От Хосе Антонио Лозано Теруел
Храната Храненето е с наука
През 1997 г. беше обявено откриването на ген и протеин, UCP2, описан от някои като панацея за затлъстяване, решението на което вече щеше да бъде почти достъпен. Интересът към субекта е разбираем, тъй като затлъстяването е важно хронично състояние, което засяга висок процент от населението, с множество медицински усложнения и социални последици, но също така е необходимо да бъдете предпазливи по отношение на прогнозата за приложимостта на научните открития.
БАЗИ. Първо, ще разгледаме някои първи и елементарни биологични принципи за използването на енергията при хората. При човека трябва да бъде изпълнено, че входящата енергия = изходяща енергия ± енергия като биомаса. Нашият източник на енергия, входящата енергия, са хранителните вещества: въглехидрати, липиди и аминокиселини от протеини, докато изходящата енергия може от своя страна да се разложи на два компонента: а) топлина; и б) химическа енергия, която, опростявайки, би била колкото да се каже АТФ (аденозин трифосфат), молекула, която работи като истинска енергийна валута, тъй като химическата енергия на АТФ се използва (обикновено чрез хидролиза), за да се превърне в механична енергия (физическа дейност), електрическа енергия (нервна система), химическа енергия (синтез на нашите собствени молекули), транспорт от всякакъв вид, осмотична енергия и др.
Основният механизъм на производство на АТФ се осъществява в нашите митохондрии, които са клетъчни органели и това се случва, когато коензимните молекули или редуцираните групи на простатата, идващи от процеса на катаболизъм на хранителните вещества, се окисляват с молекулярен кислород (който става във вода), което води до производството на АТФ. Кислородът се редуцира от електрони от редуцирани коензими, посредством електронен поток, който се осъществява с участието на различни междинни продукти, разположени във вътрешната митохондриална мембрана: дихателната верига. АТФ се получава чрез процес, наречен окислително фосфорилиране.
Всяка молекула кислород, която консумираме в дихателната верига, осигурява определена енергия, част използвана за синтеза на АТФ, част като топлина. Като цяло нормална цифра би била, че за всеки атом кислород могат да се получат 2,25 молекули АТФ. Но точното количество ще зависи от степента на свързване между двата споменати процеса, така че ако отделянето се увеличи вместо 2.25 ATP, цифрата може да бъде намалена до по-ниска стойност, което на практика означава, че по-висок процент на енергия във формата на топлина. Тоест, в зависимост от степента на свързване, едно и също количество хранително вещество може да осигури по-голямо или по-малко количество полезна енергия.
UCP. Човешките енергийни резерви се намират главно в мазнините в мастната тъкан. Мастните резерви са необходими за поддържане на метаболизма ни между храненията, докато спим, когато има недостиг на енергиен прием или когато правим големи енергийни разходи (упражнения).
Има моменти, когато отделянето не само не би било вредно, но и полезно и необходимо, ако е необходимо повече топлина. Подобно явление се среща при новородени животни, включително хора, при зимуващи животни или при бозайници, по-приспособени към студа. Дори растение като зловонния дракон (Symplocarpus fetidus) използва този механизъм, за да загрее своите цветни придатъци, за да отделя миризливи молекули, които привличат насекоми, които помагат за оплождането на цветята му.
От друга страна, бозайниците имат два вида мастна тъкан: бяла и кафява. Функцията на първия, с малко митохондрии, е да съхранява енергия под формата на мазнини. Втората, с голям брой митохондрии, е да генерира топлина. Оттук и големият интерес, предизвикан през 1978 г., когато за първи път е описано съществуването на разединяващ протеин UCP1 в митохондриите на мастните клетки на кафявата мастна тъкан. Това перфектно обясни по-големия му капацитет да преобразува химическата енергия в топлина. В допълнение, вратата беше отворена за подход към лечението срещу затлъстяване с нов подход, чрез стимулиране на процесите на разединяване между дихателната верига и окислителното фосфорилиране. Също така скоро беше установено, че въпреки че повечето гени, кодиращи UCP протеини, са открити при бозайници, те също присъстват в риби, птици, растения и вероятно в гъби и протозои, което показва, че използването на феномена на отделяне за генериране топлина в определени физиологични ситуации.
Всичко изглеждаше ясно. Съответно UCP протеините не трябва да се експресират в клетки, различни от тези на кафява мастна тъкан. И в тези други клетки не трябва да има разединяване поради това, което се нарича научно митохондриално протонно бягство (поток от протони през вътрешната мембрана на митохондриите, който не е свързан с производството на АТФ). И двете предположения се оказаха неверни.
СЪМНЕНИЯ. Всъщност генът за разединяващия протеин UCP1 се оказа, че освен в кафява мастна тъкан, той се експресира и в чревния гладък мускул на мишките, но най-изненадващото е откритието за съществуването на нови и различни членове на суперсемейството на протеини. Всички те са сходни в по-голяма или по-малка степен в своята аминокиселинна последователност, което предполага съществуването на общ родов ген, от който са еволюирали всички останали. Засега знаем, освен UCP-1: UCP2, присъстващ в голям брой тъкани; UCP3, в различни тъкани; UCP4, присъства само в мозъчната тъкан; и UCP5, присъстващи в мозъка и други тъкани.
Каква е физиологичната роля на тези протеини? Все още има много сенки за изясняване. Споменатият по-рано феномен на митохондриално избягване на протон може да представлява до 25% от глобалните енергийни разходи в чернодробните клетки, 52% в скелетните мускулни клетки и средно 15-20% от основния метаболизъм в тялото. Как UCP участват в това явление?.
Най-очевидната роля на UCPs е термогенността на UCP1 в кафява мастна тъкан, чрез молекулярен механизъм, който тепърва трябва да бъде изяснен в най-интимните си подробности. Ефектът на разделяне на останалите процесори обаче е спорен. Фактът, че генът UCP2 е разположен в човешка хромозома 11, близо до регион, свързан със затлъстяването и диабета, повдигна други възможности, но този, който изглежда по-ясен, както за UCP2, така и за UCP3, е, че те помагат да се намали количеството на опасните кислород свободни радикали от метаболизма на мазнините, забавяне на стареенето, причинено от тези радикали. По отношение на UCP4 и UCP5 има няколко ясни хипотези. В обобщение, UCP са протеини от голям физиологичен и патологичен интерес, за които имаме много неща да научим. Смята се, че те също участват в намаляването на свободните радикали
В обобщение, контролирането на свързването/разединяването на окислителното фосфорилиране може да бъде много сложно явление. Струва си да се припомни, че през 20-те години малка молекула, 2,4 динитрофенол (DNP), е открита като окислително разединител за фосфорилиране и че това може да доведе до загуба на тегло. Случилото се е свързано с големия биохимик Ефраим Ракер през 1929 г .: „някои предприемчиви лекари започнаха да прилагат DNP за затлъстяване на пациенти без необходимите предпазни мерки. Резултатите бяха изненадващи. За съжаление в някои случаи лечението елиминира не само мазнините, но и самите пациенти, които са починали ”. Оттук и необходимостта винаги да имаме достатъчна доза предпазливост.