Бурая и бежевая жировая ткани, их функции. Особенности метаболизма и регуляция активности бурых и бежевых адипоцитов. Роль UCP-белков.

Строение

Клетки белой и бурой жировой ткани значительно отличаются друг от друга. Клетка бурой жировой ткани имеет по всей цитоплазме много мелких жировых капель, окружающих большое количество митохондрий, обильно снабжена окончаниями симпатических нервов и кровеносными сосудами. В эмбриогенезе она развивается из миобластов миотома сомитов,

т.е. из предшественников скелетной мускулатуры, а не из предшественников соединительной ткани, подобно белым адипоцитам.

Бурая жировая ткань у младенцев составляет около 5% от массы их тела. Она расположена подкожно, между лопатками, в виде небольших отложений вокруг мышц и кровеносных сосудов шеи, в щеках (комочки Биша), а также в большом количестве – в подмышечных впадинах. Более глубокие отложения находятся в переднем средостении, вдоль позвоночника, вокруг почек, надпочечников, аорты, между лопатками, около почек и щитовидной железы. Между лопатками, на грудной клетке и на плечах у младенцев бурые адипоциты граничат с белыми, но нет четкой грани между клетками, среди бурых адипоцитов на "территории" бурой жировой ткани располагаются в некотором количестве белые адипоциты.

По мере взросления количество клеток бурой жировой ткани в указанных зонах снижается, но совсем не исчезает. По частоте встречаемости в организме одна клетка бурого жира, в среднем, приходится на 100-200 белых адипоцитов.

Функции

Функцией бурой жировой ткани является оперативное обеспечение организма тепловой энергией (адаптивный термогенез). Основной механизм термогенеза определяется тем, что в митохондриях клеток бурых адипоцитов процессы окисления и фосфорилирования не сопряжены (разобщены) и при окислении поступающих сюда жирных кислот происходит, в основном, выделение тепла, а не синтез АТФ.

Разобщение окисления и фосфорилирования обеспечивают специальные белки – термогенины (разобщающие белки, uncoupling proteins, UCP). Существуют несколько изоформ разобщающих белков: UCP-1 находится преимущественно в бурой жировой ткани, UCP-2 – в бурой и белой, UCP-3 – в cкелетных мышцах, UCP-4 и UCP-5 – преимущественно в мозге.

Адаптивный термогенез – это повышение теплопродукции в ответ:

· на изменение окружающей среды (снижение температуры) и на переохлаждение организма. При этом активируется симпатическая нервная система и стимулирует липолиз в бурых адипоцитах,

· на стимуляцию катехоламинами через β3-адренорецепторы – повышение транскрипции гена UCP-1, что приводит к увеличению энергозатрат,

· на избыток потребления пищи или изменение ее состава (поступление жиров),

· на секрецию лептина (усиление транскрипции гена UCP-1),

· на какие-то патологические воздействия.

У человека адаптивный термогенез ярко выражен у новорожденных, но при взрослении становится менее востребованным, заменяясь на иные способы сохранения тепла. У взрослых отсутствие (резкое снижение) бурой жировой ткани встречается в 10% всех случаев ожирения.

Бурой жировой ткани много у животных, которые впадают в зимний сон и зимнюю спячку, температура тела у них поддерживается за счет адаптивного термогенеза.

Небольшие количества бурой жировой ткани у здоровых взрослых людей осуществляют постпрандиальный (возникающий после еды) термогенез, что в определенной степени препятствует отложению жира на фоне избытка пищи. При ожирении клетки бурой жировой ткани практически отсутствуют и, соответственно, процесс постпрандиального термогенеза не происходит.

Бежевая жировая ткань

Установлено, что помимо белой и бурой жировых тканей имеется промежуточная разновидность – бежевая жировая ткань. Эта ткань является промежуточной между белой и бурой жировыми тканями. Бежевые адипоциты первоначально имеют крайне низкое количество термогенина, но, как и классические бурые адипоциты, реагируют на

определенную стимуляцию (понижение температуры, мышечная работа) началом высокой экспрессии термогенина и превращением в активные теплообразующие адипоциты.

Некоторыми авторами возможность перехода белой жировой ткани в бурую жировую ткань через бежевую называется доказанным фактом. По другим авторам, бежевая жировая ткань является самостоятельной тканью, возникшей из белой и приблизившейся к бурой по морфологическим и биохимическим показателям. Но, тем не менее, она выделяется как отдельная ткань.

