케톤 대사(Ketone body metabolism)

케톤체

Ketone body의 대표적인 예는 3가지가 있다. acetoacetate, beta-hydroxybutyrate, acetone. 이들은 에너지 공급원 plan A인 당, 단백질, 지방 등이 부족할 때, plan B로 사용되는 물질이다. 간에서 생성된 ketone body는 다양한 세포들의 미토콘드리아에서 대사되어 ATP를 생성한다.

단식과 케톤 대사

Fasting 시 시간에 따른 대사 변화 과정

초기에는 glycogenolysis, 12시간이 지나고부터는 gluconeogensis가 메인 반응으로 일어난다. 2~3일 지나면 지방을 태우기 시작하는데, 문제는 fatty acid가 BBB를 넘지 못하므로 뇌 세포는 지방 대사를 할 수 없다는 것이다. 그래서 뇌 세포는 당이 부족할 시 ketone body를 대사하게 된다(일반 세포는 당이 부족 시 단백질과 지방을 전환시켜서 영양소로 쓸 수 있지만, 뇌는 오직 당과 케톤체만 사용할 수 있다).

 

정상적인 세포호흡 과정에서는 Krebs cycle에서 CoA와 oxalacetate가 반응물로 들어가 ATP를 만들어 내게 된다. 그런데 oxalacetate는 gluconeogensis에서도 반응물로 사용된다는 특징을 갖는다. 따라서, fasting 기간이 길어지면 oxalacetate는 부족해지고, 반면 fatty oxidation의 영향으로 CoA는 점점 늘어나면서 간에 축적된다. 간은 누적된 CoA를 ketone body로 전환시켜서 뇌를 비롯한 다양한 세포에 공급한다.

 

acetoacetate는 혈중에서 이동할 때, carbon기가 분리되어 acetone 형태로 변형되기도 한다. 이는 대사할 수 없는 형태로 주로 호흡을 통해 배출된다(DKA 환자 입냄새에서 나타나는 과일향이 아세톤 향이다). acetoacetate와 beta-hydroxybutyrate는 뇌와 근육 등으로 전달되어 미토콘드리아를 통해 대사된다. 적혈구는 미토콘드리아가 없으므로 ketone body를 대사할 수 없다. 미토콘드리아에서는 ketone body에 CoA를 붙여서 ATP를 만들어내는데, CoA가 부족한 말초 세포에서는 thiophorase를 통해 CoA를 붙인다. 그런데 간세포에는 이 thiophorase가 없어서, (간은 ketone body를 생성하고 각 세포에 공급하지만) 역설적으로 ketone body를 대사할 수 없다.

 

 

* Reference: Osmosis - Learning Medicine Made Simple