Jump to content

Разъединяющий белок

Структура человеческого разобщающего белка UCP1

Разобщающий белок ( UCP ) — это белок внутренней мембраны митохондрий, который является регулируемым протонным каналом или транспортером. Таким образом, разобщающий белок способен рассеивать протонный градиент , генерируемый НАДН -перекачкой протонов из митохондриального матрикса в митохондриальное межмембранное пространство. Энергия, теряемая при рассеивании протонного градиента через UCP, не используется для выполнения 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] [4] UCP принадлежат к семейству митохондриальных носителей (SLC25). [5] [6]

Разъединяющие белки играют роль в нормальной физиологии, например, при воздействии холода или спячке , поскольку энергия используется для выработки тепла (см. термогенез ) вместо производства АТФ . Некоторые виды растений используют тепло, выделяемое при разъединении белков, для особых целей. Восточная скунсовая капуста , например, поддерживает температуру своих колосьев на 20 °C выше, чем температура окружающей среды, распространяя запах и привлекая насекомых, которые оплодотворяют цветы. [7] Однако другие вещества, такие как 2,4-динитрофенол и карбонилцианид м-хлорфенилгидразон , также выполняют ту же разобщающую функцию. Салициловая кислота также является разобщающим агентом (в основном в растениях) и при чрезмерном приеме снижает выработку АТФ и повышает температуру тела. [8] Разобщающие белки усиливаются гормоном щитовидной железы , норадреналином , адреналином и лептином . [9]

Ученые наблюдали термогенную активность в бурой жировой ткани , что в конечном итоге привело к открытию UCP1, первоначально известного как «разобщающий белок». [3] [4] В коричневой ткани обнаруживались повышенные уровни дыхания митохондрий и другое дыхание, не связанное с синтезом АТФ, что символизировало сильную термогенную активность. [3] [4] UCP1 был обнаружен белком, ответственным за активацию пути протонов, который не был связан с фосфорилированием АДФ (обычно осуществляемым с помощью АТФ-синтазы ). [3]

У млекопитающих

[ редактировать ]

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

[ редактировать ]

Первый обнаруженный разобщающий белок, UCP1, был обнаружен в бурых жировых тканях спящих животных и мелких грызунов, которые обеспечивают этим животным недрожащее тепло. [3] [4] Эти бурые жировые ткани необходимы для поддержания температуры тела мелких грызунов, а исследования на мышах с нокаутом (UCP1) показывают, что эти ткани не функционируют правильно без функционирующих разобщающих белков. [3] [4] Фактически, эти исследования показали, что для этих нокаутных мышей акклиматизация к холоду невозможна, что указывает на то, что UCP1 является важным фактором выработки тепла в этих бурых жировых тканях. [10] [11]

Известно, что в других частях тела разобщающая белковая активность влияет на температуру микросреды. [12] [13] Считается, что это влияет на активность других белков в этих регионах, хотя еще требуется работа для определения истинных последствий температурных градиентов внутри клеток, вызванных разобщением. [12]

Структура человеческого разобщающего белка 1 UCP1 была расшифрована с помощью криогенной электронной микроскопии. [14] Структура имеет типичную складку члена семейства SLC25. [5] [6] UCP1 фиксируется в открытом цитоплазматическом состоянии гуанозинтрифосфатом в зависимости от pH. [14]

Роль в концентрации АТФ

[ редактировать ]

Влияние UCP2 и UCP3 на концентрацию АТФ варьируется в зависимости от типа клеток. [12] Например, в бета-клетках поджелудочной железы наблюдается снижение концентрации АТФ при повышении активности UCP2. [12] Это связано с дегенерацией клеток, снижением секреции инсулина и диабетом II типа. [12] [15] И наоборот, UCP2 в клетках гиппокампа и UCP3 в мышечных клетках стимулируют выработку митохондрий . [12] [16] Большее количество митохондрий увеличивает общую концентрацию АДФ и АТФ, фактически приводя к чистому увеличению концентрации АТФ, когда эти разобщающие белки соединяются (т.е. механизм, позволяющий утечку протонов, ингибируется). [12] [16]

