группами, полученными окислением вторичных спиртов. Органическая химия – я уверен, что вы все поняли)

Давайте посмотрим на примеры кетонов, которые помогут нам составить более четкое представление:

Ацетон — самый простой кетон. В течение первых 2х недель на кетогенной диете организм может производить некоторые из них и высвобождать их с дыханием. Вот почему у вас может быть неприятный запах изо рта во время первой пары недель на кетогенной диете.

Если вы посмотрите на картину ацетона, вы увидите карбонильную группу, связанную с двумя углеводородными группами. Карбонильная группа представляет собой большой «С» или атом углерода, который имеет двойную связь (обозначенную двойными прямыми линиями) до большого «О» или кислорода. Этот атом углерода также является одиночным соединением (обозначенным одиночными линиями) двум углеводородным группам.

Углеводородная группа представляет собой любое соединение, состоящее полностью из водорода и углерода. В нашей молекуле ацетона вы найдете две углеводородные группы, каждая из которых называется метильной группой. Каждая метильная группа содержит один атом углерода, один связанный с тремя молекулами водорода.

Органическая химия все еще кажется слишком сложной? Ну, хорошая новость в том, что это не совсем необходимо понимать. Все, что вам действительно нужно знать, это то, что ацетон одновременно является кетоном и кетоновым телом, а диацетил — другой природный кетон, который был популярным искусственным ароматическим маслом для попкорна — это всего лишь кетон. Вы также можете захотеть узнать, почему это так.

Что такое настоящие кетоновые тела?

Все кетоновые тела — кетоны, но не все кетоны — кетоновые тела. Невероятно, но это правда.

Существуют миллионы потенциальных соединений кетонов, которые могут быть образованы с различными комбинациями различных углеводородных групп, но не все из них считаются кетоновыми телами. Когда исследования и статьи говорят о кетоновых телах, они относятся к трем кетонам, которые организм образует естественным образом. Другие кетоны, такие как диацетил (кетон, который мы упоминали ранее), не вырабатываются организмом, поэтому они не подпадают под категорию «кетоновых тел».

Вот кетоны, которые также являются кетоновыми телами:

• Ацетоуксусной кислоты
• Бета-гидроксибутират (BHB)
• Ацетон

Эти три вида являются единственными кетонами, которые производятся организмом. Все они продуцируются печенью и используются в качестве источника энергии, когда глюкоза недоступна, но все они производятся в разное время несколько разными способами.

Как образуются кетоновые тела?

Когда глюкоза недоступна, жир разрушается печенью в молекулы глицерина и жирной кислоты. Затем жирную кислота разрушается в процессе, называемом кетогенезом. Во время этого процесса появляется первое производимое кетоновое тело – ацетоацетат.

Затем ацетоацетат превращают в BHB или ацетон. Ацетон является мало вырабатываемым кетоновым телом, но он может вырабатываться в больших количествах, когда вы впервые начинаете кетогенную диету.

По мере привыкания ваших клеток к ограничению углеводов, BHB становится наиболее распространенным кетоновым телом, и ваши мозговые и мышечные клетки начинают использовать его в качестве основного топлива. Фактически, когда вы кето-адаптированы, кетоны могут обеспечить до 50% ваших базовых энергетических потребностей и 70% потребностей в энергии вашего мозга.

Но это всего лишь метаболический побочный продукт жира, о котором мы говорим. Как это может стать источником первичного топлива вашего мозга?

Ацетил-СоА и Цикл лимонной кислоты.

Ацетоацетат и BHB не были бы источниками топлива, если бы не было цикла лимонной кислоты, проходящего в митохондриях аэробных клеток. Этот цикл представляет собой метаболический процесс, который используют большинство клеток в организме для использования высокоэнергетических электронов из углеродного соединения, называемого ацетил-СоА.

Ацетил-КоА? Откуда это вообще? Из углеводов, белков, жиров и кетонов.

