NAD⁺ ja aineenvaihdunnan joustavuus: glukoosin ja rasvan poltto
Johdanto
Ihmiskeho käyttää jatkuvasti energiaa. Myös levossa energiaa kuluttavat prosessit, kuten hengitys, verenkierto, aivotoiminta, lämpötilan säätely ja solujen ylläpito, ovat käynnissä.
Energian tarve kuitenkin muuttuu jatkuvasti. Aterian jälkeen saatavilla on erilaisia energianlähteitä kuin paaston aikana. Intensiivisen rasituksen aikana lihakset käyttävät erilaisia aineenvaihduntareittejä kuin pitkäkestoisen ja matalan intensiteetin rasituksen aikana.
Kykyä siirtyä tehokkaasti eri energianlähteiden välillä kutsutaan aineenvaihdunnan joustavuudeksi.
Yksi näiden prosessien tärkeä molekyyli on nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi, joka tunnetaan paremmin nimellä NAD⁺.
NAD⁺ tukee elektronien siirtymistä glukoosin, rasvahappojen ja aminohappojen hajotessa. Siksi sillä on keskeinen rooli solujen energian tuotannossa.
Tutkijat selvittävät, miten NAD⁺-aineenvaihdunta liittyy seuraaviin:
-
mitokondrioiden toiminta;
-
glukoosin hapettuminen;
-
vetzuuroxidatie;
-
insuliiniherkkyys;
-
fyysinen rasitus;
-
aineenvaihdunnallinen mukautuminen.
Tässä artikkelissa käsittelemme aineenvaihdunnan joustavuutta, sitä, miten solut vaihtavat energianlähteiden välillä ja mikä rooli NAD⁺:lla on tässä.
Mitä aineenvaihdunnan joustavuus tarkoittaa?
Aineenvaihdunnan joustavuus tarkoittaa solujen ja kudosten kykyä mukauttaa polttoaineiden käyttöä olosuhteiden mukaan.
Tärkeitä energianlähteitä ovat:
-
glukoosi;
-
rasvahapot;
-
aminohapot;
-
ketoaineet.
Hiilihydraattipitoisen aterian jälkeen glukoosin saatavuus lisääntyy.
Insuliinihormoni stimuloi muun muassa seuraavia:
-
glukoosinotto;
-
glykogeenin varastointi;
-
glukoosin käyttö energianlähteenä;
-
ylimääräisen energian varastointi.
Paaston aikana glukoosin saatavuus vähenee.
Keho voi silloin hyödyntää enemmän:
-
varastoituneet rasvahapot;
-
maksan glykogeeni;
-
ketoaineet;
-
glukoneogeneesi.
Aineenvaihdunnallisesti joustava järjestelmä pystyy siirtymään näiden olosuhteiden välillä suhteellisen tehokkaasti.
Mitä aineenvaihdunnan joustamattomuus tarkoittaa?
Aineenvaihdunnan joustamattomuus tarkoittaa, että kyky mukauttaa energiankäyttöä on heikentynyt.
Tätä tutkitaan suhteessa seuraaviin:
-
insuliiniresistenssi;
-
lihavuus;
-
metabolinen oireyhtymä;
-
liikunnan puute;
-
mitokondrioiden muutokset;
-
ikääntymiseen liittyvät aineenvaihdunnan muutokset.
Aineenvaihdunnan joustamattomuus ei ole erillinen sairaus.
Se on fysiologinen käsite, jota tutkijat käyttävät kuvaamaan muutoksia polttoaineiden käytössä.
Heikentynyt joustavuus voi esimerkiksi tarkoittaa, että lihakset siirtyvät vähemmän tehokkaasti rasvahappojen hapetuksen ja glukoosin hapetuksen välillä.
NAD⁺:n rooli energia-aineenvaihdunnassa
NAD⁺ on lähes kaikissa ihmisen soluissa esiintyvä koentsyymi.
Sitä esiintyy pääasiassa kahdessa muodossa:
-
NAD⁺: hapettunut muoto;
-
NADH: pelkistynyt muoto.
Ravintoaineiden hajotessa NAD⁺ vastaanottaa elektroneja.
Tämän seurauksena NAD⁺ muuttuu NADH:ksi.
NADH kuljettaa nämä elektronit mitokondrioiden elektroninsiirtoketjuun.
