NAD⁺ un metaboliska elastība: glikozes un tauku dedzināšana
Ievads
Cilvēka organisms nepārtraukti izmanto enerģiju. Pat miera stāvoklī ir aktīvi no enerģijas atkarīgi procesi, tostarp elpošana, asinsrite, smadzeņu darbība, temperatūras regulācija un šūnu uzturēšana.
Tomēr enerģijas vajadzības nepārtraukti mainās. Pēc maltītes ir pieejami citi enerģijas avoti nekā badošanās laikā. Intensīvas slodzes laikā muskuļi izmanto citus metabolisma ceļus nekā ilgstošas zemas intensitātes slodzes laikā.
Spēju efektīvi pārslēgties starp dažādiem enerģijas avotiem sauc par metabolisko elastību.
Svarīga molekula šajos procesos ir nikotīnamīda adenīna dinukleotīds, ko labāk pazīst kā NAD⁺.
NAD⁺ veicina elektronu pārnesi glikozes, taukskābju un aminoskābju noārdīšanās laikā. Tādējādi tam ir centrāla loma šūnu enerģijas ražošanā.
Pētnieki pēta, kā NAD⁺ metabolisms ir saistīts ar:
-
mitohondriju funkcija;
-
glikozes oksidācija;
-
taukskābju oksidācija;
-
jutība pret insulīnu;
-
fiziska slodze;
-
metaboliskā pielāgošanās.
Šajā rakstā apskatīsim, kas ir metaboliskā elastība, kā šūnas pārslēdzas starp enerģijas avotiem un kāda loma tajā ir NAD⁺.
Kas ir metaboliskā elastība?
Metaboliskā elastība ir šūnu un audu spēja pielāgot enerģijas avotu izmantošanu atbilstoši apstākļiem.
Svarīgi enerģijas avoti ir:
-
glikoze;
-
taukskābes;
-
aminoskābes;
-
ketonvielas.
Pēc ogļhidrātiem bagātas maltītes glikozes pieejamība palielinās.
Hormons insulīns cita starpā stimulē:
-
glikozes uzņemšanu;
-
glikogēna uzkrāšana;
-
glikozes izmantošana enerģijas avotā;
-
liekās enerģijas uzkrāšana.
Badošanās laikā glikozes pieejamība samazinās.
Tādējādi organisms var vairāk izmantot:
-
uzkrātās taukskābes;
-
aknu glikogēns;
-
ketonvielas;
-
glikoneoģenēze.
Metaboliski elastīga sistēma var salīdzinoši efektīvi pārslēgties starp šiem apstākļiem.
Kas ir metabolā neelastība?
Metabolā neelastība nozīmē samazinātu spēju pielāgot enerģijas izmantošanu.
Tas tiek pētīts saistībā ar:
-
insulīna rezistence;
-
aptaukošanās;
-
metaboliskais sindroms;
-
fiziska neaktivitāte;
-
mitohondriju izmaiņas;
-
ar vecumu saistītas metabolisma izmaiņas.
Metabolā neelastība nav atsevišķa slimība.
Tas ir fizioloģisks jēdziens, ko pētnieki izmanto, lai aprakstītu izmaiņas enerģijas avotu izmantošanā.
Samazināta elastība, piemēram, var nozīmēt, ka muskuļi mazāk efektīvi pārslēdzas starp taukskābju un glikozes oksidāciju.
NAD⁺ loma enerģijas metabolismā
NAD⁺ ir koenzīms, kas atrodas gandrīz visās cilvēka šūnās.
Tas galvenokārt sastopams divās formās:
-
NAD⁺: oksidētā forma;
-
NADH: reducētā forma.
Uzturvielu noārdīšanās laikā NAD⁺ uzņem elektronus.
Tādējādi NAD⁺ tiek pārvērsts par NADH.
NADH transportē šos elektronus uz elektronu transporta ķēdi mitohondrijos.
Elektronu enerģiju izmanto ATP ražošanai.
