أجسام الكيتون

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

الأجسام الكيتونية هي جزيئات أو مركبات قابلة للذوبان في الماء تحتوي على مجموعات الكيتون التي ينتجها الكبد من الأحماض الدهنية ( تكوين الكيتونات ). [ 1 ] [ 2 ] تُنقل الأجسام الكيتونية بسهولة إلى الأنسجة خارج الكبد، حيث تُحوّل إلى أسيتيل مرافق الإنزيم أ (أسيتيل-CoA) ، الذي يدخل بدوره دورة حمض الستريك (دورة كريبس) ويتأكسد لإنتاج الطاقة. [ 3 ] تشمل مجموعات الكيتون المشتقة من الكبد حمض الأسيتوأسيتيك (أسيتوأسيتات)، وبيتا-هيدروكسي بوتيرات ، والأسيتون ، وهو ناتج تحلل تلقائي للأسيتوأسيتات (انظر الرسم البياني). 

تُنتَج الأجسام الكيتونية في الكبد خلال فترات تقييد السعرات الحرارية في حالات مختلفة، مثل: انخفاض تناول الطعام ( الصيام )، واتباع حميات غذائية منخفضة الكربوهيدرات ، والمجاعة ، والتمارين الرياضية الشاقة لفترات طويلة ، [ 4 ] وإدمان الكحول، أو خلال الإصابة بداء السكري من النوع الأول غير المعالج (أو المعالج بشكل غير كافٍ) . تُنتَج الأجسام الكيتونية في خلايا الكبد عن طريق تكسير الأحماض الدهنية. [ 5 ] وتُفرَز في الدم بعد استنفاد مخزون الجليكوجين في الكبد. (عادةً ما ينضب مخزون الجليكوجين خلال أول 24 ساعة من الصيام). [ 2 ]

عندما يفقد جزيئان من أسيتيل-CoA مجموعتيهما من مرافق الإنزيم A (-CoA )، فإنهما يشكلان ثنائيًا (تساهميًا) يُسمى أسيتوأسيتات. يُعد بيتا-هيدروكسي بوتيرات شكلًا مُختزلًا من الأسيتوأسيتات، حيث تتحول مجموعة الكيتون إلى مجموعة كحول (أو هيدروكسيل ) (انظر الرسم التوضيحي على اليمين). كلاهما جزيئات رباعية الكربون، ويمكن تحويلهما بسهولة إلى أسيتيل-CoA بواسطة معظم أنسجة الجسم، باستثناء الكبد. الأسيتون هو الشكل المُنزوع الكربوكسيل من الأسيتوأسيتات، ولا يمكن تحويله مرة أخرى إلى أسيتيل-CoA إلا عن طريق إزالة السموم في الكبد، حيث يتحول إلى حمض اللاكتيك ، الذي يمكن أكسدته بدوره إلى حمض البيروفيك ، ومن ثم إلى أسيتيل-CoA.

تتميز الأجسام الكيتونية برائحة مميزة، يمكن اكتشافها بسهولة في أنفاس الأشخاص المصابين بالكيتوزية والحماض الكيتوني . وغالبًا ما توصف بأنها رائحة فاكهية أو تشبه رائحة مزيل طلاء الأظافر (الذي يحتوي عادةً على الأسيتون أو أسيتات الإيثيل ).

وبصرف النظر عن الأجسام الكيتونية الداخلية الثلاثة، قد يتم تكوين أجسام كيتونية أخرى مثل بيتا كيتوبنتانوات وبيتا هيدروكسيبنتانوات نتيجة لعملية التمثيل الغذائي للدهون الثلاثية الاصطناعية ، مثل ثلاثي هيبتانين .

إنتاج

أسيتيل-CoA مع مجموعة الأسيتيل المشار إليها باللون الأزرق.