Elektroneista saatavaa energiaa käytetään ATP:n tuotantoon.
ATP on solun tärkein suoraan käyttökelpoinen energiankantaja.
NAD⁺ muodostaa siten olennaisen yhteyden seuraavien välille:
ravintoaineet → elektroninsiirto → mitokondriot → ATP
NAD⁺ ja glukoosiaineenvaihdunta
Glukoosi voidaan muuntaa energiaksi useiden vaiheiden kautta.
Ensimmäinen tärkeä reitti on glykolyysi.
Glykolyysin aikana glukoosi hajotetaan pyruvaatiksi.
Osa tästä prosessista riippuu NAD⁺:sta.
NAD⁺ vastaanottaa elektroneja ja muuttuu NADH:ksi.
Kun happea ja mitokondrioiden kapasiteettia on riittävästi saatavilla, pyruvaatti voidaan muuntaa asetyyli-CoA:ksi.
Asetyyli-CoA siirtyy sen jälkeen sitruunahappokiertoon.
Sitruunahappokierron aikana muodostuu lisää NADH-molekyylejä.
Ne luovuttavat elektroneja mitokondrioiden elektroninsiirtoketjuun.
NAD⁺ tukee siten useita glukoosista saatavan energiantuotannon vaiheita.
NAD⁺ ja rasvahappojen hapettuminen
Rasvahapot ovat tärkeä energianlähde.
Erityisesti levon, paaston ja pitkäkestoisen rasituksen aikana rasvahappojen hapettumisen osuus voi kasvaa.
Rasvahapot hajotetaan mitokondrioissa beetaoksidaation kautta.
Tämän reitin aikana muodostuu muun muassa:
-
asetyyli-CoA;
-
NADH;
-
FADH₂.
Asetyyli-CoA voi siirtyä sitruunahappokiertoon.
NADH ja FADH₂ luovuttavat elektroneja elektroninsiirtoketjuun.
Myös rasvahappojen hapettumisessa hapettuneiden kofaktorien saatavuus on tärkeää.
Kun NAD⁺ vastaanottaa elektroneja, muodostuu NADH:ta.
Mitokondrioiden on sen jälkeen hapetettava NADH uudelleen NAD⁺:ksi.
Näin metabolinen kierto pysyy toiminnassa.
NAD⁺/NADH-suhde
NAD⁺:n ja NADH:n välistä suhdetta kutsutaan solun redox-suhteeksi.
Tämä suhde voi vaikuttaa seuraaviin:
-
metabolisten entsyymien aktiivisuus;
-
glukoosin hapettuminen;
-
vetzuuroxidatie;
-
laktaatin muodostuminen;
-
mitochondriale energieproductie.
Suuri NADH-määrä tarkoittaa, että elektroneja on saatavilla paljon.
Elektroninsiirtoketjun on käsiteltävä nämä elektronit.
Kun hapetuskapasiteetti on rajallinen, NAD⁺:n ja NADH:n välinen suhde voi muuttua.
Soluilla on erilaisia mekanismeja redox-tasapainon säätelyyn.
Optimaalinen suhde vaihtelee seuraavien tekijöiden välillä:
-
sytoplasma;
-
mitokondriot;
-
solutyyppi;
-
metabolinen tila.
Mitokondriot ja metabolinen joustavuus
Mitokondriot ovat välttämättömiä glukoosin ja rasvahappojen hapettumiselle.
Hyvä mitokondrioiden toiminta tukee kykyä mukauttaa energiantuotantoa.
Tärkeitä tekijöitä ovat:
-
mitokondrioiden määrä;
-
mitokondrioentsyymien aktiivisuus;
-
hapen saanti;
-
elektroninsiirtokyky;
-
mitokondrioiden dynamiikka;
-
mitokondrioiden laatu.
Mitokondriot voivat mukautua energiantarpeen muutoksiin.
Fyysinen harjoittelu voi esimerkiksi johtaa seuraaviin:
-
suurempi mitokondrioiden tiheys;
-
suurempi oksidatiivinen kapasiteetti;
-
tehostunut rasvahappojen hapettuminen;
-
tehokkaampi energiankäyttö.
Näitä muutoksia säätelevät useat signaalireitit.
NAD⁺-riippuvaiset entsyymit voivat olla osa näitä prosesseja.
