background image

 
  

KETOGENESIS  

          

● 

Ketogenesis 

is the process of formation of ketone bodies ( acetoacetate ,  

    

β-hydroxybutyrate , and acetone ) from mitochondrial acetyl CoA . The   

    enzymes for the synthesis of ketone bodies are located mainly in liver cell   
    mitochondria . 
 
Mechanism of Ketogenesis :

 

 

● Ketogenesis occurs whenever fatty acid levels are elevated in the blood .    

● Ketogenesis occurs  under metabolic conditions  associated with a high  
    level of mitochondrial acetyl CoA ( resulting from high rate of partial   
    oxidation of fatty acid  )   ; such metabolic conditions include  :  

1. fasting & starvation   
2. uncontrolled diabetes mellitus  
3. high fat / low carbohydrate diet .  
 

● Under these conditions , glucagon/insulin ratio is high which promotes : 
 

Lipolysis : Triglyceride breakdown in adipose tissues and the released 
fatty acids enter the liver cell mitochondria and by the process of  

β-

oxidation generates increased amount of acetyl CoA , NADH &  ATP . 
       
     

 
                                                                                                                                             
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
KETOGENESIS PATHWAY :   


background image

 

1

ST

 

Step

 :  

two molecules of acetyl CoA react to form acetoacetyl CoA .  
 

2

nd

 

Step :  

another acetyl CoA reacts with acetoacetyl CoA producing 

β-hydroxy-β-

methyl glutaryl CoA( HMG-CoA ) catalyzed by HMG-CoA synthetase-I . This 
enzyme is the 
rate-limiting enzyme in the synthesis of ketone bodies and is 
induced as fasting progresses .     
 

3

rd

 

Step

 :  

HMG-CoA is then cleaved by the enzyme HMG-CoA lyase ( present only in 
liver ) to form acetoacetate ( primary ketone bodies ) . 
 

4

th

 

Step

 :  

● acetoacetate can be reduced to  β–hydroxybutyrate  by a dehydrogenase   
   enzyme that uses NADH as reducing agent .   
 

● Both , acetoacetate & β–hydroxybutyrate  enter the blood and travel from   
    the liver to extrahepatic tissues where  they are oxidized for energy . 
 
 

● The other fate of acetoacetate is spontaneous decarboxylation in which   
    nonenzymatic reaction release CO

2

 and produces acetone .  

 
    

■ β-hydroxybutyrate and acetone are termed secondary ketone bodies . 

 
 
 
 
 
                                                                                                                                                   
                


background image

                  
                
 
 
 
 
 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

                                                                                                                                                                                                            
 

Oxidation of ketone bodies , acetoactate :  

  

Acetoacetate is activated in the mitochondria  , and by enzymatic reactions 
it is transformed to acetoacetyl 

–CoA.  

  
 

● Acetoacetyl CoA is then cleaved to two molecules of acetyl CoA catalyzed  
   

by the enzyme thiolase ( same thiolase of β-oxidation ) . 

 

 Acetyl CoA enter TCA cycle and oxidized to generate ATP . 

 

 
                                       

[ Synthesis & Oxidation of Ketone Bodies ]

 

 
 
 
                                                                                                                                             

Notes :  


background image

 

 

1. Normally , the concentration of ketone bodies in blood rarely exceeds 

0.2 mmol /L ; ketone bodies serve as fuels for tissues such as muscle  
( cardiac & skeletal ) and kidney during fasting .  
 

2. Ketone bodies are used as a fuel by the brain but only when the 

concentration in the blood is elevated ( during starvation ) which 
enables them to enter brain cells and other nervous tissue where they 
are oxidized . 
 

3. Acetone is difficult to oxidize in tissues ; is volatile and expired by the 

lungs  . The breath of uncontrolled diabetic patients smells acetone . 

 

 

ENERGETICS :  

Oxidation of one molecule of acetoacetate by extrahepatic tissue yields 
23 ATP . The two acetyl CoA derived from acetoacetate generate 24 
ATP via the TCA cycle but the net yield is only 23 ATP since  one ATP is 
used in the activation of acetoacetate   .  

 

 
                                                                                                                                   

 
 
Advantage gained by ketogenesis : 

 

(a)  allows liver to oxidize large amounts of fatty acids . 
(b)
   other tissues use the ketone bodies as fuel . 
 
(c)
    during starvation , the brain can oxidize ketone bodies . This  

                  reduces its need for glucose , consequently , gluconeogenesis   
                  from muscle protein is reduced ( i.e. degradation of muscle   
                  protein decreases ) .  

 
 

 
 


background image

KETOSIS & KETOACIDOSIS :  

  

● A condition develops when the rate of synthesis of ketone bodies exceeds the   
  ability of extrahepatic tissues to metabolize them ; ketone bodies accumulate    
   in the blood and levels may reach 12 mmol/ L ( ketonemia ) and excreted in   
   the urine ( 
ketonuria ) . 

 

● ketone bodies ( acetoacetate & β-hydroxybutyrate ) are both moderately   
   strong acids and , when accumulate , will lower the plasma pH leading to   
   metabolic acidosis ( ketoacidosis ) .  

●The body try to compensate acidosis through hyperventilation producing   
   the rapid deep typical acidotic breath called kussmaul's respiration . 
 

● Osmotic diuresis due to ketonuria lead to water loss & electrolyte depletion   
    since ketone bodies are excreted  in urine as their Na

+

 or K

+

 salts . 

● Frequent vomiting caused by acidosis is usually present and participate in   
    the loss of more water & electrolytes .  
 

                                                                                                                                            

● Electrolyte depletion and water losses lead to dehydration , hypovolemia   
   and hypotension . This stimulate the secretion of catecholamines , cortisol   
   and growth hormones which have lipolytic and hyperglycemic effects   
   creating a viscious circle . 
 

● Finally , the acidosis and dehydration depress consciousness to the point of   
    coma . 

 

 

 ketosis may develop in diabetes mellitus  and starvation :  

 

 ■ Ketosis in starvation is due to reduced calorie intake which leads to   
    decreased blood glucose and insulin levels and an increased glucagon   
    levels and consequently increased lipolysis and hepatic ketogenesis . 
 

 ■ In diabetes mellitus , even though glucose level is high , glucagon level is       
     high because of the deficiency of insulin which causes increased rate of     
     lipolysis and subsequent ketone bodies production . 
 


background image

      

 

 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                                             

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

** 

Patients with Diabetic Ketoacidois ( DKA ) have whole body potassium   

       depletion which may be severe despite apparently normal plasma K

+

  

   levels . The explanations for this are : 


background image

1. Osmotic diuresis : electrolyte depletion accompany water secretion . 
2. Ketone bodies excreted as K

+

 salt . 

3. In acidosis , as the concentration of hydrogen ions(H

+

) increases ,  

K

+

 ions are moved out of  the cell into ECF in order to maintain 

electroneutrality .  

  

 

                                                                                                                               

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*************************************************************************** 

 

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

 
 
 
 
 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Ismail AL Jarrah
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 63 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