На самом деле, основной причиной, по которой печень образует ацетоацетат и BHB, является то, что его можно разделить на две молекулы ацетил-CoA в клетке, которые нуждаются в энергии. Как только они попадают внутрь клетки, две молекулы ацетил-СоА входят в цикл лимонной кислоты, их электроны с высокой энергией переносятся в молекулы NAD и FAD, и они превращаются в углекислый газ.

Затем молекулы NAD и FAD соединяются с электронами с образованием NADH и FADh3. Другими словами, эти молекулы NADH и FADh3 действуют как временная молекула хранения электронов высокой энергии, которые мы получили от разрушения молекул ацетил-CoA.

И в чем цель этого процесса? В создании ATP (наиболее распространенное соединение, которое организм использует для хранения и выделения энергии). (Если хочется узнать подробнее, то почитать можно здесь: https://en.wikipedia.org/wiki/Bioenergetic_systems).

Однако для создания АТФ электроны, взятые из ацетил-СоА в течение цикла лимонной кислоты, должны проходить через другой процесс, называемый окислительным фосфорилированием. Во время окислительного фосфорилирования электроны из NADH и FADh3 переносятся в молекулу кислорода, так что АТФ может быть окончательно сформирован. Это является одним из процессов, которые проходит наше тело, для производства энергии.

Важно иметь в виду, что количество энергии, образовавшейся в течение этих двух процессов (цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование), зависит от используемого источника энергии. Например, BHB генерирует на 3 молекулы АТФ больше, чем ацетоацетат, потому что он подвергается уникальной реакции, которая обеспечивает клетку дополнительной молекулой NADH.

В общем, цикл лимонной кислоты в сочетании с окислительным фосфорилированием обеспечивает более 95% энергии, используемой аэробными клетками, такими как сердце, мышцы, мозг и клетки почек. Однако, к ним не относятся эритроциты и клетки печени, которые не могут сжигать кетоны для получения топлива.

Тело не может выжить только на кетонах.

Для того, чтобы клетка использовала цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование для производства энергии, она должна иметь митохондрии и различные специфические ферменты. Однако у каждой клетки тела нет и того, и другого.

Например, красные кровяные клетки не имеют митохондрий, а в клетках печени отсутствует фермент, называемый CoA-трансфераза. Поэтому, эти клетки нуждаются в глюкозе для их энергоснабжения. Однако это не означает, что мы должны есть углеводы для нашей печени и эритроцитов, чтобы выжить. У печени есть другой способ приготовления сахара.

Кетогенез и глюконеогенез работают сообща.

Помните глицерин, который мы упоминали ранее, который был создан при разбивке жира? Он не пропал.

В то время как жирная кислота из жира превращается в кетоны, глицерин превращается в глюкозу во время глюконеогенеза. Это нормальный метаболический процесс, который создает глюкозу из аминокислот в белке, лактат из мышц и глицерин из жирных кислот.

Во время голодания или ограничения углеводов глюконеогенез поддерживает уровень сахара в крови на здоровом уровне и обеспечивает энергию для печени и эритроцитов, тогда как кетогенез (сжигание кетонов для топлива) используется для обеспечения энергией мозга, сердца, почек, мышц, и других аэробны клеток.

Связь между кетогенезом и глюконеогенезом необходима для понимания кетогенных диет, но почему?

Потому что, если вы едите недостаточно белка, ваши мышечные ткани будут гореть, чтобы сделать глюкозу необходимую для вашего организма. С другой стороны, если вы едите слишком много белка, ваше тело никогда не попадет в глубокий кетоз.

Однако, даже если вы получите всю свою норму макроэлементов, ваше тело не будет сразу же увеличивать производство кетонов. На самом деле для вашего тела требуется до трех дней, чтобы попасть в кетоз (без помощи экзогенных кетонов).

Экзогенные кетоны — что это такое? Стоят ли они того?

Всю статью мы говорим об эндогенных кетонах или кетонах, которые сделаны организмом. Тем не менее, также можно употребить экзогенные кетоны, чтобы отправить ваше тело в кетоз, не дожидаясь, пока ваша печень сама будет производить кетоны.

