Oxy hóa axit béo và chuyển hóa thể ketone

Oxy hóa axit béo và chuyển hóa thể ketone là các con đường cho phép cơ thể sử dụng chất béo làm nhiên liệu, đặc biệt là trong thời gian nhịn ăn và tập luyện kéo dài. Các axit béo được phân giải bằng quá trình beta-oxy hóa thành acetyl-CoA, và ở gan, acetyl-CoA dư thừa được chuyển đổi thành thể ketone để cung cấp năng lượng cho não và các mô khác khi glucose khan hiếm.

Definition

Oxy hóa axit béo là con đường ty thể (beta-oxy hóa) phân hủy axit béo thành acetyl-CoA để tạo năng lượng, và chuyển hóa thể ketone là quá trình liên kết mà gan chuyển đổi acetyl-CoA thành các thể ketone (acetoacetate, beta-hydroxybutyrate và acetone) đóng vai trò là nhiên liệu thay thế cho các mô ngoài gan trong thời gian nhịn ăn.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự huy động và oxy hóa axit béo trong ty thể (con thoi carnitine và beta-oxy hóa), quá trình tạo thể ketone ở gan, việc sử dụng thể ketone làm nhiên liệu và phân tử tín hiệu, cũng như những thay đổi chuyển hóa khi nhịn ăn và đói. Đây là một chủ đề tham khảo về sinh lý và sinh hóa, không phải là hướng dẫn về chế độ ăn ketogenic hay cách xử lý các trường hợp cấp cứu chuyển hóa.

Core questions

• Các axit béo được vận chuyển vào ty thể và phân hủy bằng beta-oxy hóa như thế nào?
• Thể ketone được tổng hợp như thế nào và ở đâu?
• Các mô như não sử dụng thể ketone làm nhiên liệu như thế nào?
• Chuyển hóa nhiên liệu thay đổi như thế nào trong thời gian nhịn ăn và đói?

Key concepts

• Beta-oxy hóa
• Con thoi carnitine (CPT-I/CPT-II)
• Acetyl-CoA
• Tạo thể ketone (con đường HMG-CoA)
• Beta-hydroxybutyrate và acetoacetate
• Thích nghi với nhịn ăn và đói

Key theories

Thể ketone như nhiên liệu và tín hiệu

Robinson và Williamson đã xác định rằng thể ketone không chỉ là sản phẩm phụ mà còn là nhiên liệu oxy hóa quan trọng về mặt định lượng và tín hiệu chuyển hóa cho não, tim và cơ bắp trong thời gian nhịn ăn.

Thích nghi với đói

Các nghiên cứu của Cahill về tình trạng đói ở người đã chỉ ra cách cơ thể dần dần chuyển từ chuyển hóa glucose sang chuyển hóa axit béo và thể ketone, bảo tồn protein bằng cách cung cấp thể ketone cho não.

Mechanisms

Khi cần năng lượng, các axit béo được giải phóng từ mô mỡ, được hoạt hóa thành acyl-CoA và được vận chuyển vào ty thể bởi con thoi carnitine (carnitine palmitoyltransferase I và II). Bên trong ty thể, quá trình beta-oxy hóa loại bỏ các đơn vị hai carbon để tạo ra acetyl-CoA, NADH và FADH2. Ở gan, khi acetyl-CoA vượt quá khả năng của chu trình axit citric, nó được chuyển hướng qua con đường HMG-CoA để sản xuất các thể ketone acetoacetate và beta-hydroxybutyrate, sau đó được xuất khẩu đến các mô ngoài gan và được chuyển đổi trở lại thành acetyl-CoA để oxy hóa. Như Cahill đã chỉ ra, sự thay đổi này trở nên chiếm ưu thế trong thời gian nhịn ăn kéo dài, cho phép não sử dụng thể ketone và bảo tồn protein cơ thể.

Clinical relevance

Các con đường này là nền tảng cho phản ứng của cơ thể đối với việc nhịn ăn và tập luyện, đồng thời là cơ sở để hiểu các rối loạn oxy hóa axit béo di truyền và tình trạng nhiễm ceton. Mục này mang tính mô tả và giáo dục; nó không phải là hướng dẫn để chẩn đoán hoặc quản lý các rối loạn chuyển hóa hoặc kê đơn các chế độ ăn kiêng.

History

Quá trình oxy hóa axit béo lần đầu tiên được Franz Knoop phác thảo vào đầu thế kỷ XX, và quá trình beta-oxy hóa được làm rõ về mặt sinh hóa trong các thập kỷ tiếp theo. Các nghiên cứu về đói của Cahill vào giữa thế kỷ XX đã làm sáng tỏ sinh lý học của việc chuyển đổi nhiên liệu, và bài đánh giá năm 1980 của Robinson và Williamson đã củng cố vai trò của thể ketone như là nhiên liệu chuyển hóa thực sự, một quan điểm được mở rộng bởi các công trình sau này về vai trò tín hiệu của chúng.

Key figures

• George Cahill
• Dermot Williamson
• Patrycja Puchalska
• Peter Crawford

Seminal works

• robinson-williamson-1980
• cahill-2006

Frequently asked questions

Tại sao cơ thể tạo ra thể ketone?

Trong thời gian nhịn ăn hoặc hấp thụ carbohydrate thấp, gan chuyển đổi acetyl-CoA dư thừa từ quá trình oxy hóa axit béo thành thể ketone, cung cấp một loại nhiên liệu thay thế mà não và các mô khác có thể sử dụng khi glucose bị hạn chế.

Con thoi carnitine là gì?

Đây là hệ thống vận chuyển, sử dụng carnitine palmitoyltransferase I và II, di chuyển các axit béo chuỗi dài qua màng trong ty thể để chúng có thể trải qua quá trình beta-oxy hóa.