גופי קטון

גופי קטון הם שלוש מולקולות מסיסות במים שמיוצרות כאשר חומצות שומן מפורקות ליצירת אנרגיה. שלוש המולקולות הן אצטואצטט, בטא-הידרוקסיבוטיראט ואצטון (אף שבטא-הידרוקסיבוטיראט איננה קטון אלא חומצה קרבוקסילית, היא נמנית עם גופי הקטון). אצטוצטט ובטא-הידרוקסיבוטיראט משמשות כמקור אנרגיה בלב ובמוח.

שימוש במוח ובלב

גופי הקטון מיוצרים בכבד ומועברים לשאר רקמות הגוף בעזרת זרם הדם. תאי הגוף יכולים להפוך גופי קטון בחזרה לאצטיל קואנזים A, להפקת אנרגיה דרך מעגל קרבס (למעט אצטון, שלא יכול להיהפך בחזרה לאצטיל קואנזים A).

בתנאים רגילים, שריר הלב מפיק את רוב האנרגיה מחומצות שומן, ורק כ-5% מהאנרגיה שלו מגיעה מגופי קטון.

המוח לעומת זאת, מסתמך על גלוקוז כמקור אנרגיה עיקרי. רוב חומצות השומן לא עוברות את מחסום הדם-מוח, ובנוסף גלוקוז הוא המקור הזמין והמהיר ביותר להפקת אנרגיה. לכן, תאי המוח לא משתמשים בחומצות שומן להפקת אנרגיה ובעת מחסור בגלוקוז לרוב הרקמות יש מקור אנרגיה חלופי (מלבד גופי קטון), אך למוח אין. המוח מסתגל ומגדיל את חלקם של גופי הקטון בהפקת אנרגיה, על חשבון הגלוקוז. נמצא כי אחרי 3 ימים של דיאטה דלת פחמימות, כרבע מהאנרגיה שצורך המוח הגדול מופקת מגופי קטון, ולאחר 40 יום בערך, כבר 70% מהאנרגיה מקורה בגופי קטון.

ייצור גופי קטון

גופי הקטון נוצרים בתהליך הנקרא קטוגנזה, אשר מתרחש בעיקר במטריקס של המיטוכונדריה בכבד כאשר יש מחסור בפחמימות ונוצר צורך להפיק אנרגיה מחומצות שומן.

השלב הראשון ביצירת גופי הקטון כולל חיבור של 2 מולקולות אצטיל קואנזים A ליצירת מולקולה שנקראת אצטואצטיל קואנזים A (Acetoacetyl-CoA). בתהליך זה, אשר מתווך על ידי האנזים תיולאז (Thiolase), נפלטת מולקולת קואנזים A אחת. בשלב הבא, בתהליך אשר מתווך על ידי האנזים β-Hydroxy-β-methylglutaryl-CoA synthase  (HMG-CoA synthase), מוספות 2 מולקולות לאצטואצטיל קואנזים A - מים ואצטיל קואנזים A, ליצירת מולקולת β-Hydroxy-β-methylglutaryl-CoA   (HMG-CoA).

בשלב הבא מסולקת מולקולה אחת של אצטיל קואנזים A על ידי האנזים β-Hydroxy-β-methylglutaryl-CoA lyase  (HMG-CoA lyase), דבר שמניב את האצטואצטט. מכאן קיימות 2 אפשרויות: מולקולת אצטואצטט יכולה לעבור חיזור על ידי האנזים D-β-hydroxybutyrate dehydrogenase (תוך כדי ניצול המימן ממולקולת NADH) ולהניב את ההידרוקסיבוטיראט, או לעבור דה-קרבוקסילציה (הוצאת פחמן דו-חמצני), בתיווך האנזים Acetoacetate decarboxylase, וליצור אצטון.

בהקשר זה חשוב לציין כי יצור האצטון אינו תהליך הפיך, כלומר לא ניתן לקבל אצטואצטט בחזרה, ולכן האצטון מופרש בשתן ובנשימה. האצטון מופרש בנשימה כי הוא בעל לחץ אדים גבוה ולכן הוא מתנדף בקלות. נדיפות האצטון היא שגורמת לריח ה"פירות" בנשימת חולי סוכרת ללא טיפול.

ניצול גופי קטון
גופי הקטון מנוצלים בתהליך הנקרא קטוליזיס. בתהליך ניצול גופי קטון נוצרות 2 מולקולות אצטיל קואנזים A מחדש מהן מפיק התא אנרגיה על ידי הכנסתן למעגל קרבס.

לתהליך זה 3 שלבים. בשלב הראשון, היות שפעילות האנזים D-β-hydroxybutyrate dehydrogenase היא הפיכה, הופכות מולקולות הידרוקסיבוטיראט חזרה לאצטואצטט. היות שפעילות האנזים HMG-CoA synthase אינה הפיכה קיים צורך לעוקפו ולכן בשלב הבא מוכנסת מולקולת סוקסיניל קואנזים A  (Succinyl-CoA) ומתרכבת עם אצטואצטט לקבלת מולקולת אצטואצטיל קואנזים A, זאת בתיווך האנזים β-ketoacyl-CoA transferase ותוך כדי פליטת מולקולת סוקסינאט. השלב האחרון בתהליך מתווך על ידי האנזים תיולאז שהוא בעל פעילות הפיכה. בתהליך זה על ידי הכנסת מולקולת קואנזים A מבוקעת אצטואצטיל קואנזים A ל-2 מולקולות אצטיל קואנזים A זמינות לכניסה למעגל קרבס.

קטוזיס וקטואצידוזיס

כאשר ישנו עודף של גופי קטון, הגוף נכנס למצב לא תקין, אך לא בהכרח מזיק, שנקרא קיטוזיס. כאשר רמת גופי הקטון גבוהה מאוד, הדבר משפיע ישירות על רמת החומציות של הדם, היורדת מ-pH של 7.4 עד ל-6.7. זהו מצב מסוכן שנקרא קטואצידוזיס, שהוא אחד הסימפטומים הנפוצים של סוכרת מסוג 1.

קישורים חיצוניים

תרכובות אורגניות