Единственными настоящими экзогенными кетонами на рынке на сегодняшний день являются природные кетоновые соли, которые объединяют ацетоацетат или BHB с натрием, калием и / или кальцием. KetoForce, KetoCaNa и Keto OS являются наиболее популярными кетонами на рынке, но работают ли они?

Исследования кетоновых солей редко встречаются, но они, по всей видимости действительно повышают уровень кетона. В исследованиях, проведенных при голодании, кетоновую соль ацетоацетата натрия вводили через капельницу. Это привело к увеличению общего уровня кетонов на 47% -92%. Тем не менее, эндогенное производство кетонов снизилось до 67% -90% от нормального уровня голодания.

Что это значит для вас?

Употребление кетоновых солей, вероятно, увеличит уровень кетонов, но это может быть не очень полезно при долгосрочных кетогенных диетах. Это связано с тем, что поглощение кетонов приводит к повышению уровня кетонов, что в свою очередь приводит к тому, что печень прекращает производство кетонов. Другими словами, прием кетоновых добавок будет сдерживать собственное производство кетонов вашим организмом.

Если ваша цель – нахождение в долгосрочном кетозе, то экзогенные кетоны — не лучший выбор. Однако есть еще одно дополнение, которое может помочь увеличить производство эндогенных кетонов — МСТ. С помощью этого дополнения ваша печень, естественно, начнет жечь больше кетонов для производства топлива сразу (и намного дешевле экзогенных кетонов).

Как увеличить выработку кетонов без негативных последствий?

Хотя они и не являются кетонами, триглицериды средней цепи (MCT) могут быть разбиты на кетоновые тела в печени, не важно – в кетозе вы или нет.

MCT — это насыщенный жир, который отличается от любого другого насыщенного жира. Большинство насыщенных жиров, которые мы потребляем, проходят через лимфу в сердце и мышцы, оставляя в вашей печени остатки, которые могут быть превращены в кетоны.

Эти жиры, повышающие кетоны, встречаются в кокосовом орехе, кокосовом молоке и кокосовом масле, но наиболее эффективным способом потребления МСТ является использование добавки MCT в виде масла.

Как выбрать MCT масло? Лучшее MCT масло, которое стоит выбрать — это то, которое содержит исключительно триглицерид средней цепи, который называется каприловой кислотой (триглицерид средней цепи C-8). Известно, что каприловая кислота перерабатывается в кетоны быстрее и легче, чем другие типы триглицеридов со средней длиной цепи.

Однако, если вы не можете позволить себе более дорогую каприловую кислоту, любое другое MCT масло подойдет.

Необходима правильная дозировка масла MCT. Если вы выпьете слишком много и слишком быстро, то, вероятно, испытаете проблемы с пищеварением. Вот почему важно подобрать дозировку, которая увеличивает ваш энергетический уровень без каких-либо побочных эффектов. Далее вы можете либо придерживаться этой дозы, либо медленно ее увеличивать.

Важным предостережением является то, что пищевые добавки MCT не могут помочь диабетикам. Исследования на крысах показали, что добавка масла MCT может нанести ущерб здоровью крыс, которые имеют проблемы с регуляцией уровня сахара в крови. Эти данные могут указывать на то, что добавка масла MCT может повысить вероятность кетоацидоза у людей с диабетом.

Кетоацидоз — плохая сторона кетоза.

Повышение кетонов в крови не является хорошим признаком для всех. Когда инсулин не вырабатывается или не работает правильно, уровень кетонов может резко возрасти и продолжать расти до нездорового уровня. Это обычно называют диабетическим кетоацидозом. «Диабетическим», потому что это происходит у людей с диабетом Первого и Второго типа и «кетоацидозом», потому что чрезмерное количество кетонов заставляет кровь становиться очень кислой.

Этот сдвиг в кислотности крови может быть фатальным, но его можно легко смягчить. Наиболее распространенными симптомами являются жажда, частое мочеиспускание, тошнота, боль в животе, слабость, ароматическое дыхание и путаница. Если у вас есть эти симптомы, выпейте много воды, и они могут отступить. Проконсультируйтесь с вашим врачом, если симптомы не улучшатся.

