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Lexikon der Ernährung: Ketogenese

Ketogenese, E ketogenesis, Bildung von Ketonkörpern. Der Hauptteil entfällt dabei auf die Leber, deren Hepatocyten in den Mitochondrien im Gegensatz zu anderen Körperzellen die komplette Enzymausstatung zur K. besitzen. Das primäre Produkt der K. ist Acetoacetat. Seine Synthese erfolgt in der Leber aus Acetyl-CoA über Acetoacetyl-CoA und β-Hydroxy-β-methylglutaryl-CoA. Durch Katalyse der β-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase entsteht aus Acetoacetat β-Hydroxybutyrat (Abb. 1). Aceton bildet sich durch spontane Decarboxylierung aus Acetoacetat. Dieses wird auch beim Abbau der ketogenen (ketoplastischen) Aminosäuren Leucin, Isoleucin, Phenylalanin und Tyrosin produziert. Ein Alternativweg der K. besteht in der Einbeziehung des intermediär bei der β-Oxidation der Fettsäuren auftretenden Acetoacetyl-CoA in die Acetoacetatbildung. In diesen Prozess ist das Enzym Thiolase eingeschaltet. Acetoacetyl-CoA reagiert mit Acetyl-CoA zu Hydroxymethylglutaryl-CoA, das in Acetoacetat umgewandelt wird.
Bei normaler Stoffwechsellage werden in der Leber verhältnismäßig kleine Mengen Ketonkörper gebildet. Ihre Konzentration beträgt im Blut 0,5–0,8 mg / 100 ml Plasma. Die Ketonkörper dienen der Energieversorgung ausschließlich der extrahepatischen Gewebe und haben daran einen bedeutsamen Anteil. Hierzu werden die Ketonkörper zunächst wieder in Acetyl-CoA umgewandelt (Abb. 2). Alle nicht obligat auf Glucose als Energielieferant angewiesenen Organe nutzen die Produkte der K. Bei länger anhaltendem Hungerzustand kann sich auch der Hirnstoffwechsel auf Verwertung von Ketonkörpern umstellen.
Bei Kohlenhydratmangel (Hungerzustand) oder bei mangelhafter Kohlenhydratverwertung (Diabetes mellitus), aber auch bei extrem fettreicher Ernährung (Extremdiäten!) ist die K. stark gesteigert. Durch die Hormone Adrenalin und Glucagon gesteigerte Lypolyse führen zu einem erhöhten Angebot an freien Fettsäuren. Übersteigt das Angebot die Kapazität der Leber zur Fettsäure-Oxidation, werden die Fettsäuren bevorzugt der K. zugeführt. Die genauen Ursachen hierfür sind noch nicht eindeutig geklärt. Möglicherweise ist der Grund dieser pathologischen K. eine Störung des Gleichgewichts zwischen Fettsäureabbau zum Acetyl-CoA und dessen Verwertung im Tricarbonsäure-Zyklus. Die um ein Vielfaches gesteigerte Oxidation der Fettsäuren führt unter diesen Umständen zu einem Anstieg der intrazellulären Acetyl-CoA-Konzentration. Die Folge ist die Kondensation von zwei Molekülen Acetyl-CoA zu Acetoacetat über den Hydroxymethylglutaryl-Zyklus (Abb. 3) unter Abspaltung von Coenzym A. Über diesen Zyklus wird unter pathologischen Bedingungen das für die β-Oxidation der Fettsäuren wichtige Coenzym A regeneriert. Diese Reaktionsfolge übernimmt damit die Rolle der Citrat-Synthase im Tricarbonsäure-Zyklus.
Bei einer diabetischen Stoffwechselentgleisung (totaler Insulinmangel, hohe Konzentration lipolytischer Hormone, vgl. die regulatorische Funktion von Malonyl-Coenzym A) übersteigt die K. die Kapazität zur Verwertung der Ketonkörper und für deren renale Ausscheidung. Da Ketonkörper im Blut unbegrenzt löslich sind (vollständige Dissoziation), kann die Pufferkapazität des Blutes überschritten werden, der pH-Wert sinkt unter pH 7 (Ketoacidose), dieser Zustand des diabetischen Komas ist lebensbedrohlich.


Ketogenese: Abb. 1. Biosynthese der Ketonkörper Acetoacetat, β-Hydroxybutyrat und Aceton. Ketogenese

Ketogenese: Abb. 2. Rückgewinnung von Acetyl-CoA als Energiesubstrat aus den Ketonkörpern. [n. G. Rehner u. H. Daniel, Biochemie der Ernährung, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 1999] Ketogenese

Ketogenese: Abb. 3. Hydroxymethylglutaryl-Zyklus zur Regenerierung von Coenzym A für die β-Oxidation der Fettsäuren. Ketogenese

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