Ketonkörper: der Weg im Körper · Biomarker & Urinanalyse

Diese Seite zeigt den biochemischen Weg hinter dem Laborwert β-Hydroxybutyrat (BHB): welche Stationen aufeinander folgen, welche Enzyme den Schritt machen und welche Cofaktoren sie dafür brauchen. Jede Aussage hat eine Quelle. Die Seite beschreibt allgemeines Lehrbuchwissen und sagt nichts über einen einzelnen Menschen.

Kurz erklärt

Ketonkörper sind kleine Moleküle, die die Leber aus Fettsäuren bildet; der mengenmäßig größte ist β-Hydroxybutyrat. Muskel, Herz, Niere und Gehirn bauen sie wieder zu Acetyl-CoA um und führen es dem Citratzyklus zu. Insulin bremst ihre Bildung, Fasten verstärkt sie.

11 Stationen · 5 Quellen

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Der Weg Schritt für Schritt

An jeder Station steht, was der Stoff dort tut. Drei Zeichen: ↑ liefert — baut auf oder stellt bereit · ↓ zehrt — hemmt, verbraucht oder entzieht · ↕ beides, je nach Menge. Dahinter steht, worauf die Aussage beruht: gesicherte Physiologie, in Studien beobachtet oder umstritten. Die Zeichen bewerten nicht; sie benennen die Richtung.

Fettsäuren → Acetyl-CoA β-Oxidation · Carnitin (CPT1), NAD⁺, FAD In der β-Oxidation wird die Fettsäure Schritt für Schritt um je zwei Kohlenstoffatome gekürzt; dabei fällt Acetyl-CoA an. Fällt viel davon an, läuft mehr in die Ketogenese. Quelle 4↕ beides, je nach Menge Acetyl-CoA aus der β-Oxidation hat in der Leber zwei Wege: in den Citratzyklus oder in die Ketogenese. Wird Oxalacetat für die Glukoseneubildung abgezogen, läuft mehr davon in die Ketonkörper. gesicherte Physiologie Quelle 4, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Acetyl-CoA, weil der Citratzyklus es nicht aufnimmt, geht der Überschuss über die Thiolase und die HMG-CoA-Synthase in die Ketonkörper.

zu wenig — Fällt wenig Acetyl-CoA an, nimmt der Citratzyklus es weitgehend auf, und für die Ketogenese bleibt kaum etwas.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 4
Acetyl-CoA → Acetoacetyl-CoA Thiolase Eine Thiolase fügt zwei Acetyl-CoA zusammen. Dieser Schritt ist umkehrbar und richtet sich danach, wie viel Acetyl-CoA vorliegt. Viel Acetyl-CoA treibt ihn in Richtung Ketonkörper. Quelle 2↑ liefert Acetoacetyl-CoA ist die erste Zwischenstufe, in der zwei Acetyl-Einheiten verbunden sind. Weil der Schritt umkehrbar ist, bestimmt das Angebot an Acetyl-CoA, in welche Richtung er läuft. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liegt viel Acetoacetyl-CoA vor, nimmt die HMG-CoA-Synthase es auf, soweit sie aktiv ist; den Rest spaltet die Thiolase wieder in Acetyl-CoA.

zu wenig — Entsteht wenig Acetoacetyl-CoA, fehlt der HMG-CoA-Synthase das Substrat, und der Weg zu den Ketonkörpern bleibt schwach.

gesicherte Physiologie · Quelle 2
Acetoacetyl-CoA → HMG-CoA HMG-CoA-Synthase 2 · Acetyl-CoA Die mitochondriale HMG-CoA-Synthase hängt ein weiteres Acetyl-CoA an. Dieses Enzym bestimmt das Tempo des ganzen Weges und kommt vor allem in der Leber vor. Insulin drosselt seine Bildung, Glukagon und Fasten erhöhen sie. Quelle 3, 2↑ liefert Die HMG-CoA-Synthase 2 ist die Stellschraube der Ketogenese: Insulin drosselt ihre Bildung, Glukagon und Fasten erhöhen sie. Wie viel HMG-CoA entsteht, legt so fest, wie viele Ketonkörper die Leber abgibt. gesicherte Physiologie Quelle 3, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel Synthase gebildet, etwa bei langem Fasten, läuft mehr Acetyl-CoA in HMG-CoA, und die Leber gibt mehr Ketonkörper ins Blut ab.

zu wenig — Ist wenig Synthase da, weil Insulin ihre Bildung bremst, bleibt Acetyl-CoA im Citratzyklus, und es entstehen kaum Ketonkörper.

gesicherte Physiologie · Quelle 3
HMG-CoA → Acetoacetat HMG-CoA-Lyase Die HMG-CoA-Lyase spaltet Acetoacetat ab. Ein kleiner Teil zerfällt von selbst zu Aceton, das über die Lunge abgeatmet wird. Acetoacetat ist selbst schon ein Brennstoff für die Gewebe. Quelle 2, 1↕ beides, je nach Menge Acetoacetat ist selbst ein Brennstoff, den die Gewebe über SCOT verwerten. Es ist eine Säure; ein Teil zerfällt zu Aceton, das nicht mehr verwertet, sondern abgeatmet wird. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Acetoacetat, zerfällt mehr davon von selbst zu Aceton, das über die Atemluft hinausgeht; zugleich binden seine Säuregruppen Puffer im Blut.

