مواضيع المحاضرة:
background image

 

Lec. 4 - Ketogenesis (Biosynthesis of 
ketone bodies) 

  In humans, liver mitochondria has capacity to divert any 

excess acetyl-CoA formed in the liver during oxidation of 
fatty acids or oxidation of  pyruvate that exceed capacity of  
citric acid cycle to the ketone bodies , where they can 
reconvert to acetyl CoA & oxidized by citric acid cycle.  

  Why ketone bodies synthesized by the liver: 

The production and export of ketone bodies from the liver to 
extrahepatic tissues allow continued oxidation of fatty acids 
in the liver when acetyl-CoA is not being oxidized in the 
citric acid cycle. 
 

Ketone bodies are important sources of energy 
for the peripheral tissues because:
 

1)  They are soluble in aqueous solution (don't need to be 

incorporated into lipoproteins or carried by albumin like lipid). 

2)  Produced in liver when acetyl-CoA present exceed the 

oxidative capacity of the liver.  

3)  They are used in proportion to their concentration in the blood 

by extrahepatic tissues (skeletal & cardiac muscle & renal 
cortex). 

4)  Brain, heart & muscle can use ketone bodies to meet their 

energy needs if the blood levels rise sufficiently (during 
prolonged periods of fasting).  

Synthesis of ketone bodies 

1)  Formation of acetoacetyl CoA can occur by one of 2 

processes: 
a.  Incomplete breakdown of fatty acid. 
b.  Enzymatic condensation of two molecules of acetyl-CoA, 

which catalyzed by thiolase (the reversal of thiolase 
reaction of fatty acid oxidation).   

2)  The acetoacetyl-CoA, condenses with 3

rd

  molecule of acetyl-

CoA to form β -hydroxy- β -methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) 
catalyzed by HMG-CoA synthase (the rate limiting step in the 
synthesis of ketone bodies & present in significant quantities 
only in the liver). 

3)  HMG-CoA is cleaved to free acetoacetate and acetyl-CoA 

catalyzed by  HMG-CoA lyase. 

4)  The acetoacetate is reversibly reduced by D-β-hydroxy-

butyrate dehydrogenase with NADH as hydrogen donor to 
β–hydroxybutyrate or it can be spontaneously 
decarboxylated to form acetone. 

  Note: 

D-β-hydroxy-butyrate dehydrogenase  
[mitochondrial enzyme, specific for the D stereoisomer; it 
does not act on L- β -hydroxyacyl-CoA  and is not to be 
confused with L- β -hydroxyacyl-CoA dehydrogenase of the 
β-oxidation pathway. 

Utilization of ketone bodies by peripheral tissues 

•  Liver constantly produces low levels of ketone bodies, but 

their production becomes significant during starvation, when 
ketone bodies are needed to provide energy to the peripheral 
tissues. 

•  Liver actively produces ketone bodies, but it can't utilize it as 

a fuel because [can not reconvert acetoacetate to acetyl CoA] 
,while in extrahepatic tissues, acetoacetate is activated to 
acetoacetyl-CoA by succinyl CoA - acetoacetate CoA 
transferase which transfer CoA portion from succinyl-CoA 
to acetoacetate to form acetoacetyl-CoA . 

 

Utilization of ketone bodies including the following steps: 

1)  3-hydroxy butyrate is oxidized to acetoacetate by 3-hydroxy 

butyrate dehydrogenase, producing NADH. 

2)  Acetoacetate receives a coenzyme A from succinyl CoA by 

the action of succinyl CoA - acetoacetate CoA transferase 
[succinyl CoA transferase]  present in all tissues except the 
liver? 
Its absence allows the liver to produce ketone bodies but not 
utilize them; this ensures that extrahepatic tissues have access 
to ketone bodies as a fuel source during prolonged fasting & 
starvation.  

3)  Acetoacetyl CoA is actively removed by its conversion to two 

molecules of acetyl CoA by the action of thiolase. 

Ketogenesis is regulated at three crucial steps:  

1)  Partition of acetyl-CoA between the pathway of 

ketogenesis and the citric acid cycle. 

•  Fall in concentration of oxaloacetate, within the mitochondria, 

impair the ability of the citric acid cycle to metabolize acetyl-
CoA and divert fatty acid oxidation toward ketogenesis. 

  Because increase in the [NADH]/[NAD+] ratio caused by 

increased β-oxidation affecting the equilibrium between 
oxaloacetate and malate and decreasing the concentration of 
oxaloacetate. 


background image

 

2)  Free fatty acid mobilization from adipose tissue; directly 

affects the level of ketogenesis  

  the factors regulating mobilization of free fatty acids from 

adipose tissue are important in controlling ketogenesis.  

3)  The activity of carnitine palmitoyl transferase- I in liver, 

which determines the proportion of  the fatty acid flux that is 
oxidized rather than esterified;  HOW 

•  CPT-I activity is low in the fed state, leading to decrease fatty 

acid oxidation, and , high in starvation, allowing fatty acid 
oxidation to increase 

•  Malonyl-CoA, formed by acetyl-CoA carboxylase in the fed 

state, is a potent inhibitor of CPT-I. 

•  Concentration of free fatty acids increases with the onset of 

starvation, acetyl- CoA carboxylase is inhibited and  malonyl-
CoA decreases, CPT-I transport more of acyl-CoA to 
mitochondria to be oxidized (increase production of Acetyl-
CoA).  

•  These events are reinforced in starvation by decrease in the 

[insulin]/[glucagon] ratio.  
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lec. 5 - Ketosis 

  Higher level of ketone bodies than normal present in the blood 

(ketonemia) or urine (ketonuria). 
Ketoacidosis: increase acidity of the blood due to presence of 
high concentration of ketone bodies. 

  ketone bodies are moderately strong acids and buffered with 

alkali reserve (plasma bicarbonate) when present in blood but 
their continuous production in large quantity progressively 
depletes this reserve, causing ketoacidosis . 

  The higher ketone bodies conc. in the blood or urine due to 

increased production by liver rather than decrease in their 
utilization by extrahepatic tissues. 

  Ketoacidosis develops from excessive production of acetyl –

CoA due to body attempts to obtain energy from stored fat in 
the absence of adequate carbohydrate metabolites. This 
condition reinforced by 
: Inadequate incorporation of acetyl-
CoA into TCA due to decrease of the oxaloacetate 
concentration 

 

  Ketosis reflects excessive use of fat due to:  

     1- Intracellular glucose deficiency  
     2- Low insulin level & activity:  
How  

  This will increase rate of production of gluconeogenic 

substrate by glycolysis & proteolysis & rate of hepatic 

gluconeogenesis.  

  Lead to increase rate of glucose released into the 

extracellular, this is appropriate in starvation, but aggravates 
the hyperglycemia in DM. 

 

  ketosis can be reversed by restoring  adequate of 

carbohydrate metabolism. 

1)  In starvation:  

Restorations consist of adequate carbohydrate ingestion. 

2)  In diabetic ketosis :  

can be reversed by insulin administration ,which permits 
circulating blood glucose to be taken up by the cells ,with 
production of oxaloacetate (the acceptor of acetyl –CoA ), 
normal metabolism is restored & decrease release of FA from 
adipose tissues . 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 139 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل