Термогенез и разобщение митохондриального окисления и фосфорилирования

Митохондрии могут отводить энергию протонного градиента от синтеза АТФ и высвобождать ее в виде тепла. Когда протоны просачиваются обратно через внутреннюю мембрану, не проходя через АТФ-синтазу, дыхание разобщается с фосфорилированием. В бурой жировой ткани разобщающий белок UCP1 делает эту утечку контролируемым физиологическим процессом для выработки тепла.

Definition

Митохондриальное разобщение — это рассеивание протонного градиента иным путем, чем через АТФ-синтазу, так что энергия дыхания высвобождается в виде тепла; термогенез — это результирующая выработка тепла, классически опосредованная UCP1 в буром жире.

Scope

Тема охватывает концепцию разобщения, роль разобщающего белка 1 (UCP1) в бурой жировой ткани, несократительный термогенез и то, как рассеивание протон-движущей силы производит тепло вместо АТФ. Это справочник по биохимии и физиологии, а не клиническое руководство.

Core questions

• Что означает разобщение дыхания и синтеза АТФ?
• Как UCP1 генерирует тепло в бурой жировой ткани?
• Что такое несократительный термогенез?
• Почему разобщение производит тепло, а не АТФ?

Key concepts

• Митохондриальное разобщение
• Разобщающий белок 1 (UCP1)
• Бурая жировая ткань
• Несократительный термогенез
• Утечка протонов
• Производство тепла в сравнении с синтезом АТФ

Mechanisms

В норме протоны повторно входят в матрикс только через АТФ-синтазу, связывая дыхание с производством АТФ. В бурой жировой ткани разобщающий белок UCP1 обеспечивает альтернативный путь, который позволяет протонам возвращаться без образования АТФ; энергия, которая могла бы быть захвачена, высвобождается в виде тепла. Это активируется как часть несократительного термогенеза, например, в ответ на холод. Поскольку рассеянный градиент непрерывно восстанавливается дыханием, окисление субстрата и потребление кислорода возрастают, в то время как выход АТФ снижается.

Clinical relevance

Термогенез бурой жировой ткани способствует тепловому балансу и расходу энергии и является активной областью метаболических исследований. Данная статья описывает основные физиологические процессы для справки и не предлагает рекомендаций по управлению весом или какому-либо лечению.

History

Бурая жировая ткань долгое время была известна как теплогенерирующий орган у мелких млекопитающих и животных, впадающих в спячку, а белок, ответственный за ее разобщающую активность, позже названный UCP1, был охарактеризован в конце двадцатого века. Комплексные обзоры объединили биохимию UCP1 с физиологией несократительного термогенеза.

Key figures

• Barbara Cannon
• Jan Nedergaard

Seminal works

• cannon-2004

Frequently asked questions

Что делает разобщающий белок 1?

UCP1 позволяет протонам просачиваться обратно через внутреннюю митохондриальную мембрану, не проходя через АТФ-синтазу, поэтому энергия протонного градиента высвобождается в виде тепла, а не захватывается в виде АТФ.

Что такое несократительный термогенез?

Это производство тепла метаболическими средствами, особенно через опосредованное UCP1 разобщение в бурой жировой ткани, в отличие от тепла, генерируемого дрожащими мышцами.