Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Митохондриальный разобщающий белок 2

Разобщение белки ( ОГП ) представляет собой митохондриальный внутренний мембранный белок , который является регулируемым протонным каналом или транспортера. Разобщение белки , таким образом , способны рассеивать протонный градиент , генерируемый NADH Приведены перекачивание протонов из митохондриального матрикса к митохондриальному межмембранному пространству. Энергия, теряемая при рассеянии протонного градиента через UCP, не используется для биохимической работы. Вместо этого выделяется тепло. Это то, что связывает UCP с термогенезом. Однако не все типы UCP связаны с термогенезом. Хотя UCP2 и UCP3 тесно связаны с UCP1, UCP2 и UCP3 не влияют на терморегуляторные способности позвоночных. [1]UCP расположены в той же мембране, что и АТФ-синтаза , которая также является протонным каналом. Таким образом, два белка работают параллельно: один генерирует тепло, а другой генерирует АТФ из АДФ и неорганического фосфата, что является последним этапом окислительного фосфорилирования . [2] Дыхание митохондрий связано с синтезом АТФ (фосфорилирование АДФ), но регулируется UCP. [3] UCP относятся к семейству митохондриальных носителей (SLC25).

Расцепление белков играет роль в нормальной физиологии, например, при воздействии холода или гибернации , поскольку энергия используется для выработки тепла (см. Термогенез ) вместо выработки АТФ . Некоторые виды растений используют тепло, выделяемое при разобщении белков, для специальных целей. Кочанная капуста , например, сохраняет температуру своих колосьев на 20 ° C выше, чем температура окружающей среды, распространяя запах и привлекая насекомых, которые удобряют цветы. [4] Однако другие вещества, такие как 2,4-динитрофенол и карбонилцианид м-хлорфенилгидразон , также выполняют ту же функцию разобщения. Салициловая кислотатакже является разобщающим агентом (главным образом в растениях) и снижает выработку АТФ и повышает температуру тела, если принимать его в чрезмерном избытке. [5] Расщепляющиеся белки усиливаются гормоном щитовидной железы , норадреналином , адреналином и лептином . [6]

История [ править ]

Ученые наблюдали термогенную активность в коричневой жировой ткани , которая в конечном итоге привела к открытию UCP1, первоначально известного как «разобщающий белок». [3] Коричневая ткань показала повышенные уровни дыхания митохондрий и другого дыхания, не связанного с синтезом АТФ, что символизировало сильную термогенную активность. [3] UCP1 был обнаруженным белком, ответственным за активацию протонного пути, который не был связан с фосфорилированием АДФ (обычно осуществляется через АТФ-синтазу ). [3]

У млекопитающих [ править ]

У млекопитающих известно пять гомологов UCP. Хотя каждый из них выполняет уникальные функции, определенные функции выполняются несколькими гомологами. Гомологи следующие:

  • UCP1, также известный как термогенин или SLC25A7
  • UCP2 , также известный как SLC25A8
  • UCP3 , также известный как SLC25A9
  • UCP4, также известный как SLC25A27
  • UCP5, также известный как SLC25A14

Поддержание температуры тела [ править ]

Первый разобщение белок обнаружен, UCP1, был обнаружен в бурой жировой ткани из hibernators и мелких грызунов, которые обеспечивают не-дрожащего тепла для этих животных. [3] Эти коричневые жировые ткани необходимы для поддержания температуры тела мелких грызунов, и исследования на мышах с нокаутом (UCP1) показывают, что эти ткани не функционируют правильно без функционирования разобщающих белков. [3] Фактически, эти исследования показали, что холодовая акклиматизация невозможна для этих мышей с нокаутом, что указывает на то, что UCP1 является важным фактором производства тепла в этих коричневых жировых тканях. [7] [8]

Известно, что в других частях тела разобщающая активность белков влияет на температуру в микросредах. [9] [10] Считается, что это влияет на активность других белков в этих областях, хотя все еще требуется работа, чтобы определить истинные последствия градиентов температуры, вызванных разобщением внутри клеток. [9]

Роль в концентрации АТФ [ править ]

Влияние UCP2 и UCP3 на концентрацию АТФ варьируется в зависимости от типа клеток. [9] Например, бета-клетки поджелудочной железы испытывают снижение концентрации АТФ с увеличением активности UCP2. [9] Это связано с дегенерацией клеток, снижением секреции инсулина и диабетом II типа. [9] [11] И наоборот, UCP2 в клетках гиппокампа и UCP3 в мышечных клетках стимулируют выработку митохондрий . [9] [12] Большее количество митохондрий увеличивает комбинированную концентрацию АДФ.и АТФ, что фактически приводит к чистому увеличению концентрации АТФ, когда эти разобщающие белки становятся связанными (т. е. механизм, позволяющий протекать протонам, ингибируется). [9] [12]

