I corpi chetonici sono molecole solubili in acqua prodotte dal fegato quando non c’è una sufficiente quantità di glucosio disponibile come principale fonte di energia per il corpo. Ciò può accadere durante periodi di digiuno prolungato, esercizio fisico intenso o quando si segue una dieta povera di carboidrati o una dieta chetogenica.
I due principali corpi chetonici sono l’acetoacetato (AcAc) e il 3-beta-idrossibutirrato (3HB), mentre l’acetone è il terzo e meno abbondante corpo chetonico. Oltre ad essere una fonte di energia, i corpi chetonici e, in particolare il 3-beta-idrossibutirrato, hanno proprietà di segnalazione e funzioni biologiche.
Il 3-beta-idrossibutirrato può fungere da antiossidante diretto, può inibire la generazione mitocondriale di specie reattive dell’ossigeno (ROS) e può anche fungere da molecola di segnalazione per regolare le attività trascrizionali, portando all’espressione di proteine citoprotettive, catalasi, glucosio-6-fosfato deidrogenasi e subunità modificata γ-glutatione-cisteina ligasi.
Biosintesi dei corpi chetonici
La chetogenesi si verifica principalmente nella matrice mitocondriale epatica a velocità proporzionali all’ossidazione totale dei grassi. Gli acidi grassi vengono portati nei mitocondri tramite la carnitina palmitoiltransferasi (CPT-1) presente sulla parte esterna della membrana mitocondriale che catalizza il trasferimento di gruppi acilici dall’acil-CoA alla carnitina, producendo acil-carnitina e quindi scomposti in acetil-CoA tramite beta-ossidazione.
Ciò è dovuto al fatto che l’acil-CoA non è in grado di attraversare la membrana mitocondriale a causa della presenza della sua porzione acilica. La porzione acilica viene dunque trasferita ad una molecola di carnitina, formando acil-carnitina.
Due molecole di acetil-CoA vengono convertite in acetoacetil-CoA tramite l’enzima tiolasi noto anche come acetil coenzima A acetiltransferasi che catalizza la reazione:
2 acetil-CoA ⇄ acetoacetil-CoA
Successivamente, l’acetoacetil-CoA viene convertito in 3-idrossi-3-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) che è un intermedio anche della via metabolica del mevalonato grazie all’azione dell’enzima idrossimetilglutaril-CoA sintasi (HMG- CoA sintasi) appartenente alla classe delle transferasi, che catalizza la seguente reazione della chetogenesi:
acetil-CoA + H2O + acetoacetil-CoA ⇄ (S)-3-idrossi-3-metilglutaril-CoA + CoA
L’enzima 3-idrossi-3-metilglutaril-CoA liasi (o HMG-CoA liasi) catalizza la reazione:
(S)-3-idrossi-3-metilglutaril-CoA ⇄ acetil-CoA + acetoacetato
L’acetoacetato può essere convertito in acetone tramite decarbossilazione non enzimatica o in beta-idrossibutirrato tramite beta-idrossibutirrato deidrogenasi, enzima appartenente alla classe delle ossidoreduttasi.
L’ acetoacetato e il beta-idrossibutirrato sono i due corpi chetonici utilizzati dal corpo per produrre energia: nei tessuti extraepatici il beta-idrossibutirrato viene convertito in acetoacetato tramite l’enzima beta-idrossibutirrato deidrogenasi e l’acetoacetato viene riconvertito in acetil-CoA tramite l’enzima beta-chetoacil-CoA transferasi. L’acetil-CoA entra nel ciclo dell’acido citrico e, dopo la fosforilazione ossidativa, produce 22 ATP per molecola.
Funzioni
Il metabolismo dei corpi chetonici negli esseri umani è sfruttato per alimentare il cervello durante i periodi episodici di privazione dei nutrienti. I corpi chetonici fanno parte delle vie metaboliche dei mammiferi come la β-ossidazione, il ciclo di Krebs, la gluconeogenesi, lipogenesi e biosintesi degli steroli.
L’ossidazione dei corpi chetonici contribuisce in modo significativo al metabolismo energetico dei mammiferi all’interno dei tessuti extraepatici in una miriade di stati fisiologici, tra cui digiuno, fame, periodo neonatale, a seguito di uno sforzo fisico, gravidanza e le diete a basso contenuto di carboidrati.
Al di là del loro ruolo di carburante alternativo per il cervello, l’impatto dei corpi chetonici sulla fisiologia neuronale è stato evidenziato dall’uso delle cosiddette diete chetogeniche che riducono drasticamente l’assunzione di carboidrati e proteine e sostituendoli con i grassi, favorendo così la chetogenesi. Il cosiddetto acetone dei bambini è uno stato transitorio piuttosto frequente nei bambini dovuto alla velocità del loro metabolismo che provoca la riduzione degli zuccheri
Tuttavia, è importante notare che una produzione prolungata o eccessiva di corpi chetonici può portare a una condizione chiamata chetoacidosi che è una grave condizione medica che si verifica quando i livelli di corpi chetonici diventano pericolosamente elevati nel sangue, provocando un abbassamento del pH del sangue.
Questa patologia può verificarsi nei diabetici che si manifesta quando i tessuti non riescono glucosio come riserva di energia a causa della carenza dell’insulina, ormone che consente alle cellule di captare lo zucchero e utilizzarlo come energia per tutte le funzioni corporee.