ATP ir šūnas galvenais tieši izmantojamais enerģijas nesējs.
Tādējādi NAD⁺ veido būtisku saikni starp:
barības vielas → elektronu pārnese → mitohondriji → ATP
NAD⁺ un glikozes metabolisms
Glikozi var pārveidot enerģijā, veicot vairākus posmus.
Pirmais svarīgais ceļš ir glikolīze.
Glikolīzes laikā glikoze tiek sadalīta par piruvātu.
Daļa šī procesa ir atkarīga no NAD⁺.
NAD⁺ pieņem elektronus un tiek pārvērsts par NADH.
Ja ir pieejams pietiekami daudz skābekļa un mitohondriju kapacitāte, piruvātu var pārvērst par acetil-CoA.
Pēc tam acetil-CoA iekļūst citronskābes ciklā.
Citronskābes cikla laikā rodas vairāk NADH molekulu.
Tie piegādā elektronus mitohondriju elektronu transporta ķēdei.
Tādējādi NAD⁺ atbalsta vairākas enerģijas ražošanas no glikozes fāzes.
NAD⁺ un taukskābju oksidācija
Taukskābes ir svarīgs enerģijas avots.
Īpaši miera stāvoklī, badošanās laikā un ilgstošas fiziskas slodzes laikā taukskābju oksidācijas īpatsvars var palielināties.
Taukskābes mitohondrijos tiek sadalītas beta oksidācijas ceļā.
Šī procesa laikā cita starpā rodas:
-
acetil-CoA;
-
NADH;
-
FADH₂.
Acetil-CoA var iekļūt citronskābes ciklā.
NADH un FADH₂ piegādā elektronus elektronu transporta ķēdei.
Arī taukskābju oksidācijā svarīga ir oksidēto kofaktoru pieejamība.
Kad NAD⁺ pieņem elektronus, rodas NADH.
Pēc tam mitohondrijiem NADH atkārtoti jāoksidē par NAD⁺.
Tādējādi metaboliskais cikls turpina darboties.
NAD⁺/NADH attiecība
NAD⁺ un NADH attiecību sauc par šūnas redoksattiecību.
Šī attiecība var ietekmēt:
-
metabolisko enzīmu aktivitāte;
-
glikozes oksidācija;
-
taukskābju oksidācija;
-
laktāta veidošanās;
-
mitohondriju enerģijas ražošana.
Liels NADH daudzums nozīmē, ka ir pieejams daudz elektronu.
Elektronu transporta ķēdei šie elektroni ir jāapstrādā.
Ja oksidācijas kapacitāte ir ierobežota, NAD⁺ un NADH attiecība var mainīties.
Šūnām ir dažādi mehānismi redoksbalansa regulēšanai.
Optimālā attiecība atšķiras starp:
-
citoplazma;
-
mitohondriji;
-
šūnas tips;
-
metaboliskais stāvoklis.
Mitohondriji un metaboliskā elastība
Mitohondriji ir būtiski glikozes un taukskābju oksidācijai.
Laba mitohondriju darbība veicina spēju pielāgot enerģijas ražošanu.
Svarīgi faktori ir:
-
mitohondriju skaits;
-
mitohondriju enzīmu aktivitāte;
-
skābekļa piegāde;
-
elektronu transporta kapacitāte;
-
mitohondriju dinamika;
-
mitohondriju kvalitāte.
Mitohondriji spēj pielāgoties enerģijas pieprasījuma izmaiņām.
Fiziskā slodze, piemēram, var izraisīt:
-
lielāks mitohondriju blīvums;
-
lielāka oksidatīvā kapacitāte;
-
uzlabota taukskābju oksidācija;
-
efektīvāka enerģijas izmantošana.
Šīs izmaiņas regulē vairāki signālceļi.
NAD⁺ atkarīgie enzīmi var būt šo procesu sastāvdaļa.
NAD⁺ un SIRT1
SIRT1 ir NAD⁺ atkarīgs enzīms.