zu wenig — Ist wenig Acetoacetat da, haben BDH1 und SCOT kaum Substrat, und die Gewebe beziehen ihre Energie überwiegend aus Glukose und Fettsäuren.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 2
Acetoacetat → β-Hydroxybutyrat BDH1 · NADH Die Dehydrogenase BDH1 überträgt Wasserstoff von NADH auf Acetoacetat; so entsteht β-Hydroxybutyrat. Es ist der mengenmäßig größte Ketonkörper im Blut. Es dient Gehirn, Herz und Muskel als Brennstoff. Quelle 1, 2↕ beides, je nach Menge β-Hydroxybutyrat ist die Transportform: stabiler als Acetoacetat und Brennstoff für Gehirn, Herz und Muskel. In Zellkultur und Tiermodell wirkt es zudem als Signalstoff, etwa auf Histon-Deacetylasen und einen Rezeptor auf Fettzellen. in Studien beobachtet Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich β-Hydroxybutyrat, bremst es über einen Rezeptor auf Fettzellen die Freisetzung von Fettsäuren und damit seinen eigenen Nachschub; als Säure bindet es Puffer im Blut.

zu wenig — Ist wenig β-Hydroxybutyrat im Blut, beziehen Gehirn und Herz ihre Energie fast nur aus Glukose und Fettsäuren; das Gehirn nimmt Ketonkörper im Maß ihres Blutspiegels auf.

in Studien beobachtet · Quelle 1
BHB in der Zelle → Acetoacetat BDH1 · NAD⁺ Dieselbe Dehydrogenase BDH1 läuft im Gewebe rückwärts: sie nimmt Wasserstoff ab und gibt ihn an NAD⁺ weiter. Dabei entsteht NADH für die Atmungskette. Quelle 2↑ liefert Bei der Rückwandlung gibt β-Hydroxybutyrat Wasserstoff an NAD⁺ ab; so entsteht NADH, das in die Atmungskette geht. Die Richtung des Schritts folgt dem Verhältnis von NADH zu NAD⁺ in der Zelle. gesicherte Physiologie Quelle 2, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liegt viel Acetoacetat im Gewebe vor, begrenzt SCOT, wie schnell es weiterverarbeitet wird; dabei wird mehr Succinyl-CoA verbraucht.

zu wenig — Ist wenig NAD⁺ frei, etwa weil die Atmungskette ausgelastet ist, läuft die Rückwandlung langsamer, und β-Hydroxybutyrat bleibt länger unverwertet.

gesicherte Physiologie · Quelle 2, 1
Acetoacetat → Acetoacetyl-CoA SCOT · Succinyl-CoA Das Enzym SCOT überträgt eine CoA-Gruppe von Succinyl-CoA auf Acetoacetat. Dieser Schritt kommt in fast allen Geweben vor, nur nicht in der Leber. So verbraucht die Leber ihre eigenen Ketonkörper nicht. Quelle 2, 1↕ beides, je nach Menge SCOT macht Acetoacetat verwertbar und zweigt dafür Succinyl-CoA aus dem Citratzyklus ab. Weil der Leber SCOT fehlt, verbraucht sie ihre eigenen Ketonkörper nicht, sondern gibt sie an andere Organe ab. gesicherte Physiologie Quelle 2, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Läuft viel Acetoacetat über SCOT, wird mehr Succinyl-CoA aus dem Citratzyklus abgezweigt, und die Zelle gewinnt mehr Acetyl-CoA aus Ketonkörpern.

zu wenig — Ist die SCOT-Aktivität gering, bleibt Acetoacetat im Gewebe ungenutzt und geht ins Blut zurück; dort sammeln sich dann Ketonkörper an.

gesicherte Physiologie · Quelle 2, 1
Acetoacetyl-CoA → Acetyl-CoA Thiolase · CoA Eine Thiolase spaltet Acetoacetyl-CoA in zwei Acetyl-CoA. Ab hier gleicht der Brennstoff dem aus Zucker und Fett. Quelle 2↑ liefert Die Thiolase liefert zwei Acetyl-CoA, dieselbe Form, die auch aus Glukose und Fettsäuren entsteht. Ab hier ist nicht mehr zu unterscheiden, woher der Brennstoff stammt. gesicherte Physiologie Quelle 2, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Fällt viel Acetyl-CoA aus Ketonkörpern an, baut die Zelle weniger Glukose ab; die Brennstoffe ersetzen sich gegenseitig.

