Ako sa z ketolátok stanú energie FOODPUNK
Ketónové telieska sa tvoria v pečeni a potom sa dostanú do krvi. Sú malé a ľahko rozpustné vo vode. Dajú sa teda úžasne transportovať celým telom. Ako však môžu orgány, ktoré normálne spaľujú glukózu, náhle získať energiu z ketolátok?
V minulom článku som predstavil ketogenézu - produkciu ketónových teliesok v pečeni. Ešte nevieš Prečítajte si ju rýchlo znova! Počkám tak dlho.
Pečeň nemôže robiť nič s ketolátkami
Samotnej pečeni chýba určitý enzým, ktorý by generoval energiu z ketolátok. Kolega sa volá 3-ketokyselinová CoA transferáza. Ak sa vrátime k porovnaniu našich zábavných parkov, môžete si pečeň predstaviť ako konkrétny park. V Europaparku jednoducho nie sú rovnaké atrakcie a horské dráhy ako v Disneylande. Ani tí istí zamestnanci. Pečeň je Europapark. Lákadlom sú určité metabolické cesty a zamestnancami sú enzýmy. Ak naozaj chcem mať atrakciu z Disneylandu, potom môžem tak dlho fňukať k zamestnancom v Europaparku, nepomáha to. Musím ísť do Disneylandu. A myslia si to aj naše ketolátky. Europe Park? Žiadny Disneyho hrad? No potom už len odídem. Pravdepodobne sme zamestnancov v Ruste natoľko rozžiarili, že nás aj tak vyhodia. A tak pečeň vyhadzuje ketolátky. Do krvi.
Ketónové telieska sú ľahko rozpustné vo vode
Na ceste do Disneylandu majú ketónové telieska rozhodujúcu výhodu: Cestujete autom. To znamená, že môžu diaľnicu brať úplne nezávisle. Z Rustu do Paríža. Ostatní, rovnako ako mastné kyseliny, musia čakať na autobus alebo minú príliš veľa peňazí za taxík. Ketónové telieska sa dobre rozpúšťajú vo vode, to je vaše auto. Pretože mastné kyseliny nie sú ľahko rozpustné vo vode, potrebujú dopravný prostriedok. Váš autobus je transportný proteínový albumín. Sú k tomu viazaní a môžu blúdiť krvou. Tuk sa len tak dobre nemieša s vodou.
Ak sa zvýši koncentrácia ketónov v krvi, zvýši sa to aj v orgánoch
Len čo sú niektoré ketolátky v krvi, niektoré sa pretlačia cez bunkové steny orgánov. Čím viac ketónových teliesok je v krvi, tým silnejší je dav. Tlačia a strkajú a čoraz viac sa tlačí cez bunkovú stenu do buniek orgánov. Bunky orgánov, ako sú svaly a mozog, už dávno nemali takýchto hostí. Zvyčajne dostanú iba návštevu glukózy. Spočiatku vlastne nevedia, čo robiť s týmito podivnými ketolátkami.
10 - 20% ketolátok sa nedostane ani do orgánov. Po ceste sa stratia a vylučujú sa močom. Strata je vždy malá. Preto môžete merať „ketózu“ v moči.
Orgány sa musia naučiť spaľovať ketolátky
Keby vám niekto dal do ruky neobvyklý druh zeleniny - povedzme okru, vedeli by ste okamžite, aké vynikajúce veci sa s ním dajú uvariť? Negooglite si to. Myslím, že nie každý by mal hneď nápad. Ale čím častejšie varíte s okrou, tým lepšie vám s ňou budú chutiť pokrmy. Naučíte sa používať zeleninu, ktorá vám bola predtým taká cudzia. Podobné je to aj v orgánoch. Spočiatku vlastne nevedia, čo robiť s ketolátkami. Dalo by sa tiež povedať: Zrazu je obzvlášť veľký počet návštevníkov z Okra v Disneylande. Bohužiaľ nikto z personálu nehovorí okra. Najskôr môžu zamestnanci svojich hostí k atrakciám viesť iba zdvihnutím ruky. V zábavnom parku je potrebné zamestnať kompetentných pracovníkov, ktorí rozumejú jazyku nových hostí. Trvá určitý čas, kým sa zamestná dostatočný počet pracovníkov hovoriacich okra, ktorí sú schopní obsluhovať všetky ketolátky.