NAD⁺ ja SIRT1
SIRT1 on NAD⁺-riippuvainen entsyymi.
Sitä tutkitaan suhteessa seuraaviin:
-
metabolinen sopeutuminen;
-
glukoosiaineenvaihdunta;
-
rasvahappoaineenvaihdunta;
-
mitokondrioiden biogeneesi;
-
solustressivaste.
SIRT1 voi vaikuttaa säätelyproteiiniin PGC-1α.
PGC-1α:lla on tärkeä rooli sellaisten geenien säätelyssä, jotka osallistuvat seuraaviin prosesseihin:
-
mitokondriot;
-
vetzuuroxidatie;
-
oksidatiivinen aineenvaihdunta;
-
sopeutuminen fyysiseen aktiivisuuteen.
Tämän perusteella voidaan esittää mahdollinen tutkimusreitti:
NAD⁺ → SIRT1 → PGC-1α → metabolinen sopeutuminen
Tämä reitti on vain yksi osa laajempaa säätelyverkostoa.
NAD⁺ ja SIRT3
SIRT3 sijaitsee pääasiassa mitokondrioissa.
Entsyymi voi vaikuttaa useisiin mitokondrioproteiineihin.
Tutkittavia prosesseja ovat:
-
vetzuuroxidatie;
-
citroenzuurcyclus;
-
elektroninsiirto;
-
antioksidatiiviset reaktiot;
-
energi aineenvaihdunta.
SIRT3 käyttää NAD⁺:aa entsymaattisten reaktioiden aikana.
Tämän vuoksi tutkitaan, voivatko mitokondrioiden NAD⁺-saatavuuden muutokset vaikuttaa tiettyjen metabolisten entsyymien aktiivisuuteen.
Biologiset vaikutukset todennäköisesti vaihtelevat kudoksen ja metabolisen tilan mukaan.
AMPK ja metabolinen sopeutuminen
AMPK on lyhenne sanoista AMP-aktivoitu proteiinikinaasi.
AMPK:ta kuvataan joskus solun energiatunnistimeksi.
Kun käytettävissä olevan energian määrä vähenee, AMPK voi aktivoitua.
AMPK voi stimuloida prosesseja, jotka vapauttavat energiaa käyttöön.
Esimerkkejä ovat:
-
glukoosinotto;
-
vetzuuroxidatie;
-
mitokondrioiden sopeutuminen.
Samalla tiettyjen energiaa kuluttavien prosessien aktiivisuutta voidaan tilapäisesti vähentää.
AMPK ja NAD⁺-riippuvaiset reitit voivat vaikuttaa toisiinsa.
Näitä vuorovaikutuksia tutkitaan metabolisessa biologiassa.
Insuliini ja polttoaineiden välillä vaihtaminen
Insuliinilla on tärkeä rooli energiankäytön säätelyssä.
Aterian jälkeen verensokeri nousee.
Haima voi tämän jälkeen erittää insuliinia.
Insuliini stimuloi muun muassa:
-
glukoosinotto lihas- ja rasvasoluihin;
-
glykogeenin varastointi;
-
rasvan varastointi;
-
rasvan hajoamisen estyminen.
Paaston aikana insuliinitaso laskee.
Tämän ansiosta vapaiden rasvahappojen saatavuus voi lisääntyä.
Terve metabolinen järjestelmä mukauttaa polttoaineen käyttöä näihin hormonaalisiin muutoksiin.
Insuliiniresistenssissä tämä sopeutuminen voi muuttua.
Luustolihasten metabolinen joustavuus
Luustolihakset käyttävät merkittäviä määriä glukoosia ja rasvahappoja.
Lepotilassa lihakset käyttävät suhteellisen paljon rasvahappoja.
Intensiivisen rasituksen aikana hiilihydraattien käyttö lisääntyy.
Polttoaineen valintaan vaikuttavat:
-
harjoituksen intensiteetti;
-
harjoituksen kesto;
-
hapensaanti;
-
ravitsemustila;
-
glykogeenivarasto;
-
mitokondriokapasiteetti.
Harjoitelluilla lihaksilla on usein suurempi mitokondriokapasiteetti.
Tämän ansiosta ne voivat käyttää rasvahappoja tehokkaammin tietyillä rasitustasoilla.
