Скелетные мышцы и почки используют кетоновые тела даже при их низкой концентрации в крови.

Рис. 8.20. Изменение концентрации глюкозы, жирных кислот и кетоновых тел в плазме крови при голодании

2. Синтез кетоновых тел происходит в митохондриях печени и в небольшом количестве - в корковом слое почек. Исходным субстратом синтеза служит ацетил-КоА, образующийся в результате β-окисления жирных кислот. Ситуация, в которой увеличивается синтез кетоновых тел, развивается следующим образом. При голодании гормон глюкагон (или адреналин при физической работе) через аденилатциклазную систему в жировой ткани активирует распад жира. Жирные кислоты выделяются в кровь и транспортируются в комплексе с альбуминами в печень. В печени увеличивается скорость β-окисления и образуется большое количество ацетил-КоА. Скорость реакций цикла Кребса в этих условиях снижена в результате ингибирования регуляторных ферментов цитратного цикла аллостерическими ингибиторами АТФ и NADH, концентрация которых повышена в результате активного β-окисления. Кроме того, при высокой концентрации NADH оксалоацетат восстанавливается до малата и в такой форме переносится в цитозоль, где реакция идет в обратном направлении. Оксалоацетат становится субстратом для глюконеогенеза и менее доступен для взаимодействия с ацетил-КоА. В результате в митохондриях накапливается ацетил-КоА, который используется для синтеза кетоновых тел (рис. 8.21, 8.22).

Рис. 8.21. Активация синтеза кетоновых тел при голодании

Пунктирная линия - скорость метаболических путей снижена, сплошная линия - повышена. При голодании в результате преобладания действия глюкагона активируются липолиз в жировой ткани и β-окисление в печени. Количество оксалоацетата в митохондриях уменьшается, так как его образуется меньше, и, кроме того, он выходит в цитозоль (восстанавливаясь до малата), где используется в глюконеогенезе. В результате скорость использования ацетил-КоА в ЦТК снижается и он используется для синтеза кетоновых тел. Синтез кетоновых тел значительно увеличивается при сахарном диабете

Основным кетоновым телом в крови является β-гидроксибутират (рис. 8.22), так как равновесие в реакции Ацетоацетат β-Гидроксибутират сдвинуто вправо из-за присутствия высоких концентраций NАDН, который восстанавливается в реакциях β-окисления, протекающих, как и синтез кетоновых тел, в матриксе митохондрий. Повышение концентрации кетоновых тел в крови называют кетонемией.

3. Регуляция синтеза кетоновых тел осуществляется через фермент ГМГ-КоА-синтазу (рис. 8.22). Этот фермент ингибируется при высоких концентрациях свободного кофермента HS-КоА. Таким образом скорость синтеза кетоновых тел координируется с количеством жирных кислот, поступающих в печень. В ситуациях голодания, сахарного диабета, тяжелой физической работы под действием гормонов глюкагона и адреналина происходит мобилизация ТАГ из жировой ткани, поток жирных кислот в печень увеличивается и HS-КоА связывается с жирными кислотами в ацилКоА. Концентрация свободного HS-КоА снижается и синтез кетоновых тел увеличивается.

Рис. 8.22. Синтез кетоновых тел в митохондриях гепатоцитов

* - реакция происходит неферментативно только при высокой концентрации ацетоацетата в крови, например при длительном голодании или сахарном диабете

4. Окисление кетоновых тел как источников энергии происходит во многих тканях (рис. 8.23). В печени отсутствует фермент, необходимый для активации кетоновых тел - сукцинил-КоА-ацетоацетаттрансфераза. Поэтому печень не окисляет кетоновые тела и продуцирует их только на «экспорт». Эритроциты, в которых отсутствуют митохондрии, также не используют кетоновые тела.

5. При длительном голодании и особенно при сахарном диабете в крови существенно возрастает концентрация кетоновых тел и организм не успевает их утилизировать. При накоплении кетоновых тел развивается кетоацидоз, так как ацетоацетат и β-гидроксибутират - это легко диссоцирующие кислоты:

Кетоацидоз является опасным осложнением сахарного диабета. При высоких концентрациях кетоновых тел в крови ацетоацетат неферментативно декарбоксилируется, превращаясь в третье кетоновое тело - ацетон.Ацетон не утилизируется как источник энергии и выводится из организма.