Однако диабетический кетоацидоз можно предотвратить. Следуя кетогенной диете, диабетики 1 и 2 типа будут менее склонны к проблемам с уровнем сахара в крови и кетонов, и с большей вероятностью испытают преимущества кетоза (при условии, что они будут контролировать уровень инсулина).

Но как насчет людей, у которых нет диабета?

Для здоровых людей крайне маловероятно проявление кетоацидо. Здоровое тело создает много инсулина, и его клетки реагируют на этот инсулин соответствующим образом. Это позволяет печени производить кетоны в нужное время и прекращать их, когда слишком много кетоновых тел попадает в кровь.

Хорошая сторона кетонов – комплексные преимущества для здоровья.

Я уверен, что в ближайшее десятилетие стоит ожидать гораздо большего числа исследований кетонов, но вот краткий список преимуществ, которые уже подтверждены научно:

1. Кетоны стимулируют производство митохондрий.

Новые митохондрии образуются в клетках после того, как они начинают сжигание исключительно кетонов для топлива. Обнаружено, что это происходит в клетках мозга людей, находящихся на кетогенной диете.

Почему это важно? Потому что большое количество митохондрий приводит к большему количеству энергии и более здоровым клеткам.

2. Кетоз защищает и восстанавливает нервную систему

Многие проведенные исследования показали, что кетоны помогают сохранить функцию стареющих нервных клеток и помогают в регенерации поврежденной и неисправной нервной системы. Например, одно исследование показало, что кетоны помогли пациентам с острой мозговой травмой получить значительные улучшения.

3. Кетоны действуют как антиоксиданты

Сжигание кетонов в качестве топлива уменьшает количество активных форм кислорода и образующихся свободных радикалов. Это помогает защитить организм от повреждений и болезней, которые могут вызвать реактивные виды кислорода и свободные радикалы.

4. Кетоны сохраняют мышечную массу.

Когда вы теряете мышечную массу, вы теряете годы своей жизни. Это неприятный побочный эффект старения, однако кетогенная диета может стать защитным средством.

Многие исследования показали, что кетоны обладают эффектом сохранения мышц. Этот эффект был особенно заметен у людей, которые ограничивали калории, чтобы похудеть. Это делает кетогенную диету и кетоны не только отличным средством для потери жира, но и для долголетия.

5. Помощь кетонов в предотвращении роста раковых клеток.

Исследования показывают, что кетоны могут помочь бороться с раком. Это связано с тем, что раковые клетки не могут использовать кетоны в качестве топлива. Без топлива раковые клетки не имеют энергии для роста, и иммунная система может помочь устранить их из организма.

6. Кетоны могут улучшить качество жизни людей с аутизмом.

Исследования на мышах, которые проявили подобное поведение, как люди с аутизмом, дают нам многообещающие результаты. В этих исследованиях было обнаружено, что кетогенная диета может улучшать и даже отменять аутизм-подобное поведение у мышей.

Эти положительные результаты, вероятно, были вызваны двумя факторами. Первый фактор заключается в том, что клетки мозга функционируют более эффективно, когда они используют кетоны для топлива, а не сахар. Во-вторых, кетоны могут оказывать ингибирующее действие на нервные клетки. Что происходит, когда вы делаете гипер-возбудимую нервную систему более эффективной и менее активной? Меньше поведения, связанного с аутизмом.

Вот они — шесть преимуществ кетонов, которые подкреплены наукой. Однако, имейте ввиду, что мы все еще только начинаем понимать эффекты, которые кетоны оказывают на организм, поэтому этот список далек от завершения.

На последок.

Если вы поддерживаете здоровый уровень инсулина и питаетесь по кетогенной диете с правильным соотношением макроэлементов, вы попадаете в кетоз и испытываете множество преимуществ кетонов без каких-либо побочных эффектов.

Если вам нужно быстрое повышение уровня кетонов, попробуйте добавить MCT масло. Этот насыщенный жир облегчит вашему телу производство кетонов и адаптацию к кетогенной диете.

