Образование в печени ацетоуксусной кислоты. Кетоз при голодании и привыкание к жирной пище
а) Образование в печени ацетоуксусной кислоты и транспорт ее кровью. Большая часть начального расщепления жирных кислот осуществляется в печени, особенно если необходимо использовать в энергетических целях чрезвычайно большие количества липидов. Однако печень использует для своих внутренних метаболических процессов только маленькую часть жирных кислот. Когда от цепочки жирной кислоты отщепляется ацетил-КоА, 2 молекулы этого вещества, объединяясь, формируют молекулу ацетоуксусной кислоты, которая затем транспортируется кровью в другие клетки организма, где она может использоваться для получения энергии. Схема химической реакции выглядит следующим образом:
Часть ацетоуксусной кислоты превращается в β-гидроксимасляную кислоту, совсем небольшое количество превращается в ацетон, что может быть проиллюстрировано в следующей схеме реакции:
Ацетоуксусная кислота, β-гидроксимасляная кислота и ацетон свободно диффундируют через мембраны клеток печени и транспортируются кровью к периферическим тканям. Здесь эти вещества вновь диффундируют через мембраны внутрь клеток, где наблюдаются обратные реакции и образуются молекулы ацетил-КоА. Ацетил-КоА, в свою очередь, вступает в цикл лимонной кислоты и окисляется, давая энергию в форме АТФ. В норме ацетоуксусная и р-гидроксимасляная кислоты, попадающие в кровь, так быстро транспортируются к тканям, что их общая концентрация в плазме редко превышает 3 мг/дл. Реально, несмотря на маленькую концентрацию в крови, транспортируются большие количества этих веществ, как это происходило в случае транспорта свободных жирных кислот. Большая скорость транспорта этих двух типов веществ является результатом их высокой растворимости в мембранах клеток-мишеней, что позволяет им практически мгновенно диффундировать внутрь клеток.
б) Кетоз при голодании, диабете и других заболеваниях. Временами концентрация ацетоуксусной, β-гидроксимасляной кислот и ацетона во много раз превышает их нормальную концентрацию в крови и интерстициальной жидкости. Такое состояние называют кетозом, т.к. ацетоуксусная кислота является кетокислотой, а три компонента называют кетоновыми телами. Кетоз развивается, прежде всего, при голодании, сахарном диабете и в случаях, когда в пищевой рацион включены главным образом жиры. В этих случаях углеводы не участвуют в процессах метаболизма (при голодании и когда рацион состоит преимущественно из жиров — по причине их отсутствия, а при диабете — в связи с недостаточным количеством инсулина, делающего возможным поступление глюкозы в клетки).
Если углеводы не используются для получения энергии, почти всю энергию организм должен получать путем метаболизма жиров. Далее мы увидим, что отсутствие углеводов автоматически увеличивает скорость извлечения жирных кислот из жировой ткани. Кроме того, некоторые факторы, увеличивающие секрецию гормонов, например гормонов коры надпочечников (глюкокортикоидов) или глюкагона (гормона поджелудочной железы), либо уменьшающие продукцию инсулина, приводят к увеличению высвобождения жирных кислот из жировой ткани. В результате появляются огромные количества жирных кислот, которые:
(1) используются периферическими тканями на энергетические нужды;
(2) превращаются в печени в кетоновые тела.
Кетоновые тела постепенно покидают печень и доставляются тканям. Клетки ограничены в возможности окисления кетоновых тел по нескольким причинам. Наиболее важная из них следующая. Один из продуктов метаболизма углеводов — оксалоацетат — необходим для взаимодействия с ацетилкоэнзимом А перед его вступлением в цикл лимонной кислоты. В связи с этим дефицит оксалоацетата, производного углеводов, ограничивает вхождение ацетилКоА в цикл лимонной кислоты, и когда одновременно выделяются большие количества ацетоуксусной кислоты и других кетоновых тел из печени, концентрация ацетоуксусной и гидроксимасляной кислот временами увеличивается более чем в 20 раз относительно нормы, что ведет к резко выраженному ацидозу.
Ацетон, образующийся в связи с кетозом, является летучим веществом, частично удаляемым легкими во время выдоха, что может служить диагностическим признаком кетоза.
в) Привыкание к рациону, включающему большие количества жиров. Если постепенно переходить от рациона, содержащего углеводы, к рациону, состоящему почти из одних жиров, организм постепенно привыкает использовать в гораздо больших количествах ацетоуксусную кислоту, чем обычно, и в таких случаях кетоз не возникает. Например, у эскимосов, которые временами живут на рационе, почти полностью состоящем из жиров, кетоз не развивается. Несомненно, некоторые факторы, действие которых до сих пор не объяснено, ускоряют метаболизм ацетоуксусной кислоты в клетках. Через несколько недель даже клетки мозга, которые в норме получают практически всю энергию из глюкозы, могут получать от 50 до 75% необходимой им энергии из жиров.