NAD⁺ tukee sekä glukoosin että rasvahappojen hapettumiseen tarvittavia redox-reaktioita.
Metabolinen joustavuus fyysisen rasituksen aikana
Liikunnan aikana energiantarve voi kasvaa huomattavasti.
Matalalla tai kohtalaisella intensiteetillä suhteellisen suuri osa energiasta voi olla peräisin rasvahappojen hapettumisesta.
Korkeammalla intensiteetillä hiilihydraattien käyttö yleensä lisääntyy.
Hiilihydraatit voivat tuottaa ATP:tä nopeammin, kun energiantarve on suuri.
Harjoittelu voi aiheuttaa erilaisia mukautumisia:
-
mitokondrioiden määrän lisääntyminen;
-
parantunut hapen hyödyntäminen;
-
suurempi glykogeenivarasto;
-
suurempi oksidatiivisten entsyymien aktiivisuus;
-
muutokset polttoaineiden käytössä.
Näitä mukautumisia aiheuttaa metabolisten signaalien verkosto.
NAD⁺ on tässä välttämätön biokemiallinen kofaktori, mutta ei ainoa säätelijä.
Metabolinen joustavuus paaston aikana
Paaston aikana energianlähteiden saatavuus muuttuu.
Maksan glykogeenivarastot vähenevät vähitellen.
Varastoituneen rasvan hajotus voi lisääntyä.
Rasvahappoja vapautuu eri kudosten käyttöön.
Maksa voi tietyissä olosuhteissa tuottaa ketoaineita.
NAD⁺ ja NADH osallistuvat useisiin metabolisiin reaktioihin näiden muutosten aikana.
Reaktio paastoon vaihtelee henkilöittäin.
Tekijöitä ovat:
-
paaston kesto;
-
leeftijd;
-
spiermassa;
-
metabolinen terveys;
-
fyysinen aktiivisuus;
-
medicatiegebruik.
Pitkäkestoinen paasto ei sovi kaikille, ja siihen voi liittyä terveysriskejä.
NAD⁺ ja ikään liittyvät aineenvaihdunnan muutokset
Ikääntymisen aikana voi tapahtua muutoksia seuraavissa:
-
spiermassa;
-
mitokondrioiden toiminta;
-
insuliiniherkkyys;
-
fyysinen aktiivisuus;
-
rasvan jakautuminen;
-
metabolinen säätely.
Tutkimukset viittaavat siihen, että NAD⁺-tasot tietyissä kudoksissa voivat muuttua ikääntymisen aikana.
Mahdollisia tekijöitä ovat:
-
NAD⁺-kuluttavien entsyymien lisääntynyt aktiivisuus;
-
muutokset NAD⁺-biosynteesissä;
-
krooninen matala-asteinen tulehdus;
-
DNA-vauriot;
-
muutokset mitokondrioiden toiminnassa.
Vielä ei ole selvää, mikä kunkin tekijän vaikutus metaboliseen joustavuuteen on ihmisillä.
Mitä ihmisillä tehdyt tutkimukset osoittavat?
Ihmisillä tehdyissä tutkimuksissa tutkitaan erilaisia NAD⁺-esiasteita.
Esimerkkejä ovat:
-
nikotiiniamidiribosidi;
-
nikotiiniamidimononukleotidi;
-
nikotiiniamidi.
Joissakin tutkimuksissa havaitaan muutoksia NAD:hen liittyvissä metaboliiteissa.
Vaikutukset metaboliseen joustavuuteen ovat epäselvempiä.
Tutkittuja tuloksia ovat:
-
insuliiniherkkyys;
-
glukoosiaineenvaihdunta;
-
lihastoiminta;
-
energiankulutus;
-
rasvahappojen hapettuminen.
Tulokset vaihtelevat tutkimusten välillä.
Tarvitaan lisää laajoja ja pitkäkestoisia tutkimuksia.
Voiko korkeampi NAD⁺-taso palauttaa metabolisen joustavuuden?
Sitä ei ole vielä vahvistettu.
Monet tekijät vaikuttavat metaboliseen joustavuuteen.
Esimerkkejä ovat:
-
mitochondriale capaciteit;
-
spiermassa;
-
fyysinen aktiivisuus;
-
insuliiniherkkyys;
-
uni;
-
ravitsemus;
-
leeftijd;
-
hormonaalinen säätely.
