Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, то обстоятельство, что жирные кислоты служат одновременно и субстратом окисления, и регулятором этого процесса, автоматически предотвращает ситуацию, когда окисление разобщается от фосфорилирования на более длительный срок, тем это необходимо для терморегуляции. Данное свойство системы может иметь большое значение, поскольку дыхание разобщенное — термодинамически более выгодный процесс, чем-сопряженное. Поэтому возврат от разобщенного состояния к сопряженному мог бы, в принципе, быть связан с известными трудностями.
Явления, описанные выше, характерны для ответа мышц на повторное охлаждение. Однако в мышцах существует и другой термогенный механизм, включающийся уже при первом воздействии холода. Это — мышечная дрожь, поддерживаемая, как любое сокращение мышцы, гидролизом цитоплазматического АТР. Регенерация последнего происходит за счет транспорта АТР из митохондрий ATP/ADP-антипортером. В митохондриях АТР образуется Н+—АТР-синтазой, которая потребляет АрН, генерируемую дыхательной цепью. По-видимому, такой путь — слишком длинный и медленный, чтобы резко увеличить продукцию тепла в условиях внезапного понижения температуры среды. Кроме того, он связан с сильной активацией мышечного сокращения, т. е. специфической функции данной ткани (потребление кислорода организмом при резком охлаждении приближается к таковому при тяжелой мышечной работе). В результате главный принцип терморегуляции — сделать функции независимыми от температуры — в данном случае остается нереализованным применительно к самой массовой ткани организма — мышечной. Вот почему мышечная дрожь уменьшается по мере адаптации к холоду. Снижение дрожи коррелирует с возрастанием способности норадреналина активировать тканевое дыхание [460, 724, 768, 1108, 1432, 1433]. Как будет показано в следующем разделе, имен-
5.4. АцН как источник энергии для образования тепла
307
но норадреналин служит медиатором в активации липолиза, а следовательно, и терморегуляторного разобщения.
Мышцы продолжают участвовать в дополнительной продукции тепла на холоду при повторных охлаждениях, когда дрожь резко уменьшается. Об этом свидетельствуют материалы, приведенные выше, а также тот факт, что эффективность мышечной работы снижается при адаптации к холоду [10]. Последнее легко объяснить разобщением, обусловленным жирными кислотами.
Все данные, касающиеся терморегуляторного разобщения в мышцах, были получены в лабораторных опытах на голубях, мышах и крысах. Позднее этот феномен был воспроизведен Гра-вом и Бликсом [638] на северных морских котиках в природных условиях. По данным этих авторов, митохондрии скелетных мышц северных морских котиков, живущих в холодном океане, имеют резко сниженный дыхательный контроль по сравнению с котиками, адаптированными к теплу. Снижение дыхательного контроля исчезает при промывании митохондрий обезжиренным сывороточным альбумином.
Согласно Барре и соавт. [224], митохондрии скелетных мышц утят, адаптированных к 4° в течение нескольких недель, имеют вдвое более высокую скорость дыхания в присутствии добавленного разобщителя (расчет на 1 мг митохондриального белка), чем митохондрии утят, выдерживавшихся при 25°. В печени подобный эффект отсутствовал. К сожалению, авторы выделяли и инкубировали мышечные митохондрии с сывороточным альбумином, что, по-видимому, сделало невозможным выявление каких-либо изменений в степени сопряжения дыхания и фосфорили-рования.
Дальнейшие исследования показали, что мышцы не уникальны в метаболическом ответе на охлаждение. В нем участвуют также по крайней мере еще две ткани — бурый жир и печень.
5.4.2.2. Бурый жир
Многие черты терморегуляторного разобщения жирными кислотами, впервые описанного в митохондриях скелетных мышц, были затем прослежены применительно к митохондриям бурого жира, особой ткани млекопитающих, специализированной на выработке добавочного тепла при снижении окружающей температуры.
Бурый жир составляет не более 1—2% веса тела. Тем не менее стимуляция этой ткани симпатической нервной системой при охлаждении животных, предварительно адаптированных к холоду, повышает его теплопродукцию в такой степени, что она может достигать трети всего образованного в организме тепла [575].
В этих условиях бурый жир способен выделять до 400 Вт тепла на 1 кг веса, что на несколько порядков больше обычной термо-
308
5. Потребители AjmH
генной способности тканей млекопитающих (человек в состоянии покоя образует около 1 Вт тепла на кг веса) [1093].
Бурый жир находится в верхней части спины, ближе к шее. Он окружает кровеносные сосуды, питающие кровью мозг. Вот почему теплопродукция в буром жире может иметь огромное значение для выживания организма на холоде.
Первые научные публикации о буром жире датируются XVII в., но лишь недавно была понята его функция. В 1959 г. Йоханссон [778] написал первый подробный обзор о метаболизме бурого жира. Основываясь на скудной фактической информации тех лет и некоторых предварительных данных, он выдвинул гипотезу, что бурый жир может каким-то образом участвовать в терморегуляции. Благодаря последующим работам Смита и ряда других исследователей стало ясно, что основной физиологической функцией бурого жира является образование дополнительного тепла в условиях, когда возрастает теплоотдача организма [153, 509, 1107, 1108, 1093, 1249, 1432, 1433].