تُطلق الدهون المخزنة في الأنسجة الدهنية من الخلايا الدهنية إلى الدم على شكل أحماض دهنية حرة وجلسرين عندما تكون مستويات الأنسولين منخفضة ومستويات الجلوكاجون والإبينفرين في الدم مرتفعة. يحدث هذا بين الوجبات، وأثناء الصيام، والجوع، والتمارين الرياضية الشاقة، عندما يكون من المرجح أن تنخفض مستويات الجلوكوز في الدم . تُعد الأحماض الدهنية مصادر طاقة عالية جدًا، وتمتصها جميع الخلايا الأيضية التي تحتوي على الميتوكوندريا . وذلك لأن الأحماض الدهنية لا تُستقلب إلا في الميتوكوندريا. [ 2 ] [ 6 ] لا تحتوي خلايا الدم الحمراء على الميتوكوندريا، وبالتالي فهي تعتمد كليًا على التحلل اللاهوائي للجلوكوز لتلبية احتياجاتها من الطاقة. في جميع الأنسجة الأخرى، تتحد الأحماض الدهنية التي تدخل الخلايا الأيضية مع مرافق الإنزيم أ لتكوين سلاسل أسيل-CoA . تُنقل هذه السلاسل إلى ميتوكوندريا الخلايا، حيث تُفكك إلى وحدات أسيتيل-CoA من خلال سلسلة من التفاعلات تُعرف باسم أكسدة بيتا . [ 2 ] [ 6 ]

يدخل أسيتيل-CoA الناتج عن أكسدة بيتا دورة حمض الستريك في الميتوكوندريا بالاتحاد مع أوكسالوأسيتات لتكوين السترات . ينتج عن ذلك احتراق كامل لمجموعة الأسيتيل في أسيتيل-CoA (انظر الرسم البياني أعلاه، على اليمين) إلى ثاني أكسيد الكربون والماء . تُخزَّن الطاقة المنطلقة في هذه العملية على شكل جزيء واحد من GTP و9 جزيئات من ATP لكل مجموعة أسيتيل (أو جزيء حمض أسيتيك ) مؤكسدة. [ 2 ] [ 6 ] هذا هو مصير أسيتيل-CoA أينما تحدث أكسدة بيتا للأحماض الدهنية، باستثناء بعض الحالات في الكبد . في الكبد، يُحوَّل أوكسالوأسيتات كليًا أو جزئيًا إلى مسار استحداث الجلوكوز أثناء الصيام، والجوع، واتباع نظام غذائي منخفض الكربوهيدرات، والتمارين الرياضية الشاقة لفترات طويلة، وفي داء السكري من النوع الأول غير المُسيطر عليه . في ظل هذه الظروف، يُهدرج الأوكسالوأسيتات إلى مالات ، والذي يُزال بعد ذلك من الميتوكوندريا ليتحول إلى جلوكوز في سيتوبلازم خلايا الكبد، ومن ثم يُطلق الجلوكوز إلى الدم. [ 2 ] لذلك، في الكبد، لا يتوفر الأوكسالوأسيتات للتكثيف مع أسيتيل-CoA عندما يُحفز استحداث الجلوكوز بشكل كبير نتيجة انخفاض (أو غياب) تركيز الأنسولين وارتفاع تركيز الجلوكاجون في الدم. في هذه الحالة، يُوجه أسيتيل-CoA لتكوين أسيتوأسيتات وبيتا-هيدروكسي بوتيرات. [ 2 ] يُعرف كل من الأسيتوأسيتات وبيتا-هيدروكسي بوتيرات، بالإضافة إلى ناتج تحللهما التلقائي، الأسيتون، [ 7 ] باسم الأجسام الكيتونية. تُطلق الأجسام الكيتونية من الكبد إلى الدم. تستطيع جميع الخلايا التي تحتوي على الميتوكوندريا امتصاص الأجسام الكيتونية من الدم وإعادة تحويلها إلى أسيتيل مرافق الإنزيم-أ، والذي يُستخدم كوقود في دورة حمض الستريك، إذ لا يستطيع أي نسيج آخر تحويل الأوكسالوأسيتات إلى مسار استحداث الجلوكوز كما يفعل الكبد. وعلى عكس الأحماض الدهنية الحرة، تستطيع الأجسام الكيتونية عبور الحاجز الدموي الدماغي ، وبالتالي تُصبح متاحة كوقود لخلايا الجهاز العصبي المركزي ، بديلًا عن الجلوكوز الذي تعتمد عليه هذه الخلايا في حياتها الطبيعية. [ 2 ] قد يؤدي ارتفاع مستويات الأجسام الكيتونية في الدم أثناء المجاعة، أو اتباع نظام غذائي منخفض الكربوهيدرات، أو ممارسة التمارين الرياضية الشاقة لفترات طويلة، إلى الكيتوزية، وفي حالتها القصوى، كما في داء السكري من النوع الأول غير المُسيطر عليه، إلى الحماض الكيتوني .