И не забывайте о глюконеогенезе. Без правильного потребления белка и жира ваше тело будет продолжать использовать глюконеогенез в качестве топлива вместо того, чтобы переходить в кетоз.

Источники:

Кетоновые тела — это… Что такое Кетоновые тела?

Химическая структура трёх кетоновых тел: ацетон, ацетоуксусная, и бета-оксимаслянная кислоты.^[1]

Кето́новые тела́ (синоним: ацето́новые тела, ацето́н [распространённый медицинский жаргонизм]) — группа продуктов обмена веществ, которые образуются в печени из ацетил-КоА^[2]:

• ацетон (пропанон) [H₃C—CO—CH₃]
• ацетоуксусная кислота (ацетоацетат) [H₃C—CO—CH₂—COOH]
• бета-гидроксимасляная кислота (β-гидроксибутират) [H₃C—CHOH—CH₂—COOH]

Историческая справка

Прежние представления о том, что кетоновые тела являются промежуточными продуктами бета-окисления жирных кислот, оказались ошибочными^[2]:

• 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^[2] (в сущности являясь токсическим веществом для головного мозга, циркулирует в мизе́рной концентрации).

Нормальное содержание кетоновых тел в плазме крови человека и большинства млекопитающих (за исключением жвачных) составлет 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:^[2]

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

Ac—КоА + Ac—КоА → H₃C—CO—CH₂—CO—S—КоА

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

H₃C—CO—CH₂—CO—S—КоА + Ac—КоА → HOOC—CH₂—COH(CH₃)—CH₂—CO—S—КоА

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

HOOC—CH₂—COH(CH₃)—CH₂—CO—S—КоА → H₃C—CO—CH₂—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.^[2]

H₃C—CO—CH₂—COOH + NADH → H₃C—CHOH—CH₂—COOH

Ацетоуксусная кислота в процессе метаболизма способна окисляться до ацетона с выделением молекулы углекислого газа:^[1]

H₃C—CO—CH₂—COOH → CO₂ + H₃C—CO—CH₃

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^[3]. 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.^[2]

H₃C—CO—CH₂—CO—S-КоА + H₂O → H₃C—CO—CH₂—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 (повышение концентрации кетоновых тел в крови) возникает при нарушении равновесия — скорость синтеза кетоновых тел превышает скорость их утилизации периферическими тканями организма.^[2]

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.^[2] Во время голодания кетоновые тела являются одним из основных источников энергии для мозга.^[4][5]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:^[2]

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

H₃C—CO—CH₂—COOH (Ацетоуксусная кислота)

|

+ АТФ + HS-КоА Ацил-КоА-синтетаза → АМФ + ФФ_н

↓

H₃C—CO—CH₂—CO—S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

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

HOOC—CH₂—CH₂—CO—S-КоА (Сукцинил-КоА) + H₃C—CO—CH₂—COOH (Ацетоуксусная кислота)

↓↑

HOOC—CH₂—CH₂—COOH (Сукцинат) + H₃C—CO—CH₂—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 CO₂ и H₂O.

H₃C—CO—CH₂—CO—S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

|

+ HS-КоА → H₃C—CO—S-КоА

↓

H₃C—CO—S-КоА ( Ацетил-КоА)

Повышение содержания кетоновых тел в организме связано прежде всего с дефицитом углеводов в обеспечении организма энергией: перегрузка белками и жирами на фоне недостатка легкоперевариваемых углеводов в рационе, истощение, ожирение, нарушение эндокринной регуляции (сахарный диабет, тиреотоксикоз), отравления, травма черепа и т. д.

Лабораторная диагностика

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

Примечания

См. также

Кетоновые тела Википедия

Кето́новые тела́ (синоним: ацето́новые тела, ацето́н [распространённый медицинский жаргонизм]) — группа продуктов обмена веществ, которые образуются в печени из ацетил-КоА^[2]:

Историческая справка[ | ]

Прежние представления о том, что кетоновые тела являются промежуточными продуктами бета-окисления жирных кислот, оказались ошибочными^[2]:

• 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^[2]

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:^[2]

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

Ac−КоА + Ac−КоА → .