Поддержание концентрации активных форм кислорода

[ редактировать ]

Полный список функций UCP2 и UCP3 неизвестен. [17] Однако исследования показывают, что эти белки участвуют в петле отрицательной обратной связи, ограничивающей концентрацию активных форм кислорода (АФК). [18] Текущий научный консенсус утверждает, что UCP2 и UCP3 осуществляют транспортировку протонов только при активации . наличии видов [19] Среди этих активаторов есть жирные кислоты, АФК и некоторые побочные продукты АФК, которые также являются реактивными. [18] [19] Следовательно, более высокие уровни АФК прямо или косвенно вызывают повышение активности UCP2 и UCP3. [18] Это, в свою очередь, увеличивает утечку протонов из митохондрий, снижая протондвижущую силу через митохондриальные мембраны, активируя цепь переноса электронов. [17] [18] [19] Ограничение движущей силы протонов посредством этого процесса приводит к возникновению петли отрицательной обратной связи, которая ограничивает производство АФК. [18] В частности, UCP2 снижает трансмембранный потенциал митохондрий, тем самым снижая выработку АФК. Таким образом, раковые клетки могут увеличивать выработку UCP2 в митохондриях. [20] Эта теория подтверждается независимыми исследованиями, которые показывают увеличение продукции АФК у мышей, нокаутных как по UCP2, так и по UCP3. [19]

Этот процесс важен для здоровья человека, поскольку считается, что высокие концентрации АФК участвуют в развитии дегенеративных заболеваний. [19]

Функции в нейронах

[ редактировать ]
На этой диаграмме показано расположение UCP1 относительно цепи переноса электронов . [21]

Обнаружив связанную мРНК , было показано, что UCP2, UCP4 и UCP5 находятся в нейронах по всей центральной нервной системе человека. [22] Эти белки играют ключевую роль в функционировании нейронов. [12] Хотя многие результаты исследования остаются противоречивыми, некоторые выводы получили широкое признание. [12]

Например, UCP изменяют концентрацию свободного кальция в нейроне. [12] Митохондрии являются основным местом хранения кальция в нейронах, и емкость хранения увеличивается с увеличением потенциала через митохондриальные мембраны. [12] [23] Следовательно, когда разобщающие белки снижают потенциал на этих мембранах, ионы кальция высвобождаются в окружающую среду нейрона. [12] Из-за высоких концентраций митохондрий вблизи окончаний аксонов это означает, что UCP играют роль в регулировании концентрации кальция в этой области. [12] Учитывая, что ионы кальция играют большую роль в нейротрансмиссии, ученые прогнозируют, что эти UCP напрямую влияют на нейротрансмиссию. [12]

Как обсуждалось выше, нейроны гиппокампа испытывают повышенную концентрацию АТФ в присутствии этих разобщающих белков. [12] [16] Это заставляет ученых предположить, что UCP улучшают синаптическую пластичность и передачу. [12]


