3-Hydroxybutyrat (Beta-Hydroxybutyrat): der Weg im Körper · Biomarker & Urinanalyse

3-Hydroxybutyrat (Beta-Hydroxybutyrat) ist Teil des Weges „Ketonkörper“. Diese Seite zeigt den ganzen Weg; die Station von 3-Hydroxybutyrat (Beta-Hydroxybutyrat) ist hervorgehoben.

Hier steht dieser Laborwert: β-Hydroxybutyrat — BHB, im Blut messbar. 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

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

Ganzer Weg: Ketonkörper