Независимо от точек зрения, развитие и наличие бежевой жировой ткани служит важным механизмом поддержания энергетического и температурного гомеостаза.

При работе скелетных мышц в них повышается содержание особого белка - фактора транскрипции PGC-1a (peroxisome proliferator-activated receptor Gamma Coactivator 1-alpha), этот белок также экспрессируется в бурой жировой ткани, сердце и почках. Он стимулирует увеличение количества другого белка FNDC5 (fibronectin type III domain-containing protein 5).

У белка FNDC5 имеется две функции:

1. Даже в очень низких концентрациях он увеличивает синтез мРНК белка термогенина в 70-100 раз.

2. При его расщеплении образуется секретируемый мышцами полипептид, который был назван ирисином. Этот гормон является посредником между физическими нагрузками и различными тканями организма, в том числе белой и бурой жировыми тканями.

Вырабатываясь в работающих мышцах, ирисин транспортируется по крови в белые адипоциты, меняет акценты транскрипции и преобразует белую жировую ткань в бежевую.

Ирисин вырабатывается мышечной тканью не только при физической работе, но и при действии на организм холода. Так, при дрожании от холода в течение 10-15 минут вырабатывается такое же количество ирисина, как и при часовой езде на велосипеде со средней интенсивностью.

Название ирисин дано по имени древнегреческой богини Ириды, которая являлась богиней радуги и вестницей богов Зевса и Геры.

· ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА БЕЛОЙ ЖИРОВОЙ ТКАНИ

· Энергетический обмен низкий, преимущественно анаэробный, ткань потребляет мало кислорода. Энергия АТФ в основном тратится на транспорт жирных кислот через клеточные мембраны (с участием карнитина).

· Белковый обмен низкий, белки синтезируются адипоцитами преимущественно для собственных нужд. На экспорт в жировой ткани синтезируются лептин, белки острой фазы воспаления (α1-кислый гликопротеин, гаптоглобин), компоненты системы комплимента (адипсин, комплемент С3, фактор В), интерлейкины.

· Углеводный обмен. Невысокий, преобладает катаболизм. Углеводный обмен в жировой ткани тесно связан с липидным.

· Липидный обмен

· Жировая ткань стоит на 2 месте по обмену липидов после печени. Здесь происходят реакции липолиза и липогенеза.

·

·

· Липогенез. В жировой ткани синтез липидов идет в абсорбтивный период по глицерофосфатному пути. Процесс стимулируется инсулином.

· Этапы липогенеза:

· 1. Под действием инсулина на рибосомах стимулируется синтез ЛПЛ.

· 2. ЛПЛ выходит из адипоцита и фиксируется на поверхности стенки капилляра с помощью гепарансульфата.

· 3. ЛПЛ гидролизует ТГ в составе липопротеинов

·

· 4. Образовавшийся глицерин уноситься кровью в печень.

· 5. Жирные кислоты из крови транспортируются в адипоцит.

· 6. Кроме поступающих из вне экзогенных жирных кислот, в адипоците синтезируются жирные кислоты из глюкозы. Процесс стимулируется инсулином.

· 7. Жирные кислоты в адипоците под действием Ацил-КоА синтетазы превращаются в Ацил-КоА.

·

· 7. Глюкоза поступает в адипоцит с участием ГЛЮТ-4 (активатор инсулин).

· 8. В адипоците глюкоза вступает в гликолиз с образованием ФДА (активатор инсулин).

· 9. В цитоплазме ФДА восстанавливается глицерол-ф ДГ до глицерофосфата:

·

· Так как в жировой ткани нет глицерокиназы, глицерофосфат образуется только из глюкозы (не может из глицерина).

· 10. В митохондриях глицерофосфат под действием глицеролфосфат ацилтрансферазы превращается в лизофосфатид:

·

· 11. В митохондриях лизофосфатид под действием лизофосфатид ацилтрансферазы превращается в фосфатид:

·

· 11. Фосфатид под действием фосфотидат фосфогидролазы превращается в 1,2-ДГ:

·

· 12. 1,2-ДГ под действием ацилтрансферазы превращается в ТГ:

·

· 13. Молекулы ТГ объединяются в крупные жировые капли.

· 2. Липолиз. Липолиз в жировой ткани активируется при дефиците глюкозы в крови (постабсорбционный период, голодание, физическая нагрузка). Процесс стимулируется глюкагоном, адреналином, в меньшей степени СТГ и глюкокортикоидами.