См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Годри М.Дж., Ястрох М. (март 2019 г.). «Молекулярная эволюция разобщающих белков и последствия для функции мозга». Письма по неврологии . 696 : 140–145. дои : 10.1016/j.neulet.2018.12.027 . ПМИД   30582970 . S2CID   56595077 .
  2. ^ Недергаард Дж., Рикье Д., Козак Л.П. (октябрь 2005 г.). «Разобщение белков: современное состояние и терапевтические перспективы» . Отчеты ЭМБО . 6 (10): 917–21. дои : 10.1038/sj.embor.7400532 . ПМК   1369193 . ПМИД   16179945 .
  3. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Руссе С., Алвес-Герра MC, Мозо Дж., Миру Б., Кассар-Дульсье А.М., Буйо Ф., Рикье Д. (февраль 2004 г.). «Биология митохондриальных разобщающих белков» . Диабет . 53 (приложение 1): С130-5. doi : 10.2337/diabetes.53.2007.S130 . ПМИД   14749278 .
  4. ^ Перейти обратно: а б с д и Николлс, генеральный директор (2021). «Утечка митохондриальных протонов и разобщение белков» . Биохим Биофиз Акта Биоэнерг . 1862 (7): 148428. doi : 10.1016/j.bbabio.2021.148428 . ПМИД   33798544 . S2CID   232774851 .
  5. ^ Перейти обратно: а б Рупрехт, Джей-Джей; Кунджи, ERS (2020). «Семейство митохондриальных носителей SLC25: структура и механизм» . Тенденции биохимии. Наука . 45 (3): 244–258. дои : 10.1016/j.tibs.2019.11.001 . ПМЦ   7611774 . ПМИД   31787485 .
  6. ^ Перейти обратно: а б Кунджи, ERS; Кинг, М.С.; Рупрехт, Джей-Джей; Тангаратнараджа, К. (2020). «Семейство носителей SLC25: важные транспортные белки в митохондриальной физиологии и патологии» . Физиология (Бетесда) . 35 (5): 302–327. дои : 10.1152/физиол.00009.2020 . ПМЦ   7611780 . ПМИД   32783608 .
  7. ^ Гарретт Р.Х., Гришэм К.М. (2013). Биохимия (пятое издание, международное изд.). Китай: Мэри Финч. п. 668. ИСБН  978-1-133-10879-5 .
  8. ^ «Калифорнийская система контроля отравлений: салицилаты» . Архивировано из оригинала 2 августа 2014 г.
  9. ^ Гонг Д.В., Хе Ю., Карас М., Рейтман М. (сентябрь 1997 г.). «Разобщающий белок-3 является медиатором термогенеза, регулируемого гормоном щитовидной железы, бета3-адренергическими агонистами и лептином» . Журнал биологической химии . 272 (39): 24129–32. дои : 10.1074/jbc.272.39.24129 . ПМИД   9305858 .
  10. ^ Хаген Т., Видаль-Пуч А. (февраль 2002 г.). «Митохондриальные разобщающие белки в физиологии и заболеваниях человека». Минерва Медика . 93 (1): 41–57. ПМИД   11850613 .
  11. ^ Фельдманн Х.М., Голозубова В., Кэннон Б., Недергаард Дж. (февраль 2009 г.). «Аблация UCP1 вызывает ожирение и устраняет вызванный диетой термогенез у мышей, освобожденных от теплового стресса, живущих в термонейтральности» . Клеточный метаболизм . 9 (2): 203–9. дои : 10.1016/j.cmet.2008.12.014 . ПМИД   19187776 .
  12. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п Эндрюс З.Б., Диано С., Хорват Т.Л. (ноябрь 2005 г.). «Митохондриальные разобщающие белки в ЦНС: в поддержку функционирования и выживания». Обзоры природы. Нейронаука . 6 (11): 829–40. дои : 10.1038/nrn1767 . ПМИД   16224498 . S2CID   14840725 .
  13. ^ Хорват Т.Л., Уорден CH, Хайос М., Ломбарди А., Гоглиа Ф., Диано С. (декабрь 1999 г.). «Белок 2, разобщающий мозг: несвязанные митохондрии нейронов предсказывают термические синапсы в гомеостатических центрах» . Журнал неврологии . 19 (23): 10417–27. doi : 10.1523/JNEUROSCI.19-23-10417.1999 . ПМК   6782406 . ПМИД   10575039 .