V orgánoch sa musia najskôr vytvoriť správne enzýmy, aby sa mohli rozložiť ketolátky. Pomaly, ale isto sa degradácia stále zlepšuje. Spúšťačom tvorby nových enzýmov sú samotné ketónové telieska. Rovnako ako v Disneylande boli Okrariáni spúšťačom skutočnosti, že bolo potrebné zamestnať zamestnancov hovoriacich okra.
Ketolýza je reverzná ketogenéza. Skoro!
V ketogenéze, t. J. Generovaní ketónových teliesok, boli ketónové telieska vyrobené z drvených aktivovaných mastných kyselín (acetyl-CoA). Počas ketolýzy, rozkladu ketolátok, sa z nich opäť stáva acetyl-CoA. To sa dostane do takzvaného cyklu kyseliny citrónovej (tiež Krebsov cyklus alebo cyklus kyseliny citrónovej) a úplne sa rozdelí na jednotlivé časti. Takto sa vytvára energia. Energia je uložená vo forme ATP. Toto je univerzálna energetická mena tela. Niečo ako euro pre Európu. Nebojte sa, v tele funguje dobre!
(Telo pochopilo, že energiu je možné kedykoľvek previesť iba z inej formy. Energia nemôže jednoducho vzniknúť, nemôže sa novo vyrobiť. Neexistuje nič také ako energetická inflácia).
Na odbúranie ketolátok sú potrebné 3 enzýmy
Najskôr sa musí ketónové telo 3-hydroxybutyrát previesť späť na acetoacetát. Kanoe opäť len magicky zmení svoj tvar. Ako sa z acetoacetátu stal 3-hydroxybutyrát, si môžete opäť prečítať tu. Ak sú tieto myšlienkové hry pre vás príliš farebné a dali by ste prednosť vážnej vede, posuňte sa o kúsok ďalej. Pod obrázkom nájdete biochemické procesy, ktoré sú opäť vážne vysvetlené vedeckým jazykom.
Si stále tu? Potom pre vás farebné hry na myseľ pokračujú:
Osoba zodpovedná za túto magickú premenu (enzým) je 3-hydroxybutyrát dehydrogenáza. Zamestnanec potom aktivuje 3-keto-kyselinu-CoA transferázu, acetoacetát. Zapne takpovediac tandemový spínač acetoacetát na kanoe. Potom sa z neho stane acetoacetyl-CoA, aktivovaná forma acetoacetu. Zdá sa mi, že personál na ketolýze je až príliš dobrý v prezývkach. Je to vlastne škoda.
V ketogenéze boli dva kanoe spojené tak, aby vytvorili kanoistický tandem. Tu sú teraz počas ketolýzy obidve kanoe opäť oddelené. Teraz sme sa vrátili k jednotlivým kanoe, Acetyl-CoA. Za tento krok je zodpovedný zamestnanec/enzým acetoacetyl-CoA-tioláza. Ako už bolo spomenuté, dostáva sa to do cyklu kyseliny citrónovej a získava sa z neho energia.
Tento komplikovaný proces je šikovný krok
Dobre, a prečo všetko úsilie? Mastné kyseliny sa najskôr uvoľňujú z tukového tkaniva do krvi, potom sa premieňajú na ketolátky v pečeni. Pečeň však s ketolátkami nemôže nič robiť, a preto ich opäť vyhadzuje. Cez krv sa dostávajú do svalov, mozgu a ďalších orgánov. Tam sa ketónové telieska opäť štiepia a používajú sa na energiu. Nemôžete sa týmto činom zachrániť a priamo spaľovať mastné kyseliny v orgánoch?