Поддержание концентрации активных форм кислорода [ править ]

Полный перечень функций UCP2 и UCP3 неизвестен. [13] Однако исследования показывают, что эти белки участвуют в петле отрицательной обратной связи, ограничивающей концентрацию активных форм кислорода (АФК). [14] Текущий научный консенсус утверждает, что UCP2 и UCP3 осуществляют транспортировку протонов только тогда, когда присутствуют виды активации . [15] Среди этих активаторов - жирные кислоты, АФК и некоторые побочные продукты АФК, которые также являются реактивными. [14] [15] Таким образом, более высокие уровни ROS прямо или косвенно вызывают повышение активности UCP2 и UCP3. [14]Это, в свою очередь, увеличивает утечку протонов из митохондрий, снижая протонодвижущую силу через митохондриальные мембраны, активируя цепь переноса электронов. [13] [14] [15] Ограничение движущей силы протона посредством этого процесса приводит к возникновению петли отрицательной обратной связи, которая ограничивает производство АФК. [14] В частности, UCP2 снижает трансмембранный потенциал митохондрий, тем самым уменьшая продукцию ROS. Таким образом, раковые клетки могут увеличивать продукцию UCP2 в митохондриях. [16] Эта теория подтверждается независимыми исследованиями, которые показывают увеличение продукции ROS у мышей с нокаутом UCP2 и UCP3. [15]

Этот процесс важен для здоровья человека, поскольку считается, что высокие концентрации АФК участвуют в развитии дегенеративных заболеваний. [15]

Функции в нейронах [ править ]

На этой диаграмме показано расположение UCP1 по отношению к цепи переноса электронов .

Путем обнаружения связанной мРНК было показано, что UCP2, UCP4 и UCP5 находятся в нейронах всей центральной нервной системы человека. [17] Эти белки играют ключевую роль в функции нейронов. [9] Хотя результаты многих исследований остаются противоречивыми, некоторые из них получили широкое признание. [9]

Например, UCP изменяют концентрацию свободного кальция в нейроне. [9] Митохондрии являются основным местом накопления кальция в нейронах, и емкость накопления увеличивается с потенциалом через митохондриальные мембраны. [9] [18] Следовательно, когда разобщающие белки снижают потенциал на этих мембранах, ионы кальция высвобождаются в окружающую среду нейрона. [9] Из-за высокой концентрации митохондрий около окончаний аксонов , это означает, что UCPs играют роль в регуляции концентрации кальция в этой области. [9] Учитывая, что ионы кальция играют большую роль в нейротрансмиссии, ученые предсказывают, что эти UCP напрямую влияют на нейротрансмиссию. [9]

