ترموژنز و جداسازی میتوکندریایی

میتوکندری می‌تواند انرژی گرادیان پروتون را از سنتز ATP منحرف کرده و آن را به صورت گرما آزاد کند. هنگامی که پروتون‌ها بدون عبور از ATP سنتاز به داخل غشای داخلی نشت می‌کنند، تنفس از فسفوریلاسیون جدا می‌شود. در بافت چربی قهوه‌ای، پروتئین جداساز UCP1 این نشت را به یک فرآیند فیزیولوژیکی کنترل‌شده برای تولید گرما تبدیل می‌کند.

Definition

جداسازی میتوکندریایی عبارت است از اتلاف گرادیان پروتون از مسیری غیر از ATP سنتاز، به طوری که انرژی تنفس به صورت گرما آزاد می‌شود؛ ترموژنز تولید گرمای حاصله است که به طور کلاسیک توسط UCP1 در چربی قهوه‌ای واسطه می‌شود.

Scope

این موضوع مفهوم جداسازی، نقش پروتئین جداساز 1 (UCP1) در بافت چربی قهوه‌ای، ترموژنز بدون لرزش، و چگونگی تولید گرما به جای ATP توسط اتلاف نیروی محرکه پروتون را پوشش می‌دهد. این یک مرجع بیوشیمی و فیزیولوژی است و نه راهنمای بالینی.

Core questions

• جداسازی تنفس از سنتز ATP به چه معناست؟
• UCP1 چگونه در بافت چربی قهوه‌ای گرما تولید می‌کند؟
• ترموژنز بدون لرزش چیست؟
• چرا جداسازی به جای ATP، گرما تولید می‌کند؟

Key concepts

• جداسازی میتوکندریایی
• پروتئین جداساز 1 (UCP1)
• بافت چربی قهوه‌ای
• ترموژنز بدون لرزش
• نشت پروتون
• تولید گرما در مقابل سنتز ATP

Mechanisms

به طور معمول، پروتون‌ها تنها از طریق ATP سنتاز به ماتریکس بازمی‌گردند و تنفس را به تولید ATP متصل می‌کنند. در بافت چربی قهوه‌ای، پروتئین جداساز UCP1 یک مسیر جایگزین فراهم می‌کند که به پروتون‌ها اجازه می‌دهد بدون ساخت ATP به عقب جریان یابند؛ انرژی که قرار بود جذب شود، به صورت گرما آزاد می‌شود. این فرآیند به عنوان بخشی از ترموژنز بدون لرزش، به عنوان مثال در پاسخ به سرما، فعال می‌شود. از آنجا که گرادیان اتلاف شده به طور مداوم توسط تنفس بازسازی می‌شود، اکسیداسیون سوبسترا و مصرف اکسیژن افزایش می‌یابد در حالی که بازده ATP کاهش می‌یابد.

Clinical relevance

ترموژنز بافت چربی قهوه‌ای به تعادل حرارتی و مصرف انرژی کمک می‌کند و یک حوزه فعال تحقیقات متابولیک است. این مدخل فیزیولوژی زیربنایی را برای مرجع توصیف می‌کند و راهنمایی در مورد مدیریت وزن یا هر درمانی ارائه نمی‌دهد.

History

بافت چربی قهوه‌ای از دیرباز به عنوان یک اندام تولیدکننده گرما در پستانداران کوچک و حیوانات خواب زمستانی شناخته شده بود، و پروتئین مسئول فعالیت جداسازی آن، که بعدها UCP1 نام گرفت، در اواخر قرن بیستم شناسایی شد. بررسی‌های جامع، بیوشیمی UCP1 را با فیزیولوژی ترموژنز بدون لرزش یکپارچه کردند.

Key figures

• Barbara Cannon
• Jan Nedergaard

Seminal works

• cannon-2004

Frequently asked questions

پروتئین جداساز 1 چه کاری انجام می‌دهد؟

UCP1 به پروتون‌ها اجازه می‌دهد بدون عبور از ATP سنتاز، از غشای داخلی میتوکندری نشت کنند، بنابراین انرژی گرادیان پروتون به جای اینکه به صورت ATP جذب شود، به صورت گرما آزاد می‌شود.

ترموژنز بدون لرزش چیست؟

این تولید گرما از طریق مکانیسم‌های متابولیکی است، به ویژه از طریق جداسازی واسطه UCP1 در بافت چربی قهوه‌ای، که با گرمای تولید شده توسط لرزش عضلانی متفاوت است.