कीटोन बॉडी चयापचय

कीटोन बॉडी (एसीटोएसीटेट, बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट और एसीटोन) जल-घुलनशील ईंधन हैं जो यकृत द्वारा एसिटाइल-सीओए से तब बनते हैं जब वसा अम्ल ऑक्सीकरण उच्च होता है और कार्बोहाइड्रेट की कमी होती है। इन्हें मस्तिष्क, हृदय और कंकाल की मांसपेशियों में निर्यात किया जाता है, जहाँ इन्हें ऊर्जा के लिए एसिटाइल-सीओए में पुनः परिवर्तित किया जाता है, जिससे शरीर को उपवास, लंबे समय तक व्यायाम और नवजात अवधि के दौरान ग्लूकोज को बचाने में मदद मिलती है।

Definition

कीटोन बॉडी चयापचय में कीटोजेनेसिस शामिल है, जो यकृत माइटोकॉन्ड्रियल मार्ग है जो एसिटाइल-सीओए को एसीटोएसीटेट और बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट में संघनित करता है (एचएमजी-सीओए सिंथेज़ नियंत्रक एंजाइम के रूप में), और कीटोलिसिस, अतिरिक्त-यकृत मार्ग जो इन बॉडी को सिट्रिक एसिड चक्र में ऑक्सीकरण के लिए एसिटाइल-सीओए में पुनः सक्रिय करता है।

Scope

यह प्रविष्टि एसिटाइल-सीओए से यकृत कीटोजेनेसिस, परिधीय कीटोलिसिस, हार्मोनल और चयापचय संबंधी स्थितियों को शामिल करती है जो कीटोन उत्पादन को चालू करती हैं, और एक सिग्नलिंग अणु के रूप में बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट की उभरती भूमिका को भी शामिल करती है। यह शारीरिक कीटोसिस को वैचारिक स्तर पर रोग संबंधी कीटोएसिडोसिस से अलग करती है। यह एक जैव रासायनिक संदर्भ है और कीटोएसिडोसिस या कीटोजेनिक आहार के प्रबंधन पर मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।

Core questions

• किन चयापचय संबंधी स्थितियों में यकृत कीटोन बॉडी का उत्पादन करता है?
• कीटोजेनेसिस का नियंत्रक एंजाइम क्या है?
• यकृत कीटोन बॉडी बना क्यों सकता है लेकिन उनका उपयोग क्यों नहीं कर सकता?
• परिधीय ऊतक कीटोन बॉडी को वापस उपयोग योग्य ईंधन में कैसे परिवर्तित करते हैं?

Key concepts

• एसीटोएसीटेट, बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट और एसीटोन
• एचएमजी-सीओए सिंथेज़ (माइटोकॉन्ड्रियल, कीटोजेनेसिस के लिए दर-नियंत्रक)
• यकृत माइटोकॉन्ड्रिया में कीटोजेनेसिस
• कीटोलिसिस और SCOT (थियोफोरेज़) की भूमिका
• उपवास के दौरान ग्लूकोज की बचत
• शारीरिक कीटोसिस बनाम मधुमेह कीटोएसिडोसिस
• बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट सिग्नलिंग

Key theories

यकृत वसा अम्ल ऑक्सीकरण के अतिप्रवाह के रूप में कीटोजेनेसिस

जब उपवास यकृत बीटा-ऑक्सीकरण की उच्च दरों को बढ़ाता है और ऑक्सालोएसीटेट ग्लूकोनियोजेनेसिस में बदल जाता है, तो एसिटाइल-सीओए सिट्रिक-एसिड-चक्र क्षमता से अधिक जमा हो जाता है और कीटोन बॉडी में पुनः निर्देशित हो जाता है, इसलिए कीटोजेनेसिस उन्हीं नियामक संकेतों (कम मैलोनिल-सीओए, उच्च वसा अम्ल प्रवाह) का अनुसरण करता है जो ऑक्सीकरण को नियंत्रित करते हैं।

सिग्नलिंग मेटाबोलाइट के रूप में बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट

ईंधन के रूप में अपनी भूमिका के अलावा, बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट वर्ग I हिस्टोन डीएसेटाइलेज़ के एक अंतर्जात अवरोधक के रूप में और कुछ रिसेप्टर्स के लिए एक लिगैंड के रूप में कार्य करता है, जो उपवास की चयापचय स्थिति को जीन अभिव्यक्ति और सिग्नलिंग में परिवर्तनों से जोड़ता है।