Odpoveď je „dobrá“. Svaly spaľujú niektoré mastné kyseliny. Ako už bolo uvedené, nie sú však veľmi rozpustné vo vode, a preto sa musia transportovať viazané na albumín. Prepravná kapacita je obmedzená. Mozog nemôže vôbec používať mastné kyseliny, pretože nemôže prekonať hematoencefalickú bariéru. Ketónové telieska môžu naopak prechádzať hematoencefalickou bariérou.
V dobách bez jedla nemalo telo našich predkov nič iné ako svoje tukové zásoby. Pretože mozog ich nemohol priamo použiť, „obchádzka“ nás zachránila. Mozog mal palivo, ktoré bolo stále pri vás. Ketónové telieska získané z telesného tuku.
Ako mozog presne využíva ketolátky, ako mení svoj metabolizmus a ako efektívne je to celé, vysvetlím v ďalšom článku.
Teraz nasleduje biochemická schéma s opísanou metabolickou cestou a potom „seriózny“ popis procesov a zdroja.
Ketoolýza v extrahepatálnych orgánoch
Samotné hepatocyty nemôžu používať ketónové telieska - chýba im enzým 3-keto-kyselina-CoA transferáza - preto sa ketónové telieska uvoľňujú do krvi. Zatiaľ čo mastné kyseliny nie sú rozpustné vo vode, a preto sa v obehu viažu na albumín, ketolátky sú ľahko rozpustné vo vode. AcAc a 3HB difundujú do extrahepatálneho tkaniva pozdĺž svojho koncentračného gradientu a rýchlosť ich oxidácie v tkanivách je priamo úmerná ich koncentrácii v krvi. Napriek tomu sa 10 - 20% ketolátok v ketogénnom metabolickom stave vylúči močom. Počas ketolýzy sa ketónové telieska prevedú späť na acetyl-CoA, ktorý potom vstúpi do cyklu kyseliny citrónovej a úplne sa oxiduje. Spotreba kyslíka na mol vyprodukovaného ATP je nižšia ako pri úplnej oxidácii glukózy.
Pre metabolizmus musí byť najskôr 3HB prevedený späť na AcAc. Rovnako ako interkonverzia v pečeni, je reakcia katalyzovaná 3-hydroxybutyrátdehydrogenázou. 3-Keto kyselina-CoA transferáza potom aktivuje AcAc na acetoacetyl-CoA.
Acetoacetát + sukcinyl-CoA → acetoacetyl-CoA + sukcinát
Potom sa acetoacetyl-CoA rozdelí na dve molekuly acetyl-CoA acetoacetyl-CoA tiolázou.
Acetoacetyl-CoA ↔ 2 acetyl-CoA
Rovnako ako ketogenéza, aj ketolýza je lokalizovaná v mitochondriách. Výsledný acetyl-CoA sa oxiduje na H20 a CO2 v cykle kyseliny citrónovej. „Obchádzka“ oxidácie mastných kyselín prostredníctvom ketolátok stojí ďalšiu energiu, ale je to spôsob prenosu energetického obsahu mastných kyselín z pečene do extrahepatálnych orgánov vo vode rozpustným spôsobom. Hlavným dôvodom môže byť to, že ketolátky sú jediným alternatívnym zdrojom energie pre glukózu pre mozog v čase abstinencie od jedla.
Ketónové telieska môžu byť metabolizované mnohými orgánmi, ako sú mozog, srdce a kostrové svalstvo, pričom najdôležitejšou a najlepšie kvantitatívne študovanou je ketolýza v mozgu.
Zdroje a zaujímavá literatúra:
Owen OE, Felig P, Morgan AP, Wahren J, Cahill GF. 1969. Metabolizmus pečene a obličiek počas dlhodobého hladovania. J Clin Invest, 48 (3): 574-583.
Veech RL, Šanca B, Kashiwaya Y, Lardy HA, Cahill GF. 2001. Potenciálne terapeutické použitia ketónových telies. IUBMB life, 51 (4): 241-247.
Stipanuk MH, Caudill MA. 2013. Biochemické fyziologické a molekulárne aspekty výživy človeka. Tretie vydanie vo Philadelphii: Elsevier Saunders, 379-381.