يتميز أسيتوأسيتات برائحة مميزة للغاية، بالنسبة للأشخاص القادرين على تمييزها، وتظهر هذه الرائحة في الزفير والبول أثناء الكيتوزية. من ناحية أخرى، يستطيع معظم الناس شم رائحة الأسيتون، التي تتميز أيضاً برائحتها "الحلوة والفاكهية" التي تميز أنفاس الأشخاص المصابين بالكيتوزية، أو على وجه الخصوص، الحماض الكيتوني. [ 8 ]

استهلاك الوقود في مختلف الأعضاء

يمكن استخدام الأجسام الكيتونية كوقود في القلب والدماغ والعضلات ، ولكن ليس في الكبد . ينتج عن أكسدتها في الميتوكوندريا جزيئان من غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) و22 جزيئًا من أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) . تُنقل الأجسام الكيتونية من الكبد إلى الأنسجة الأخرى، حيث يُعاد تحويل الأسيتوأسيتات وبيتا-هيدروكسي بوتيرات إلى أسيتيل-CoA لإنتاج مكافئات الاختزال ( NADH و FADH2 ) عبر دورة حمض الستريك. على الرغم من أن الكبد هو مصدر الأجسام الكيتونية، إلا أنه لا يستطيع استخدامها كمصدر للطاقة لافتقاره إلى إنزيم ثيوفوراز (بيتا-كيتوأسيل-CoA ترانسفيراز). يمتص الكبد الأسيتون بتركيزات منخفضة، ويخضع لعملية إزالة السمية عبر مسار ميثيل جليوكسال الذي ينتهي باللاكتات. يُمتص الأسيتون بتركيزات عالية، كما يحدث عند الصيام لفترات طويلة أو اتباع نظام غذائي كيتوني، بواسطة خلايا خارج الكبد ويُستقلب عبر مسار مختلف باستخدام البروبيلين جليكول . ورغم أن هذا المسار يتبع سلسلة مختلفة من الخطوات التي تتطلب الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، إلا أنه يمكن تحويل البروبيلين جليكول في النهاية إلى بيروفات. [ 9 ]

قلب

في الظروف الفسيولوجية الطبيعية، تُشكّل الأحماض الدهنية غالبية الطاقة الأيضية المُنتجة في القلب (60-90%). [ 10 ] أما في حالة الكيتوزية ، فيُفضّل القلب حرق الأجسام الكيتونية على الأحماض الدهنية. [ 11 ]