Mechanisms

उपवास या कार्बोहाइड्रेट प्रतिबंध के दौरान, कम इंसुलिन और उच्च ग्लूकागन वसा ऊतक लाइपोलिसिस और यकृत वसा अम्ल ऑक्सीकरण को बढ़ावा देते हैं, जिससे माइटोकॉन्ड्रियल एसिटाइल-सीओए बढ़ता है। क्योंकि ऑक्सालोएसीटेट ग्लूकोनियोजेनेसिस द्वारा खपत होता है, एसिटाइल-सीओए पूरी तरह से सिट्रिक एसिड चक्र में प्रवेश नहीं कर सकता है, इसलिए दो एसिटाइल-सीओए एसीटोएसीटाइल-सीओए में संघनित होते हैं, जिसे माइटोकॉन्ड्रियल एचएमजी-सीओए सिंथेज़ (नियंत्रक चरण) एचएमजी-सीओए में परिवर्तित करता है; एचएमजी-सीओए लाइएज़ तब एसीटोएसीटेट छोड़ता है, जो प्रतिवर्ती रूप से बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट में कम हो जाता है या स्वतः ही एसीटोन में डीकार्बोक्सिलेट हो जाता है। ये कीटोन बॉडी रक्त में प्रवेश करती हैं और अतिरिक्त-यकृत ऊतकों द्वारा ग्रहण की जाती हैं, जहाँ बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट को एसीटोएसीटेट में पुनः ऑक्सीकृत किया जाता है, सक्सिनाइल-सीओए:3-कीटोएसिड सीओए ट्रांसफरेज़ (SCOT) द्वारा एसीटोएसीटाइल-सीओए में सक्रिय किया जाता है, और ऑक्सीकरण के लिए दो एसिटाइल-सीओए में विभाजित किया जाता है। यकृत ऊर्जा के लिए कीटोन बॉडी का उपयोग नहीं कर सकता क्योंकि इसमें SCOT की कमी होती है, जिससे यह शुद्ध निर्यातक बना रहता है।

Clinical relevance

कीटोन बॉडी चयापचय बताता है कि लंबे समय तक उपवास के दौरान मस्तिष्क को कैसे ईंधन मिलता है, पोषण संबंधी कीटोसिस का आधार, और, रोग संबंधी चरम पर, मधुमेह कीटोएसिडोसिस का अनियंत्रित कीटोन उत्पादन जब इंसुलिन अनुपस्थित होता है। यह प्रविष्टि संदर्भ और शिक्षा के लिए सामान्य शरीर विज्ञान और जैव रसायन प्रस्तुत करती है और कीटोएसिडोसिस के निदान या प्रबंधन या आहार संबंधी व्यवस्थाओं को निर्धारित करने का आधार नहीं है।

History

कीटोन बॉडी को लंबे समय तक मुख्य रूप से मधुमेह में देखे जाने वाले विषाक्त उपोत्पाद माना जाता था, लेकिन बीसवीं सदी के मध्य के शरीर विज्ञान, जिसमें क्रेब्स और विलियमसन का काम शामिल है, ने उन्हें सामान्य और महत्वपूर्ण श्वसन ईंधन के रूप में स्थापित किया, विशेष रूप से मस्तिष्क के लिए भुखमरी के दौरान जैसा कि काहिल उपवास अध्ययनों से पता चला है। मैकगैरी और फोस्टर ने कीटोजेनेसिस को यकृत वसा अम्ल ऑक्सीकरण की व्यापक नियामक योजना में एकीकृत किया, और हाल के काम ने सिग्नलिंग अणु के रूप में बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट की भूमिकाओं का खुलासा किया है।

Key figures

• J. Denis McGarry
• Daniel Foster
• Dennis Williamson
• Hans Krebs

Seminal works

• mcgarry-foster-1980
• robinson-williamson-1980
• puchalska-crawford-2017

Frequently asked questions

यकृत कीटोन बॉडी क्यों बना सकता है लेकिन उनका उपयोग क्यों नहीं कर सकता?

यकृत में एसीटोएसीटेट को एसीटोएसीटाइल-सीओए में पुनः सक्रिय करने के लिए आवश्यक एंजाइम सक्सिनाइल-सीओए:3-कीटोएसिड सीओए ट्रांसफरेज़ (SCOT) की कमी होती है, इसलिए यह कीटोन बॉडी को अन्य ऊतकों में निर्यात करता है बजाय इसके कि वह स्वयं उनका ऑक्सीकरण करे।

क्या कीटोन बॉडी बनाना सामान्य है या बीमारी का संकेत?

मामूली कीटोजेनेसिस उपवास, लंबे समय तक व्यायाम, या कम कार्बोहाइड्रेट सेवन के लिए एक सामान्य शारीरिक प्रतिक्रिया है; केवल जब कीटोन उत्पादन अनियंत्रित होता है, जैसा कि इंसुलिन की कमी में होता है, तभी यह हानिकारक कीटोएसिडोसिस में प्रगति कर सकता है।