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

H₃C−CO−CH₂−CO−S−КоА + Ac−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−CH₂−COH(CH₃)−CH₂−CO−S−КоА → + 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.^[2]

H₃C−CO−CH₂−COOH + NADH → .

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

Кетоновые тела — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Кето́новые тела́ (синоним: ацето́новые тела, ацето́н [распространённый медицинский жаргонизм]) — группа продуктов обмена веществ, которые образуются в печени из ацетил-КоА^[2]:

Историческая справка

Прежние представления о том, что кетоновые тела являются промежуточными продуктами бета-окисления жирных кислот, оказались ошибочными^[2]:

• 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^[2]

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:^[2]

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

Ac−КоА + Ac−КоА → .

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

H₃C−CO−CH₂−CO−S−КоА + Ac−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−CH₂−COH(CH₃)−CH₂−CO−S−КоА → + 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.^[2]

H₃C−CO−CH₂−COOH + NADH → .

Ацетоуксусная кислота в процессе метаболизма способна окисляться до ацетона с выделением молекулы углекислого газа:^[1]

H₃C−CO−CH₂−COOH → CO₂ + .

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^[3]. 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.^[2]

+ H₂O → + 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.^[2]

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.^[2] Во время голодания кетоновые тела являются одним из основных источников энергии для мозга.^[4][5]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:^[2]

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

H₃C—CO—CH₂—COOH (Ацетоуксусная кислота)

|

+ АТФ + HS-КоА Ацил-КоА-синтетаза → АМФ + ФФ_н

↓

H₃C—CO—CH₂—CO—S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

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

HOOC—CH₂—CH₂—CO—S-КоА (Сукцинил-КоА) + H₃C—CO—CH₂—COOH (Ацетоуксусная кислота)

↓↑

HOOC—CH₂—CH₂—COOH (Сукцинат) + H₃C—CO—CH₂—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 CO₂ и H₂O.

H₃C—CO—CH₂—CO—S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

|

+ HS-КоА → H₃C—CO—S-КоА

↓

H₃C—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

Кетоновые тела — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Кето́новые тела́ (синоним: ацето́новые тела, ацето́н [распространённый медицинский жаргонизм]) — группа продуктов обмена веществ, которые образуются в печени из ацетил-КоА^[2]:

Историческая справка

Прежние представления о том, что кетоновые тела являются промежуточными продуктами бета-окисления жирных кислот, оказались ошибочными^[2]:

• 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^[2]

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:^[2]

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

Ac−КоА + Ac−КоА → .

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

H₃C−CO−CH₂−CO−S−КоА + Ac−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−CH₂−COH(CH₃)−CH₂−CO−S−КоА → + 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.^[2]

H₃C−CO−CH₂−COOH + NADH → .

Ацетоуксусная кислота в процессе метаболизма способна окисляться до ацетона с выделением молекулы углекислого газа:^[1]

H₃C−CO−CH₂−COOH → CO₂ + .

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^[3]. 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.^[2]

+ H₂O → + 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.^[2]

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.^[2] Во время голодания кетоновые тела являются одним из основных источников энергии для мозга.^[4][5]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:^[2]

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

H₃C—CO—CH₂—COOH (Ацетоуксусная кислота)

|

+ АТФ + HS-КоА Ацил-КоА-синтетаза → АМФ + ФФ_н

↓

H₃C—CO—CH₂—CO—S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

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

HOOC—CH₂—CH₂—CO—S-КоА (Сукцинил-КоА) + H₃C—CO—CH₂—COOH (Ацетоуксусная кислота)

↓↑

HOOC—CH₂—CH₂—COOH (Сукцинат) + H₃C—CO—CH₂—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 CO₂ и H₂O.

H₃C—CO—CH₂—CO—S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

|

+ HS-КоА → H₃C—CO—S-КоА

↓

H₃C—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

Вопрос 53. Кетоновые тела. Биосинтез, использование в качестве источника энергии. Биохимический механизм кетонемии и кетонурии.