مخ

يحصل الدماغ على جزء من احتياجاته من الطاقة من الأجسام الكيتونية عندما يكون مستوى الجلوكوز أقل من المعتاد. في حالة انخفاض تركيز الجلوكوز في الدم، تمتلك معظم الأنسجة الأخرى مصادر طاقة بديلة إلى جانب الأجسام الكيتونية والجلوكوز (مثل الأحماض الدهنية)، لكن الدراسات أشارت إلى أن الدماغ يحتاج إلى كمية محددة من الجلوكوز. [ 12 ] بعد صيام صارم لمدة 3 أيام، يحصل الدماغ على 25% من طاقته من الأجسام الكيتونية. [ 13 ] بعد حوالي 24 يومًا، تصبح الأجسام الكيتونية المصدر الرئيسي للطاقة في الدماغ، حيث تشكل ما يصل إلى ثلثي استهلاك الدماغ للطاقة. [ 14 ] تشير العديد من الدراسات إلى أن خلايا الدماغ البشري يمكنها البقاء على قيد الحياة مع كمية قليلة من الجلوكوز أو بدونه، لكن إثبات هذه النقطة أمر مشكوك فيه من الناحية الأخلاقية . [ 14 ] خلال المراحل الأولى من الكيتوزية، لا يحرق الدماغ الكيتونات، لأنها مادة أساسية لتخليق الدهون في الدماغ. علاوة على ذلك، قد تُقلل الكيتونات المُنتجة من أحماض أوميغا 3 الدهنية من التدهور المعرفي في الشيخوخة . [ 15 ]

ساهمت عملية تكوين الكيتونات في زيادة حجم دماغ الإنسان خلال تطوره. وقد طُرحت سابقًا فرضية أن تكوين الكيتونات أساسي لتطور وبقاء الأدمغة الأكبر حجمًا بشكل عام. إلا أن فقدان جين HMGCS2 (وبالتالي هذه القدرة) في ثلاثة سلالات من الثدييات ذات الأدمغة الكبيرة ( الحيتان ، والفيلة - الماموث ، وخفافيش الفاكهة في العالم القديم ) يُشير إلى خلاف ذلك. فمن بين هذه السلالات الثلاث، تتمتع خفافيش الفاكهة فقط بالحساسية المتوقعة للجوع؛ بينما وجدت السلالتان الأخريان طرقًا بديلة لتزويد الجسم بالطاقة أثناء الجوع. [ 16 ]

الكيتوزية والحماض الكيتوني

في الأشخاص الطبيعيين، يُنتج الكبد باستمرار الأجسام الكيتونية، وتستهلكها الأنسجة خارج الكبد. ويُحافظ على تركيز الأجسام الكيتونية في الدم عند حوالي 1 ملغم/ديسيلتر . ويكون إفرازها في البول منخفضًا جدًا، ولا يمكن الكشف عنه بواسطة اختبارات البول الروتينية (اختبار روثيرا). [ 17 ]

عندما يتجاوز معدل تصنيع الأجسام الكيتونية معدل استهلاكها، يرتفع تركيزها في الدم، وتُعرف هذه الحالة باسم كيتونيميا . ويتبع ذلك كيتونوريا ، أي إفراز الأجسام الكيتونية في البول. وتُعرف الحالة العامة للكيتونيميا والكيتونوريا باسم الكيتوزية. وتُعد رائحة الأسيتوأسيتات و/أو الأسيتون في النفس من السمات الشائعة للكيتوزية.

عندما يتعرض مريض السكري من النوع الأول لضغط بيولوجي حاد (عدوى، نوبة قلبية، أو صدمة جسدية) أو يفشل في إعطاء كمية كافية من الأنسولين، فقد يدخل في حالة مرضية تُعرف باسم الحماض الكيتوني السكري . في هذه الظروف، يؤدي انخفاض مستويات الأنسولين في الدم أو انعدامها، بالإضافة إلى ارتفاع تركيز الجلوكاجون بشكل غير مناسب، [ 18 ] إلى تحفيز الكبد على إنتاج الجلوكوز بمعدل متزايد بشكل غير مناسب، مما يتسبب في تحويل أسيتيل مرافق الإنزيم-أ الناتج عن أكسدة الأحماض الدهنية إلى أجسام كيتونية. يؤدي ارتفاع مستويات الأجسام الكيتونية الناتج إلى خفض درجة حموضة بلازما الدم، مما يحفز الكليتين بشكل انعكاسي على إفراز بول ذي مستويات حموضة عالية جدًا. كما تتسرب المستويات العالية من الجلوكوز والكيتونات في الدم بشكل سلبي إلى البول (نتيجة لعدم قدرة الأنابيب الكلوية على إعادة امتصاص الجلوكوز والكيتونات من السائل الأنبوبي، بسبب الكميات الكبيرة من هذه المواد التي يتم ترشيحها إلى السائل الأنبوبي). يؤدي إدرار الجلوكوز التناضحي الناتج إلى إزالة الماء والكهارل من الدم مما يؤدي إلى جفاف قد يكون مميتًا .