NAD⁺ on välttämätön energia-aineenvaihdunnalle, mutta se muodostaa vain yhden osan tästä laajasta järjestelmästä.
NAD⁺-biomarkkereiden muutos ei automaattisesti tarkoita, että koko aineenvaihdunta paranisi.
Elämäntavat ja metabolinen joustavuus
Regelmatige beweging is een belangrijke factor bij metabole aanpassing.
Onderzochte strategieën zijn:
-
duurtraining;
-
krachttraining;
-
intervaltraining;
-
dagelijkse lichamelijke activiteit.
Training kan invloed hebben op:
-
spiermassa;
-
mitochondriale capaciteit;
-
glucoseopname;
-
vetzuuroxidatie;
-
insulinegevoeligheid.
Ook slaap, voeding en de energiebalans kunnen de metabole gezondheid beïnvloeden.
Geen enkel molecuul kan deze gecombineerde factoren vervangen.
Beperkingen van het huidige onderzoek
Veel mechanistische kennis is afkomstig uit:
-
celonderzoek;
-
diermodellen;
-
biochemische studies.
Deze modellen zijn waardevol, maar kunnen niet rechtstreeks worden vertaald naar klinische effecten bij mensen.
Daarnaast is het NAD⁺-metabolisme weefselspecifiek.
Een verandering in bloedwaarden hoeft niet overeen te komen met veranderingen in:
-
spierweefsel;
-
lever;
-
hart;
-
hersenen.
Langetermijngegevens zijn nog beperkt.
Veiligheid en onderzoeksstatus
NAD⁺-gerelateerde verbindingen worden onderzocht binnen de metabole wetenschap.
Biologische effecten kunnen afhankelijk zijn van:
-
gebruikte verbinding;
-
concentratie;
-
onderzoeksduur;
-
toedieningsvorm;
-
leeftijd;
-
gezondheidstoestand;
-
medicatiegebruik.
Onderzoeksproducten zijn niet bedoeld als vervanging voor medische diagnostiek of behandeling.
Mensen met metabole aandoeningen of die medicijnen gebruiken, moeten gezondheidsbeslissingen bespreken met een bevoegde arts.
Conclusie
Metabole flexibiliteit beschrijft het vermogen van cellen en weefsels om efficiënt te schakelen tussen verschillende energiebronnen.
Glucose en vetzuren worden via verschillende metabole routes afgebroken.
NAD⁺ speelt hierbij een centrale rol als elektronendrager.
Het ondersteunt:
-
glycolyse;
-
citroenzuurcyclus;
-
vetzuuroxidatie;
-
mitochondriale energieproductie.
Daarnaast gebruiken sirtuïnen NAD⁺ voor enzymatische reacties die worden onderzocht in relatie tot metabole aanpassing.
Hoewel NAD⁺ biologisch essentieel is, wordt metabole flexibiliteit bepaald door een uitgebreid netwerk van mitochondriën, hormonen, enzymen en leefstijlfactoren.
Er is meer onderzoek bij mensen nodig om vast te stellen in welke mate veranderingen in het NAD⁺-metabolisme invloed hebben op metabole flexibiliteit.
Samenvatting
NAD⁺:
-
ondersteunt het glucosemetabolisme;
-
speelt een rol bij de vetzuuroxidatie;
-
transporteert elektronen tijdens de energieproductie;
-
is verbonden met de NAD⁺/NADH-redoxbalans;
-
ondersteunt de mitochondriale ATP-productie;
-
wordt gebruikt door SIRT1 en SIRT3;
-
wordt onderzocht in relatie tot metabole flexibiliteit;
-
vormt één onderdeel van een uitgebreid metabool netwerk.
Gerelateerde interne blogs:
-
NAD⁺ en mitochondriale energie
-
NAD⁺ en sirtuïnen
-
MOTS-c en metabole signalering
-
Mitochondriën en vetzuuroxidatie
-
Metabole flexibiliteit en energieverbruik
Suggesties voor interne links:
Link vanaf deze blog naar NAD⁺ en mitochondriale energie en NAD⁺ en sirtuïnen. Plaats een interne link vanaf de productpagina van NAD⁺ 500 mg naar deze verdieping.