При голодании, длительной физической работе и в случаях, когда клетки не получают достаточного количества глюкозы, жирные кислоты. используются многими тканями как основной источник энергии. В отличие от других тканей мозг и другие отделы нервной ткани практически не используют жирные кислоты в качестве источника энергии. В печени часть жирных кислот превращается в кетоновые тела, которые окисляются мозгом, нервной тканью, мышцами, обеспечивая достаточное количество энергии для синтеза АТФ и уменьшая потребление глюкозы. К кетоновым телам относят β-гидроксибутират, ацетоацетат и ацетон. Первые две молекулы могут окисляться в тканях, обеспечивая синтез АТФ. Ацетон образуется только при высоких концентрациях кетоновых тел в крови и, выделяясь с мочой, выдыхаемым воздухом и потом, позволяет организму избавляться от избытка кетоновых тел. Синтез кетоновых тел в печени. При низком соотношении инсулин/глюкагон в крови в жировой ткани активируется распад жиров. Жирные кислоты поступают в печень в большем количестве, чем в норме, поэтому увеличивается скорость β-окисления (рис. 8-32). Скорость реакций ЦТК в этих условиях снижена, так как оксалоацетат используется для глюконеогенеза. В результате скорость образования ацетил-КоА превышает способность ЦТК окислять его. Ацетил-КоА накапливается в митохондриях печени и используется для синтеза кетоновых тел. Синтез кетоновых тел происходит только в митохондриях печени.

Синтез кетоновых телначинается с взаимодействия двух молекул ацетил-КоА, которые под действием фермента тиолазы образуют ацетоацетил-КоА (рис. 8-33). С ацетоацетил-КоА взаимодействует третья молекула ацетил-КоА, образуя 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА). Эту реакцию катализирует фермент ГМГ-КоА-синтаза. Далее ГМГ-КоА-лиаза катализирует расщепление ГМГ-КоА на свободный ацетоацетат и ацетил-КоА. Ацетоацетат может выделяться в кровь или превращаться в печени в другое кетоновое тело — β-гидроксибутират путём восстановления. В клетках печени при активном β-окислении создаётся высокая концентрация NADH. Это способствует превращению большей части ацетоацетата в β-гидроксибутират, поэтому основное кетоновое тело в крови — именно β-гидроксибутират. При голодании для многих тканей жирные кислоты и кетоновые тела становятся основными топливными молекулами. Глюкоза используется в первую очередь нервной тканью и эритроцитами. При высокой концентрации ацетоацетата часть его неферментативно декарбоксилируется, превращаясь в ацетон. Ацетон не утилизируется тканями, но выделяется с выдыхаемым воздухом и мочой. Таким путём организм удаляет избыточное количество кетоновых тел, которые не успевают окисляться, но, являясь водорастворимыми кислотами, вызывают ацидоз.Кетоацидоз. В норме концентрация кетоновых тел в крови составляет 1-3 мг/дл (до 0,2 мМ/л), но при голодании значительно увеличивается. Увеличение концентрации кетоновых тел в крови называют кетонемией, выделение кетоновых тел с мочой — кетонурией. Накопление кетоновых тел в организме приводит к кетоацидозу: уменьшению щелочного резерва (компенсированному ацидозу), а в тяжёлых случаях — к сдвигу рН (некомпенсированному ацидозу), так как кетоновые тела (кроме ацетона) являются водорастворимыми органическими кислотами (рК~3,5), способными к диссоциации:

СН3-СО-СН2-СООН ↔ СН3-СО-СН2-СОО- + Н+.

Ацидоз достигает опасных величин при сахарном диабете, так как концентрация кетоновых тел при этом заболевании может доходить до 400-500 мг/дл. Тяжёлая форма ацидоза — одна из основных причин смерти при сахарном диабете. Накопление протонов в крови нарушает связывание кислорода гемоглобином, влияет на ионизацию функциональных групп белков, нарушая их кон-формацию и функцию.