الأفراد الذين يتبعون نظامًا غذائيًا منخفض الكربوهيدرات سيصابون أيضًا بالكيتوزية. تُسمى هذه الكيتوزية المُستحثة أحيانًا بالكيتوزية الغذائية ، ولكن مستوى تركيز الأجسام الكيتونية فيها يتراوح بين 0.5 و5 ملي مولار، بينما يبلغ مستوى تركيزها في الحماض الكيتوني المرضي 15-25 ملي مولار .

تمت دراسة عملية الكيتوزية لتأثيراتها في تحسين الأعراض الإدراكية للأمراض التنكسية العصبية ، بما في ذلك مرض الزهايمر . [ 19 ] كما بحثت التجارب السريرية في الكيتوزية لدى الأطفال المصابين بمتلازمة أنجلمان . [ 20 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كاهيل، جورج ف.؛ فيتش، ريتشارد ل. (2003). "الأحماض الكيتونية؟ دواء جيد؟" . معاملات الجمعية الأمريكية للطب السريري والمناخي . 114 : 149-161 ، مناقشة 162-163. ISSN 0065-7778 . PMC 2194504. PMID 12813917 .   
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 ستراير، لوبيرت (1995). الكيمياء الحيوية ( الطبعة الرابعة). نيويورك: دبليو إتش فريمان وشركاه. الصفحات 510-515 ، 581-613 ، 775-778 . ISBN   0-7167-2009-4.
  3. ↑ ماري ك. كامبل؛ شون أو . فاريل (2006). الكيمياء الحيوية ( الطبعة الخامسة). سينجايج ليرنينج. ص 579. ISBN   0-534-40521-5.
  4. ↑ كوسلاغ، جيه إتش؛ نوكس، تي دي؛ سلون، إيه دبليو (1980). " الكيتوزية بعد التمرين" . مجلة علم وظائف الأعضاء . 301 : 79-90 . doi : 10.1113/jphysiol.1980.sp013190 . PMC 1279383. PMID 6997456 .  
  5. ↑ بيرغ، جيريمي (2019). الكيمياء الحيوية ( الطبعة التاسعة). ماكميلان. ص 724. ISBN   978-1-319-40285-3.
  6. 1 2 3 "أكسدة الأحماض الدهنية" . 11 أكتوبر 2013. مؤرشف من الأصل في 8 يناير 2018. تم الاطلاع عليه في 17 ديسمبر 2015 .
  7. ↑ استقلاب الأجسام الكيتونية. مؤرشف بتاريخ 22-09-2016 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine )، جامعة واترلو.
  8. ↑ "الجمعية الأمريكية لمرض السكري - الحماض الكيتوني" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29-04-2010 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 02-03-2010 .
  9. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 24-09-2015 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 18-09-2013 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  10. ↑ فان دير فوس، جي جي؛ غلاتز، جي إف؛ ستام، إتش سي؛ رينمان، آر إس (يناير 1992). "توازن الأحماض الدهنية في القلب السليم والقلب المصاب بنقص التروية" . مجلة علم وظائف الأعضاء 72 (4): 881-940 . doi : 10.1152/physrev.1992.72.4.881 .
  11. ^ كودي، إيزاك فريدريك. فان دير ستوك، يوهان؛ سمولينسكي، ريزارد T .؛ دي يونج ، جان ويليم (يناير 2007). "التنظيم الأيضي والوراثي لتفضيل ركيزة الطاقة القلبية" . شركات. الكيمياء الحيوية. فيزيول. أ . 146 (1): 26-39 . دوى : 10.1016/j.cbpa.2006.09.014 . بميد 17081788 . 