zu wenig — Liefert die Thiolase wenig Acetyl-CoA, stammt der Brennstoff für den Citratzyklus aus Glukose und Fettsäuren.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Acetyl-CoA → Citratzyklus Acetyl-CoA tritt in den Citratzyklus ein. Die dabei gewonnenen Elektronen treiben in der Atmungskette die Bildung von ATP an. So wird aus Ketonkörpern ATP. Quelle 1↑ liefert Im Citratzyklus wird Acetyl-CoA vollständig zu CO₂ abgebaut; die Elektronen gehen als NADH und FADH₂ in die Atmungskette, die daraus ATP bildet. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt mehr Acetyl-CoA an, als Zyklus und Atmungskette verarbeiten, steigen NADH und ATP in der Zelle und bremsen die Enzyme des Zyklus.

zu wenig — Kommt wenig Acetyl-CoA an, läuft der Zyklus langsamer, und die Atmungskette bildet weniger ATP.

gesicherte Physiologie · Quelle 1

Weitere Stationen

Fettsäuren — aus dem Fettgewebe Wenn wenig Zucker verfügbar ist, geben die Fettzellen Fettsäuren ins Blut ab. Die Leber nimmt sie auf und schleust sie über das Carnitin-System in die Mitochondrien. Insulin bremst diese Freisetzung. Quelle 1, 4↑ liefert Fettsäuren sind der Rohstoff der Ketonkörper. Insulin bremst ihre Freisetzung aus den Fettzellen, Glukagon und Fasten verstärken sie; so bestimmt das Verhältnis der Hormone, wie viel Ausgangsstoff die Leber erreicht. gesicherte Physiologie Quelle 1, 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommen mehr Fettsäuren in der Leber an, als die β-Oxidation abbaut, baut die Leber den Überschuss zu Triglyceriden um und lagert ihn ein oder gibt ihn in Lipoproteinen ab.

zu wenig — Kommen wenig Fettsäuren an, etwa weil Insulin ihre Freisetzung bremst, bildet die Leber kaum Ketonkörper; die Gewebe beziehen ihre Energie dann vor allem aus Glukose.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 4
BHB in der Zelle — Aufnahme über MCT1 Muskel, Herz, Niere und Gehirn holen β-Hydroxybutyrat über Monocarboxylat-Transporter aus dem Blut. Der Leber selbst fehlt das Enzym, um es wieder zu verwerten. Je mehr davon im Blut ist, desto mehr nehmen sie auf. Quelle 1↑ liefert In Muskel, Herz, Niere und Gehirn ist β-Hydroxybutyrat ein Brennstoff, der Glukose teilweise ersetzt. Die Aufnahme über Monocarboxylat-Transporter steigt mit dem Blutspiegel. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt mehr β-Hydroxybutyrat an, verwerten die Gewebe mehr davon; Transporter und SCOT setzen dabei die Obergrenze, und ein Teil geht über die Niere hinaus.

zu wenig — Kommt wenig an, decken die Gewebe ihren Bedarf aus Glukose und Fettsäuren; das Gehirn ist dann fast ganz auf Glukose angewiesen.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 2

Cofaktoren dieses Weges

Carnitin — Träger, mit dem CPT1 die Fettsäuren in das Mitochondrium bringt; ohne ihn erreichen kaum Fettsäuren die β-Oxidation Quelle 4Im ORY-Katalog als Laborwert: Carnitin
Coenzym A — Trägt die Acetyl- und Acyl-Gruppen auf dem ganzen Weg von der Fettsäure zum Ketonkörper; ist es knapp, stockt der Weg Quelle 1, 2
NAD⁺ — Wasserstoff-Träger in der β-Oxidation und an der BDH1, die Acetoacetat und BHB ineinander umwandelt, je nach NADH-Anteil Quelle 4, 1Im ORY-Katalog als Laborwert: NAD⁺ (Nicotinamidadenindinukleotid)
Vitamin B2 (FAD) — Flavin-Cofaktor der Acyl-CoA-Dehydrogenasen in der β-Oxidation; ohne FAD stockt der Fettabbau Quelle 4
Succinyl-CoA — Gibt im Gewebe die CoA-Gruppe an Acetoacetat ab; diesen Schritt macht das Enzym SCOT und wird dabei verbraucht Quelle 2
Leucin — Aminosäure, deren Abbau über dieselbe HMG-CoA-Lyase zu Acetoacetat führt; so liefert auch Eiweiß Ketonkörper Quelle 5, 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Leucin

Quellen

Puchalska P, Crawford PA. Multi-dimensional Roles of Ketone Bodies in Fuel Metabolism, Signaling, and Therapeutics. Cell Metab 2017 · PubMed 28178565
Fukao T, Mitchell G, Sass JO et al. Ketone body metabolism and its defects. J Inherit Metab Dis 2014 · PubMed 24706027
Hegardt FG. Mitochondrial 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase: a control enzyme in ketogenesis. Biochem J 1999 · PubMed 10051425
Adeva-Andany MM, Carneiro-Freire N et al. Mitochondrial β-oxidation of saturated fatty acids in humans. Mitochondrion 2019 · PubMed 29551309
Arnedo M, Latorre-Pellicer A, Lucia-Campos C et al. More Than One HMG-CoA Lyase: The Classical Mitochondrial Enzyme Plus the Peroxisomal and the Cytosolic Ones. Int J Mol Sci 2019 · PubMed 31817290