Как обсуждалось выше, нейроны в гиппокампе испытывают повышенные концентрации АТФ в присутствии этих разобщающих белков. [9] [12] Это заставляет ученых предположить, что UCP улучшают синаптическую пластичность и передачу. [9]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Годри MJ, Jastroch M (март 2019). «Молекулярная эволюция разобщающих белков и последствия для функции мозга». Письма неврологии . 696 : 140–145. DOI : 10.1016 / j.neulet.2018.12.027 . PMID  30582970 .
  2. ^ Nedergaard J, Ricquier D, Kozak LP (октябрь 2005). «Разобщающие белки: современное состояние и терапевтические перспективы» . EMBO Reports . 6 (10): 917–21. DOI : 10.1038 / sj.embor.7400532 . PMC 1369193 . PMID 16179945 .  
  3. ^ Б с д е е Руссе S, Alves-Guerra MC, Mozo J, B, Миру Кассард-Doulcier AM, Bouillaud F, Ricquier D (февраль 2004 г.). «Биология митохондриальных разобщающих белков» . Диабет . 53 (приложение 1): S130-5. DOI : 10.2337 / diabetes.53.2007.S130 . PMID 14749278 . 
  4. ^ Garrett RH, Гришэм CM (2013). Биохимия (пятое издание, международное издание). Китай: Мэри Финч. п. 668. ISBN 978-1-133-10879-5.
  5. ^ "Калифорнийская система контроля ядов: салицилаты" . Архивировано из оригинала на 2014-08-02.
  6. ^ Gong DW, Он Y, Карась M, Рейтман M (сентябрь 1997). «Разобщающий белок-3 является медиатором термогенеза, регулируемого тироидным гормоном, бета3-адренергическими агонистами и лептином» . Журнал биологической химии . 272 (39): 24129–32. DOI : 10.1074 / jbc.272.39.24129 . PMID 9305858 . 
  7. Перейти ↑ Hagen T, Vidal-Puig A (февраль 2002 г.). «Митохондриальные разобщающие белки в физиологии и болезни человека». Минерва Медика . 93 (1): 41–57. PMID 11850613 . 
  8. ^ Фельдман НМ, Golozoubova В, Пушка В, Nedergaard J (февраль 2009 г.). «Абляция UCP1 вызывает ожирение и устраняет термогенез, вызванный диетой, у мышей, освобожденных от теплового стресса, благодаря термонейтральности». Клеточный метаболизм . 9 (2): 203–9. DOI : 10.1016 / j.cmet.2008.12.014 . PMID 19187776 . 
  9. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p Эндрюс З. Б., Диано С., Хорват Т. Л. (ноябрь 2005 г.). «Митохондриальные разобщающие белки в ЦНС: в поддержку функции и выживания». Обзоры природы. Неврология . 6 (11): 829–40. DOI : 10.1038 / nrn1767 . PMID 16224498 . 
  10. ↑ Horvath TL, Warden CH, Hajos M, Lombardi A, Goglia F, Diano S (декабрь 1999). «Разобщающий белок 2 мозга: несвязанные митохондрии нейронов предсказывают тепловые синапсы в гомеостатических центрах». Журнал неврологии . 19 (23): 10417–27. PMID 10575039 . 
  11. ^ Zhang CY, Baffy G, Perret P, Krauss S, Peroni O, Grujic D, et al. (Июнь 2001 г.). «Несвязанный белок-2 отрицательно регулирует секрецию инсулина и является основным звеном между ожирением, дисфункцией бета-клеток и диабетом 2 типа». Cell . 105 (6): 745–55. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (01) 00378-6 . PMID 11440717 . 
  12. ^ a b c Диано С., Мэтьюз Р. Т., Патрило П., Ян Л., Бил М. Ф., Барнстейбл С. Дж., Хорват Т. Л. (ноябрь 2003 г.). «Разобщающий белок 2 предотвращает гибель нейронов, в том числе во время припадков: механизм прекондиционирования» . Эндокринология . 144 (11): 5014–21. DOI : 10.1210 / en.2003-0667 . PMID 12960023 . 
  13. ^ a b Ястрох М., Дивакаруни А.С., Мукерджи С., Треберг-младший, Бренд MD (14.06.2010). «Митохондриальные протоны и утечки электронов» . Очерки биохимии . 47 : 53–67. DOI : 10,1042 / bse0470053 . PMC 3122475 . PMID 20533900 .  
  14. ^ a b c d e Mailloux RJ, Harper ME (сентябрь 2011 г.). «Разобщение белков и контроль выработки митохондриальных активных форм кислорода». Свободная радикальная биология и медицина . 51 (6): 1106–15. DOI : 10.1016 / j.freeradbiomed.2011.06.022 . PMID 21762777 . 
  15. ^ a b c d e Brand MD, Esteves TC (август 2005 г.). «Физиологические функции митохондриальных разобщающих белков UCP2 и UCP3». Клеточный метаболизм . 2 (2): 85–93. DOI : 10.1016 / j.cmet.2005.06.002 . PMID 16098826 . 
  16. ^ SREEDHAR A, Zhao Y (май 2017). «Разъединение белка 2 и метаболические заболевания» . Митохондрия . 34 : 135–140. DOI : 10.1016 / j.mito.2017.03.005 . PMC 5477468 . PMID 28351676 .  
  17. ↑ Ричард Д., Клавель С., Хуанг К., Санчис Д., Рикье Д. (ноябрь 2001 г.). «Разобщающий белок 2 в головном мозге: распределение и функции». Труды биохимического общества . 29 (Pt 6): 812–7. DOI : 10,1042 / bst0290812 . PMID 11709080 . 
  18. Перейти ↑ Nicholls DG , Ward MW (апрель 2000 г.). «Митохондриальный мембранный потенциал и нейрональная эксайтотоксичность глутамата: смертность и милливольты». Тенденции в неврологии . 23 (4): 166–74. DOI : 10.1016 / s0166-2236 (99) 01534-9 . PMID 10717676 . 

См. Также [ править ]

  • Разобщающий агент