  12. ↑ كلارك، د.د.؛ سوكولوف، ل. (1999). "ركائز استقلاب الدماغ". في سيجل، ج.ج.؛ أغرانوف، ب.و.؛ ألبرز، ر.و. (محررون). الكيمياء العصبية الأساسية: الجوانب الجزيئية والخلوية والطبية (الطبعة السادسة ). فيلادلفيا: ليبينكوت-رافن. مؤرشف من الأصل في 23 مارس 2019. تم الاسترجاع في 2 سبتمبر 2017 . 
  13. ↑ هاسلبالش، إس جي؛ كنودسن، جي إم؛ جاكوبسن، جيه؛ هاجمان، إل بي؛ هولم، إس؛ بولسون، أو بي (1994). "استقلاب الدماغ أثناء المجاعة قصيرة الأمد لدى البشر" . مجلة تدفق الدم الدماغي والاستقلاب . 14 (1): 125-131 . doi : 10.1038/jcbfm.1994.17 . PMID 8263048 . 
  14. 1 2 كاهيل جي إف. "استقلاب الوقود في المجاعة". المراجعة السنوية للتغذية 2006؛ 26: 1-22
  15. ↑ فريمانتل، إي.؛ فاندال، إم إن؛ تريمبلاي-ميرسييه، جيه.؛ تريمبلاي، إس بي؛ بلاشر، جيه سي؛ بيجين، إم إي؛ توماس برينا، جيه.؛ ويندست، إيه.؛ كونان، إس سي (2006). "أحماض أوميغا-3 الدهنية، ركائز الطاقة، ووظائف الدماغ أثناء الشيخوخة". البروستاجلاندينات، الليكوترينات، والأحماض الدهنية الأساسية . 75 (3): 213-220 . doi : 10.1016/j.plefa.2006.05.011 . PMID 16829066 . 
  16. ↑ جيب، ديفيد؛ هيلر، مايكل (16 أكتوبر 2018). "يُظهر الفقدان المتكرر لـ HMGCS2 أن تكوين الكيتونات ليس ضروريًا لتطور أدمغة الثدييات الكبيرة" . eLife . 7 e38906 . doi : 10.7554/eLife.38906 . PMC 6191284. PMID 30322448 .  
  17. ↑ كومستوك، جون ب.؛ غاربر، آلان ج. (1990). ووكر، هـ. كينيث؛ هول، و. دالاس؛ هيرست، ج. ويليس (محررون). الأساليب السريرية: التاريخ والفحص البدني والفحوصات المخبرية ( الطبعة الثالثة). بوسطن: بتروورث. ISBN  0-409-90077-XPMID 21250091. مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 سبتمبر 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 ديسمبر 2017 . 
  18. ↑ كوسلاغ، جيه إتش؛ سوندرز، بي تي؛ تيربلانش، إي. (2003). "مراجعة موضوعية: إعادة تقييم لتوازن سكر الدم تشرح بشكل شامل داء السكري من النوع الثاني/متلازمة X المعقدة" . مجلة علم وظائف الأعضاء . 549 (الجزء 2): 333-346 . doi : 10.1113/jphysiol.2002.037895 . PMC 2342944. PMID 12717005 .  
  19. ↑ جينسن، ن. ج.؛ وودشو، هـ. ز.؛ نيلسون، م.؛ رونغبي، ج. (20 نوفمبر 2020). "تأثيرات الأجسام الكيتونية على استقلاب الدماغ ووظيفته في الأمراض التنكسية العصبية" . المجلة الدولية للعلوم الجزيئية . 21 (22): 8767. doi : 10.3390/ijms21228767 . PMC 7699472. PMID 33233502 .  
  20. ↑ "تقييم سلامة وتحمل تركيبة غذائية في متلازمة أنجلمان" . ١٨ أغسطس ٢٠٢٠. مؤرشف من الأصل في ٩ فبراير ٢٠٢٢. تم الاطلاع عليه في ٩ فبراير ٢٠٢٢ .