· В результате липолиза концентрация свободных жирных кислот в крови возрастает в 2 раза.

· ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА БУРОЙ ЖИРОВОЙ ТКАНИ

· Энергетический обмен. Ткань потребляет много кислорода, активно окисляет глюкозу и жирные кислоты. Энергетический обмен высокий. При этом, АТФ образуется только в реакциях субстратного фосфорилирования (2 реакции гликолиза, 1 реакции ЦТК). Причина - разобщение в митохондриях белком термогенином (РБ-1) процессов окисления и фосфорилирования, низкая активность АТФ синтетазы, отсутствие

дыхательного контроля со стороны АДФ. В бурой жировой ткани вся образующаяся при окислении энергия рассеивается в виде тепла (термогенез).

· Термогенез в бурой жировая ткань активируется при переохлаждении СНС, а также при излишке липидов в крови, под действием лептина. Благодаря этому повышается температура тела и снижается концентрация липидов в крови. Отсутствие бурой жировой ткани у взрослых людей является причиной 10% всех случаев ожирения.

РОЛЬ UCP-БЕЛКОВ.

Разобщение окисления и фосфорилирования обеспечивают специальные белки – термогенины (разобщающие белки, uncoupling proteins, UCP). Существуют несколько изоформ разобщающих белков: UCP-1 находится преимущественно в бурой жировой ткани, UCP-2 – в бурой и белой, UCP-3 – в cкелетных мышцах, UCP-4 и UCP-5 – преимущественно в мозге.

Разобщающие белки UCP (uncoupling proteins) — белки внутренней мембраны митохондрий, которые пропускают через себя протоны без синтеза АТФ, с преобразованием энергии протонного градиента в тепло. Таким образом, накопленная энергия превращается не в АТФ, а в тепло. Эти белки «разобщают» процесс накопления энергии (разобщают процессы окисления и фосфорилирования), способствуя ее выделению в виде тепла. У человека известно пять типов разобщающих белков, главными из которых являются UCP1 (термогенин), UCP2, UCP3. UCP-1 находится преимущественно в бурой жировой ткани, UCP-2 - в бурой и белой, UCP-3 - в cкелетных мышцах.

В мозге также находятся разобщающие белки, которые играют свою особую роль. У человека UCP2 и UCP3 в мышцах и печени действуют как метаболические триггеры, способные переключать углеводный метаболизм на жировой, откачивая пируват из митохондрий. В целом, UCP2 и UCP3 очень похожи по строению.Эти участвуют в транспорте жирных кислот, поддержании гомеостаза глюкозы и нейтрализации реактивных форм кислорода, вызывающих липид-индуцированный оксидативный стресс и повреждение митохондрий. Кроме этого, регулируя уровень активных форм кислорода, UCP участвуют как сигнал в регуляции метаболизма. Ведь уровень АФК, кроме всего прочего, это еще и мощный сигнал.

1. UCP-1 в бурой жировой ткани способствуют поддержанию нормального веса (улучшая чувствительность к инсулину и лептину, увеличивания жиросжигание и др.)

2. UCP-2 в гиппокампе улучшает нейрогенез и нейропластичность, а в гипоталамусе – влияет на общий уровень метаболизма и продлевает жизнь.

3. UCP-2 защищает от избытка активных форм кислорода, а UCP-3 в мышцах улучшает эффективность жиросжигания при физической активности.

4. Конечно, есть еще ряд замечательных эффектов, таких как снижение уровня воспалительных цитокинов, улучшение работы щитовидной железы, повышение репродуктивной активности, защита мозга от ишемических повреждений и др. Более того, холод даже может улучшить микрофлору!

. Бурый и бежевый жир для поддержания нормального веса.

Разобщающие белки препятствуют отложению жира после еды. Конечно, их главная роль – это термогенез. Но также они регулируют обмен веществ. Небольшие количества бурой жировой ткани у здоровых взрослых людей осуществляют постпрандиальный термогенез, что в определенной степени препятствует отложению жира на фоне избытка пищи. При ожирении клетки бурой жировой ткани практически отсутствуют и, соответственно, процесс постпрандиального термогенеза не происходит.

При холоде и физической работе у человека появляется т.н. - бежевая жировая ткань, которая является переходной между белой и бурой жировыми тканями. Переход белой жировой ткани в бурую через бежевую жировую ткань является доказанным фактом и служит важным механизмом поддержания энергетического температурного гомеостаза.