ケトン体 Ketone body

10-28-2017 Last update

 

このページは ケトン体 @本家UBサイト に恒久的に移転しました。このページもネット上に残っていますが、最新の情報はリンク先を参照して下さい。

 

  1. 概要: ケトン体とは
  2. 生合成
  3. 脳での代謝

関連項目



概要: ケトン体とは

ケトン体 ketone body は，脂肪酸 fatty acid の不完全な酸化によって生じる代謝産物であり，アセト酢酸 acetoacetate, β-ヒドロキシ酢酸 BHB, アセトン acetone の総称である（2）。


ケトン ketone とは意味が異なるので注意すること。


アセト酢酸

D-ヒドロキシ酪酸（D-BHB）

アセトン


ケトン体は，以下のような生化学的特徴をもっている。

  • 糖代謝に対して，脂質代謝が過剰なときに，肝臓で脂質 lipid から合成される。
  • 脳 brain をはじめとする様々な組織で，グルコースのかわりのエネルギー源になる。
  • 心筋および腎皮質 renal cortex は，グルコースよりもアセト酢酸を好む（3）。

生合成

糖代謝と脂質代謝のバランス


アセチル CoA は，エネルギー代謝を考える上で中心となる物質である。なぜならば，主要な栄養源である 糖，アミノ酸，脂質は，主としてアセチル CoA を経由して代謝される ためである。


  • グルコースは，解糖系によってピルビン酸 pyruvate にまで分解される。これがピルビン酸デヒドロゲナーゼの作用によってアセチル CoA になり，TCA 回路に入ってさらに酸化される。
  • アミノ酸の代謝経路は種類によって様々であるが，エネルギー源として使われるときには，炭素骨格が解糖系に合流するアミノ酸があり，これらは結局アセチル CoA に代謝される。TCA 回路に直接合流するアミノ酸もある。
  • エネルギー源になる脂質（主としてトリアシルグリセロール）は，まずリパーゼによって脂肪酸 fatty acid とグリセロールに分解される。脂肪酸からは β 酸化 によってアセチル CoA が切り出される。


ここで TCA 回路 のページを見てみると，アセチル CoA が TCA サイクルに入るときには，オキサロ酢酸 oxaloacetate と 1 : 1 で結合する必要がある。したがって，細胞内にいくらアセチル CoA があっても，オキサロ酢酸と同じ量しか酸化することができない のである。 参考のため，右下に小さく TCA 回路の図を示しておく。


オキサロ酢酸は，TCA 回路でリンゴ酸から合成されるが，ピルビン酸からピルビン酸カルボキシラーゼの作用で直接合成することができる。この反応は，補充反応 anaplerosis と呼ばれる。


ところが，このピルビン酸は糖から供給されている。つまり，脂質を酸化してエネルギーを得るためには，脂質から得られるアセチル CoA と同じモル数のピルビン酸を糖から作る必要がある。


脂肪酸はアセチル CoA の単位が連なった高エネルギー物質であり，この分解が活発になると，しばしば糖からのピルビン酸，オキサロ酢酸の供給が追いつかなくなる。


飢餓 fasting または糖尿病 diabetes のとき，オキサロ酢酸からグルコースを合成する糖新生が活発になり，オキサロ酢酸不足に陥りやすい。なお，飢餓時には β 酸化が活性化するため，バランスはさらにアセチル CoA 過剰の方向へ向かう。


ケトン体は，このような状態で過剰となったアセチル CoA から合成される。


以上のことは，生物学の格言 で


脂質は糖の炎で燃える。

Fats burn in the flame of carbohydrates.


と表現される（3）。

生合成反応

上記のように，ケトン体は余剰のアセチル CoA から合成される。3 分子のアセチル CoA が合成に関与するが，結果的には 2 分子からアセト酢酸が生じ，それが BHB またはアセトンに変換される（3）。この反応は，主に肝臓で起こる。

  1. 2 分子のアセチル CoA から，アセトアセチル CoA（acetoacetyl CoA）が生じる。触媒する酵素は 3-ketothiolase である。
  2. さらに 1 分子のアセチル CoA と水が結合し，3-ヒドロキシ-3-メチル-グルタリル CoA（3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA, HMG-CoA）が生じる。触媒するのは hydroxymethylglutaryl CoA synthase である。
  3. HMG-CoA から 1 分子のアセチル CoA が外れると，アセト酢酸 acetoacetate が生じる（下の図）。Hydroxymethylglutaryl CoA cleavage enzyme が触媒する。
  4. アセト酢酸は，NADH によって還元されると D-ヒドロキシ酪酸（D-BHB）になる。アセト酢酸と D-BHB の量比は，ミトコンドリア内の NADH/NAD の比によって決まる。触媒するのは D-3-hydroxybutylate dehydrogenase である。
  5. アセト酢酸は β-ketoacid であるため，ゆっくりと自動的にアセトンに脱炭酸される。血中のアセト酢酸濃度が高いヒトからは，呼気中にアセトンの匂いを嗅ぐことが可能である。

> 脳で UCP の発現を増大させる（2）。

> GABA 合成を促進するなどして，全体的に GABA の作用を活性化させる（2）。

> 軟骨魚類では，肝臓からの脂質動員 lipid mobilization がケトン体で行われる（1I）。

> 哺乳類でも，離乳前はケトン体が脳の主要なエネルギー源である（1D）。

コメント: 0

References

  1. deRoos (1994). Plasma ketone, glucose, lactate, and alanine levels in the vascular supply to and from the brain oh the spiny dogfish shark (Squalus acanthias). J Exp Zool 268, 354-363.
  2. Lauritzen et al. 2015a (Review). Monocarboxylate transporters in temporal lobe epilepsy: roles of lactate and ketogenic diet. Brain Struct Funct 220, 1-12.