การสร้างความร้อนและการแยกคู่ในไมโทคอนเดรีย

ไมโทคอนเดรียสามารถเบี่ยงเบนพลังงานของเกรเดียนต์โปรตอนออกจากการสังเคราะห์ ATP และปล่อยออกมาในรูปของความร้อน เมื่อโปรตอนรั่วไหลกลับข้ามเยื่อหุ้มชั้นในโดยไม่ผ่าน ATP synthase การหายใจจะถูกแยกคู่จากการฟอสโฟรีเลชัน ในเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล โปรตีนแยกคู่ UCP1 ทำให้การรั่วไหลนี้เป็นกระบวนการทางสรีรวิทยาที่มีการควบคุมเพื่อสร้างความร้อน

Definition

การแยกคู่ในไมโทคอนเดรียคือการกระจายเกรเดียนต์โปรตอนด้วยเส้นทางอื่นที่ไม่ใช่ ATP synthase เพื่อให้พลังงานจากการหายใจถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน; การสร้างความร้อนคือการผลิตความร้อนที่เกิดขึ้น ซึ่งโดยทั่วไปเกิดจากการทำงานของ UCP1 ในไขมันสีน้ำตาล

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมแนวคิดของการแยกคู่ บทบาทของโปรตีนแยกคู่ 1 (UCP1) ในเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล การสร้างความร้อนโดยไม่สั่น และวิธีการที่การกระจายแรงโปรตอนโมทีฟทำให้เกิดความร้อนแทนที่จะเป็น ATP เป็นข้อมูลอ้างอิงทางชีวเคมีและสรีรวิทยา ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• การแยกคู่การหายใจออกจากการสังเคราะห์ ATP หมายความว่าอย่างไร?
• UCP1 สร้างความร้อนในเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลได้อย่างไร?
• การสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือนคืออะไร?
• เหตุใดการแยกคู่จึงสร้างความร้อนแทนที่จะเป็น ATP?

Key concepts

• การแยกคู่ในไมโทคอนเดรีย
• โปรตีนแยกคู่ 1 (UCP1)
• เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล
• การสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือน
• การรั่วไหลของโปรตอน
• การผลิตความร้อนเทียบกับการสังเคราะห์ ATP

Mechanisms

โดยปกติโปรตอนจะกลับเข้าสู่เมทริกซ์ผ่าน ATP synthase เท่านั้น ซึ่งเชื่อมโยงการหายใจกับการผลิต ATP ในเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล โปรตีนแยกคู่ UCP1 ให้เส้นทางทางเลือกที่ช่วยให้โปรตอนไหลกลับโดยไม่ต้องสร้าง ATP; พลังงานที่ควรจะถูกจับไว้จะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน สิ่งนี้จะถูกกระตุ้นเป็นส่วนหนึ่งของการสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือน เช่น เพื่อตอบสนองต่อความเย็น เนื่องจากเกรเดียนต์ที่กระจายไปจะถูกสร้างขึ้นใหม่อย่างต่อเนื่องโดยการหายใจ การออกซิเดชันของสารตั้งต้นและการใช้ออกซิเจนจึงเพิ่มขึ้นในขณะที่ผลผลิต ATP ลดลง

Clinical relevance

การสร้างความร้อนในเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลมีส่วนช่วยในการรักษาสมดุลความร้อนและการใช้พลังงาน และเป็นพื้นที่ที่กำลังมีการวิจัยด้านเมแทบอลิซึมอย่างแข็งขัน บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาพื้นฐานเพื่อการอ้างอิงและไม่ได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับการจัดการน้ำหนักหรือการรักษาใดๆ

History

เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลเป็นที่รู้จักกันมานานว่าเป็นอวัยวะที่สร้างความร้อนในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กและสัตว์จำศีล และโปรตีนที่รับผิดชอบกิจกรรมการแยกคู่ ซึ่งต่อมามีชื่อว่า UCP1 ได้รับการระบุลักษณะในปลายศตวรรษที่ 20 บทวิจารณ์ที่ครอบคลุมได้รวมชีวเคมีของ UCP1 เข้ากับสรีรวิทยาของการสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือน

Key figures

• Barbara Cannon
• Jan Nedergaard

Seminal works

• cannon-2004

Frequently asked questions

โปรตีนแยกคู่ 1 ทำหน้าที่อะไร?

UCP1 ช่วยให้โปรตอนรั่วไหลกลับข้ามเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียชั้นในโดยไม่ผ่าน ATP synthase ดังนั้นพลังงานของเกรเดียนต์โปรตอนจึงถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อนแทนที่จะถูกจับไว้ในรูปของ ATP

การสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือนคืออะไร?

เป็นการผลิตความร้อนด้วยวิธีการทางเมแทบอลิซึม โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านการแยกคู่ที่เกิดจาก UCP1 ในเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล ซึ่งแตกต่างจากความร้อนที่เกิดจากการสั่นของกล้ามเนื้อ