  14. ^ Перейти обратно: а б Джонс, ЮАР; Гогой, П.; Рупрехт, Джей-Джей; Кинг, М.С.; Ли, Ю.; Зогг, Т.; Пардон, Э.; Чанд, Д.; Сталь, С.; Коперман, DM; Котрим, Калифорния; Стейерт, Дж.; Крайтон, П.Г.; Моисеенкова-Белл, В.; Кунджи, ERS (2023). «Структурные основы ингибирования пуриновыми нуклеотидами человеческого разобщающего белка 1» . Научный адв . 9 (22): eadh4251. Бибкод : 2023SciA....9H4251J . дои : 10.1126/sciadv.adh4251 . ПМЦ   10413660 . ПМИД   37256948 .
  15. ^ Чжан С.И., Баффи Г., Перрет П., Краусс С., Перони О., Груич Д. и др. (июнь 2001 г.). «Развязка белка-2 негативно регулирует секрецию инсулина и является основной связью между ожирением, дисфункцией бета-клеток и диабетом 2 типа» . Клетка . 105 (6): 745–55. дои : 10.1016/s0092-8674(01)00378-6 . ПМИД   11440717 .
  16. ^ Перейти обратно: а б с Диано С., Мэтьюз Р.Т., Патрило П., Ян Л., Бил М.Ф., Барнстейбл С.Дж., Хорват Т.Л. (ноябрь 2003 г.). «Развязка белка 2 предотвращает гибель нейронов, в том числе во время судорог: механизм предварительного кондиционирования» . Эндокринология . 144 (11): 5014–21. дои : 10.1210/en.2003-0667 . ПМИД   12960023 .
  17. ^ Перейти обратно: а б Ястрох М., Дивакаруни А.С., Мукерджи С., Треберг Дж.Р., Брэнд, доктор медицинских наук (14 июня 2010 г.). «Утечки митохондриальных протонов и электронов» . Очерки по биохимии . 47 : 53–67. дои : 10.1042/bse0470053 . ПМК   3122475 . ПМИД   20533900 .
  18. ^ Перейти обратно: а б с д и Майу Р.Дж., Харпер М.Э. (сентябрь 2011 г.). «Развязка белков и контроль производства митохондриальными активных форм кислорода». Свободно-радикальная биология и медицина . 51 (6): 1106–15. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2011.06.022 . ПМИД   21762777 .
  19. ^ Перейти обратно: а б с д и Брэнд, доктор медицинских наук, Эстевес Т.С. (август 2005 г.). «Физиологические функции митохондриальных разобщающих белков UCP2 и UCP3» . Клеточный метаболизм . 2 (2): 85–93. дои : 10.1016/j.cmet.2005.06.002 . ПМИД   16098826 .
  20. ^ Сридхар А., Чжао Ю (май 2017 г.). «Развязка белка 2 и метаболические заболевания» . Митохондрия . 34 : 135–140. дои : 10.1016/j.mito.2017.03.005 . ПМЦ   5477468 . ПМИД   28351676 .
  21. ^ Крайтон, П.Г.; Ли, Ю.; Кунджи, ERS (2017). «Молекулярные особенности разобщающего белка 1 подтверждают традиционный механизм, подобный митохондриальному переносчику» . Биохимия . 134 : 35–50. дои : 10.1016/j.biochi.2016.12.016 . ПМК   5395090 . ПМИД   28057583 .
  22. ^ Ричард Д., Клавель С., Хуан К., Санчис Д., Рикье Д. (ноябрь 2001 г.). «Развязка белка 2 в мозге: распределение и функция». Труды Биохимического общества . 29 (Часть 6): 812–7. дои : 10.1042/bst0290812 . ПМИД   11709080 .
  23. ^ Николлс Д.Г. , Уорд М.В. (апрель 2000 г.). «Мембранный потенциал митохондрий и эксайтотоксичность глутамата нейронов: смертность и милливольты». Тенденции в нейронауках . 23 (4): 166–74. дои : 10.1016/s0166-2236(99)01534-9 . ПМИД   10717676 . S2CID   11564585 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: fda78c64888cbdd00bc0f5ed0972fa38__1714190040
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/fd/38/fda78c64888cbdd00bc0f5ed0972fa38.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Uncoupling protein - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)