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Ketonkörper

Synonym: Ketokörper
Englisch: ketone bodies

1 Definition

Zu den so genannten Ketonkörpern gehören die chemischen Verbindungen Acetoacetat, Aceton und beta-Hydroxybutyrat. Beta-Hydroxybutyrat wird zu den Ketonkörpern gerechnet, obwohl es chemisch kein Keton ist.

2 Hintergrund

Ketonkörper entstehen bei Kohlenhydratmangel als Nebenprodukt der Fettverbrennung in den Mitochondrien der Leberzellen (Hepatozyten) - zum Beispiel bei Hungerzuständen oder bei einer verminderten Aufnahme von Glucose im Rahmen eines Diabetes mellitus. Der Glukosespiegel im Blut ist dabei nicht unbedingt vermindert. Bei Insulinmangel ist die Glucosekonzentration hoch, das Kohlendydrat kann aber nicht in die Zellen aufgenommen und verwertet werden.

3 Synthese (Ketogenese)

Die Synthese von Ketonkörpern bezeichnet man als Ketogenese. Bei Kohlenhydratmangel werden vermehrt Fettsäuren über die beta-Oxidation zu Acetyl-CoA abgebaut. Gleichzeitig entsteht ein Mangel an Oxalacetat, an das Acetyl-CoA normalerweise im Citratzyklus gebunden wird. In der Folge akkumuliert Acetyl-CoA in den Hepatozyten. Dieses dient als Substrat für die Synthese von Ketonkörpern, die im Matrixraum von Mitochondrien abläuft.

3.1 Regulation der Synthese

Die Synthese wird durch drei Enzyme reguliert.

3.1.1 Hormonsensitive Lipase

Durch die phosphorylierte Hormonsensitive Lipase (HSL) werden Triacylglycerine zu Fettsäuren hydrolysiert und diese anschließend in der beta-Oxidation abgebaut. Das führt zu einer erhöhten Konzentration an Acetyl-CoA. Die HSL wird maßgeblich von Adrenalin und Insulin reguliert. Adrenalin aktiviert die HSL im Rahmen der Lipolyse. Durch Insulin kommt es zu einer Dephosphorylierung und damit Inaktivierung des Enzyms.

3.1.2 Acetyl-CoA-Carboxylase

Durch die Acetyl-CoA-Carboxylase wird Acetyl-CoA in Malonyl-CoA umgewandelt. Dieses bewirkt, dass weniger Acyl-CoA, das Substrat der beta-Oxidation, in die Mitochondrien transportiert wird. Insulin stimuliert dieses Enzym.

3.1.3 HMG-CoA-Synthase

Insulin hemmt das Enzym, während es durch Nahrungskarenz und sehr fettreiche Nahrung aktiviert wird.

4 Abbau von Ketonkörpern

Die Leber gibt Ketonkörper an das Blut ab, da sie diese nicht metabolisieren kann. Sie dienen zahlreichen extrahepatischen Geweben (insbesondere ZNS) als Energielieferant. Um in den oxidativen Stoffwechsel eingeschleust zu werden, müssen sie jedoch zunächst aktiviert werden:

  • Zu Beginn wird beta-Hydroxybutyrat zu Acetoacetat oxidiert.
  • Es folgt die Reaktion von Acetoacetat mit Succinyl-CoA, wobei Acetoacetyl-CoA und Succinat entstehen.
  • Nachdem das Acetoacetyl-CoA durch die 3-Ketothiolase zu Acetyl-CoA gespalten worden ist, kann es als Acetyl-CoA in den Citratzyklus eingeschleust werden.

5 Diabetische Ketoazidose

Die diabetische Ketoazidose tritt vor allem bei Patienten mit Diabetes mellitus Typ 1 auf und resultiert aus erhöhten Konzentrationen an Glucagon, Cortisol und Catecholaminen sowie auf einer sehr geringen Konzentration an Insulin.

Dies bewirkt Aktivierung der Hormon-Sensitiven-Lipase und damit eine Hydrolyse von Triacylglycerinen und erhöhte Konzentrationen an freien Fettsäuren. Dies führt schließlich zu einer erhöhten Konzentration an Acetyl-CoA, aus dem vermehrt Ketonkörper synthetisiert werden. Es kommt zu einer Senkung des pH-Wertes des Blutes (metabolische Azidose), da Acetacetat und beta-Hydroxybutyrat dissoziieren. Aceton wird dagegen über die Lunge ausgeatmet.

6 Nachweismethoden

Höhere Spiegel an Ketonkörpern fallen durch den charakteristischen Aceton-Geruch der Ausatemluft auf. Laborchemisch können Ketonkörper mit Teststreifen semiquantitativ in Blut und Urin (Ketonurie) nachgewiesen werden (Nitroprussid-Methode). Diese reagieren nur mit Acetacetat und Acteon, aber nicht mit beta-Hydroxybutyrat.

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