Ketolyse
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LoslegenSynonyme: Ketonkörperabbau, Ketonkörperoxidation, Ketonkörperverwertung
Englisch: ketolysis, ketone body oxidation
Definition
Als Ketolyse bezeichnet man den Abbau von Ketonkörpern zu Acetyl-CoA in den Mitochondrien extrahepatischer Gewebe. Das entstehende Acetyl-CoA wird im Citratzyklus oxidiert und dient der Energiegewinnung. Die Ketolyse ist damit das Gegenstück zur Ketogenese in der Leber.[1]
Mechanismus
Aufnahme in die Zelle
Die in der Leber gebildeten Ketonkörper β-Hydroxybutyrat und Acetoacetat gelangen über das Blut zu den Zielgeweben. Sie werden über Monocarboxylat-Transporter (MCT) in die Zellen und weiter in die Mitochondrien aufgenommen. Im Gehirn ermöglichen MCT den Transport über die Blut-Hirn-Schranke.[1] Aceton wird dagegen kaum verwertet und überwiegend abgeatmet.
Reaktionsschritte
Die Ketolyse verläuft in drei Schritten in der mitochondrialen Matrix:[1]
| Schritt | Reaktion | Enzym |
|---|---|---|
| 1 | β-Hydroxybutyrat + NAD+ → Acetoacetat + NADH + H+ | β-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase (BDH1) |
| 2 | Acetoacetat + Succinyl-CoA → Acetoacetyl-CoA + Succinat | Succinyl-CoA:3-Ketosäure-CoA-Transferase (SCOT) |
| 3 | Acetoacetyl-CoA + CoA → 2 Acetyl-CoA | mitochondriale Acetyl-CoA-Acetyltransferase (ACAT1, T2) |
Der erste Schritt ist die Umkehr der letzten Reaktion der Ketogenese. Schritt 2 ist der geschwindigkeitsbestimmende und für die Ketolyse spezifische Schritt: Die SCOT überträgt das Coenzym A von Succinyl-CoA auf Acetoacetat und aktiviert es so. Im dritten Schritt wird Acetoacetyl-CoA thiolytisch in zwei Acetyl-CoA gespalten.
Energiebilanz
Da Succinyl-CoA im Schritt 2 umgangen wird, entfällt die Substratkettenphosphorylierung durch die Succinyl-CoA-Synthetase im Citratzyklus. Dieser Verlust entspricht einem GTP. Bei der Oxidation von β-Hydroxybutyrat entsteht zusätzlich ein NADH. Insgesamt liefert die vollständige Oxidation eines Moleküls β-Hydroxybutyrat etwa 21,5 ATP, die von Acetoacetat etwa 19 ATP.
Bedeutung in den Geweben
Ketonkörper werden v.a. in folgenden Geweben verwertet:[1]
- Herzmuskel: hohe SCOT-Aktivität; Ketonkörper werden bereits bei normalen Blutkonzentrationen proportional zum Angebot oxidiert
- Skelettmuskulatur: Verwertung v.a. in der frühen Fastenphase; bei längerem Fasten nimmt die Ketonkörperoxidation im Muskel ab, sodass mehr Ketonkörper für das Gehirn zur Verfügung stehen
- Gehirn: Bei längerer Nahrungskarenz deckt das Gehirn einen zunehmenden Teil seines Energiebedarfs aus Ketonkörpern und spart so Glucose ein. Auch beim Neugeborenen spielen Ketonkörper als Energiequelle eine wichtige Rolle.
- Niere
Die Ketolyse ist eng an das Angebot von Ketonkörpern gekoppelt. Steigt deren Konzentration im Blut, nimmt auch ihre Oxidation in den Geweben zu. Bei Fasten schützt die Verwertung durch das Gehirn die Muskulatur, da weniger Protein für die Gluconeogenese abgebaut werden muss.
Klinik
Angeborene Störungen
Angeborene Störungen der Ketolyse sind selten und werden autosomal-rezessiv vererbt. Sie führen zu wiederkehrenden ketoazidotischen Krisen, die durch Infektionen, Fieber oder Fasten ausgelöst werden.
| Erkrankung | Betroffenes Enzym (Gen) | Besonderheiten |
|---|---|---|
| SCOT-Mangel | SCOT (OXCT1) | Manifestation oft in den ersten Lebenstagen; typisch ist eine permanente Ketose bzw. Ketonurie auch zwischen den Krisen, die bei Restaktivität des Enzyms fehlen kann[2] |
| Beta-Ketothiolase-Mangel (T2-Mangel) | ACAT1 (ACAT1) | Manifestation meist zwischen dem 6. und 24. Lebensmonat; zusätzlich ist der Abbau von Isoleucin gestört[3] |
Herzinsuffizienz
Das insuffiziente Herz greift verstärkt auf Ketonkörper als Energiequelle zurück. In der Herzinsuffizienz sind die Expression der BDH1 und die Ketonkörperoxidation gesteigert. Dies wird als adaptive Umstellung des myokardialen Energiestoffwechsels gedeutet.[4]
Ketogene Ernährung
Bei ketogener Ernährung werden Ketonkörper dauerhaft vermehrt gebildet und in den Geweben verwertet. Therapeutisch wird die ketogene Diät u.a. bei pharmakoresistenter Epilepsie und beim GLUT1-Defizienz-Syndrom eingesetzt, bei dem Ketonkörper dem Gehirn als alternativer Energieträger zur Glucose dienen.[1]
Quellen
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Puchalska P, Crawford PA. Multi-dimensional Roles of Ketone Bodies in Fuel Metabolism, Signaling, and Therapeutics. Cell Metab. 2017;25(2):262-284.
- ↑ MedlinePlus Genetics. Succinyl-CoA:3-ketoacid CoA transferase deficiency, abgerufen am 27.10.2026
- ↑ MedlinePlus Genetics. Beta-ketothiolase deficiency, abgerufen am 27.10.2026
- ↑ Aubert G et al. The Failing Heart Relies on Ketone Bodies as a Fuel. Circulation. 2016;133(8):698-705.