Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Ряд исследований был посвящен выяснению роли термогенина в холодовой адаптации. Было найдено, что процесс адаптации сопровождается повышением концентрации термогениновой информационной РНК в цитоплазме [1253] и количества этого белка в митохондриях бурого жира [1108].
Работы на животном in vivo, ткани бурого жира in situ, ади-ноцитах и изолированных митохондриях позволили выявить следующую цепь событий, включенных в термогенный ответ этой ткани на понижение температуры среды.
1. Холодовые рецепторы кожи активируются и посылают сигнал в мозг, в терморегуляторный центр гипоталамуса.
2. Из гипоталамуса сигнал поступает в бурую жировую ткань через симпатические нейроны. Из нервных окончаний в пространство между адипоцитами выделяется норадреналин.
3. Норадреналин связывается с Р-адренорецепторами, локализованными на внешней стороне плазматической мембраны клеток бурого жира (это и все дальнейшие события иллюстрируются рис. 96).
4. [З-Адренорецепторы, связав норадреналин, активируют аде-нилатциклазу. Синергистом норадреналина служит глюкагон, а антагонистом — инсулин. Каждый гормон действует через свой рецептор.
5. Аденилатциклаза образует сАМР из АТР.
6. сАМР включает протеинкиназный каскад, приводящий к активации липазы.
7. Липаза расщепляет триглицериды, содержащиеся в жировых каплях, до жирных кислот и глицерина.
8. Образованные таким путем жирные кислоты выполняют две функции: они служат субстратами дыхания и одновременно вторичными (внутриклеточными) медиаторами гормонального сигнала. Как субстраты, жирные кислоты претерпевают обычный цикл катаболических превращений. Они активируются во внешней мембране митохондрии, давая ацил-СоА. Полученные жирные ацилы транспортируются в митохондриальный матрикс посредством карнитиновой системы, где расщепляются, давая С02 и вое-
5.4. 4(»II как источник энергии для образования тепла
311
Рецептор
липолитических
гормонов
Рецептор анти-
липолитических
гормонов
; ВНЕШНЯЯ
^КЛЕТОЧНАЯ
/МЕМБРАНА
Аденилатциклаза
НОРАДРЕНАЛИН^ - I
/Х/ВНУТРЕННЯЯ
МИТОХОНДРИАЛЬНАЯ ууу МЕМБРАНА
J Л
j* н р Н Жирный ацил Пируват
ТЕПЛО] 2 \ J -СоА I
МАТРИКС
® стимуляция @ торможение
Адренэргический
рецептор
Глюкагон
I
Инсулин
\
Рис. 96. Индуцированный холодом термогенез в митохондриях бурого жира Объяснения в тексте
становительные эквиваленты, под действием ферментов р-окисле-ния.
9. Глицерин, другой продукт расщепления триглицеридов, превращается в пируват системой гликолиза, давая моль АТР на моль глицерина, а значит, и на моль триглицерида. Этой энергии достаточно для активации одного из трех молей жирных кислот, образованных из моля триглицерида. Еще два моля АТР поставляются при гликолитическом расщеплении углеводов либо
312
5. Потребители АцН
при субстратном фосфорилировании, сопряженном с окислением ацетил-СоА и пиру вата в митохондриях.
10. Восстановительные эквиваленты, поставляемые в дыхательную цепь при fj-окислении жирных кислот, окислительном декарбоксилировании пирувата и окислении ацетильных групп в цикле Кребса, переносятся к 02, что сопряжено с образованием протонного потенциала дыхательными AjIH-генераторами. В результате ионы водорода откачиваются из матрикса в межмембранное пространство.
11. Ионы Н+ возвращаются в матрикс системой термогенин— жирные кислоты. Этот завершающий этап сопровождается выделением тепла.
Практически все 11 этапов продемонстрированы прямыми экспериментами. В данном контексте наиболее важными представляются наблюдения, показавшие, что эффект охлаждения организма удается воспроизвести:
а) in vivo введением животному норадреналина, а также добавкой названного гормона к адиноцитам или гомогенату бурой жировой ткани, но не к изолированным митохондриям;
б) добавлением проникающего производного сАМР (дибути-рил-сАМР) к клеткам или гомогенату, но не к митохондриям;
в) добавлением пальмитиновой кислоты к клеткам, гомогенату или митохондриям (см. обзоры: [330, 1093, 1108, 1433]).
Интересно, что не только охлаждение, но по крайней мере еще два состояния организма, связанные с повышением поглощения кислорода и выделения тепла, сопровождаются разобщением в бурой жировой ткани. Одно из таких состояний — пробуждение животного от зимней спячки. Показано, что бурый жир не атрофируется у зимоспящих животных, адаптированных к термонейтральным условиям. Холодовая акклиматизация повышает количество термогенина в митохондриях бурого жира зймоспящих животных, но не в такой степени, как, например, у крыс или кроликов. Пробуждение хомяков от спячки сопровождается разобщением, которое, по-видимому, особенно важно для разогрева крови, притекающей к мозгу. Из-за локализации бурого жира в области сосудов, идущих к голове, теплопродукция в этой ткани прежде всего вызывает повышение температуры мозга, который переходит в активное состояние сразу же вслед за разогревом бурого жира (см. обзоры: [1433, 942, 1108]).
Другая модель — термогенез, обусловленный избыточным потреблением пищи. Ротуел и Сток [1272] поставили следующий опыт. Взрослым крысам скармливали «ресторанную диету», т. е. разнообразную и вкусную пищу. Потребление животными этой пищи оказалось на 80% большим, чем в контрольной группе, получавшей обычный корм. При этом вес животных за 3 нед. увеличился только на 27%. Измерение газообмена показало, что хорошо питавшиеся крысы потребляли на 25% больше кислорода,