Tas tiek pētīts saistībā ar:
-
vielmaiņas pielāgošanās;
-
glikozes metabolisms;
-
taukskābju vielmaiņa;
-
mitohondriju bioģenēze;
-
šūnu stresa reakcija.
SIRT1 var ietekmēt regulējošo proteīnu PGC-1α.
PGC-1α ir svarīga loma tādu gēnu regulēšanā, kuri iesaistīti:
-
mitohondriji;
-
taukskābju oksidācija;
-
oksidatīvā vielmaiņa;
-
pielāgošanās fiziskajai aktivitātei.
Tādējādi pastāv iespējams pētniecības ceļš:
NAD⁺ → SIRT1 → PGC-1α → vielmaiņas pielāgošanās
Šis ceļš ir tikai viena daļa no plašāka regulācijas tīkla.
NAD⁺ un SIRT3
SIRT3 galvenokārt atrodas mitohondrijos.
Šis enzīms var ietekmēt dažādus mitohondriju proteīnus.
Pētītie procesi ir:
-
taukskābju oksidācija;
-
citronskābes cikls;
-
elektronu transports;
-
antioksidatīvās reakcijas;
-
enerģijas vielmaiņa.
SIRT3 izmanto NAD⁺ enzīmu reakciju laikā.
Tādēļ tiek pētīts, vai izmaiņas mitohondriju NAD⁺ pieejamībā var ietekmēt noteiktu vielmaiņas enzīmu aktivitāti.
Bioloģiskā ietekme, visticamāk, atšķiras atkarībā no audiem un vielmaiņas stāvokļa.
AMPK un vielmaiņas pielāgošanās
AMPK nozīmē ar AMP aktivētu proteīnkināzi.
AMPK dažkārt raksturo kā šūnu enerģijas sensoru.
Samazinoties pieejamās enerģijas daudzumam, AMPK var tikt aktivizēta.
AMPK var stimulēt procesus, kas padara enerģiju pieejamu.
Piemēri:
-
glikozes uzņemšanu;
-
taukskābju oksidācija;
-
mitohondriju pielāgošanās.
Vienlaikus noteikti enerģiju patērējoši procesi var tikt īslaicīgi samazināti.
AMPK un NAD⁺ atkarīgie ceļi var ietekmēt cits citu.
Šī mijiedarbība tiek pētīta vielmaiņas bioloģijas jomā.
Insulīns un pārslēgšanās starp degvielas avotiem
Insulīnam ir svarīga loma enerģijas izmantošanas regulēšanā.
Pēc ēdienreizes paaugstinās glikozes līmenis asinīs.
Aizkuņģa dziedzeris pēc tam var izdalīt insulīnu.
Insulīns cita starpā stimulē:
-
glikozes uzņemšana muskuļu un tauku šūnās;
-
glikogēna uzkrāšana;
-
tauku uzkrāšana;
-
tauku noārdīšanās kavēšana.
Badošanās laikā insulīna līmenis pazeminās.
Tādējādi var palielināties brīvo taukskābju pieejamība.
Veselīga vielmaiņas sistēma pielāgo degvielas izmantošanu šīm hormonālajām izmaiņām.
Insulīna rezistences gadījumā šī pielāgošanās var mainīties.
Metaboliskā elastība skeleta muskuļos
Skeleta muskuļi ir nozīmīgi glikozes un taukskābju izmantotāji.
Miera stāvoklī muskuļi salīdzinoši daudz izmanto taukskābes.
Intensīvas slodzes laikā palielinās ogļhidrātu izmantošana.
Degvielas izvēli ietekmē:
-
treniņa intensitāte;
-
treniņa ilgums;
-
skābekļa pieejamība;
-
uztura statuss;
-
glikogēna krājumi;
-
mitohondriju kapacitāte.
Trenētiem muskuļiem bieži ir lielāka mitohondriju kapacitāte.
Tādējādi noteiktā slodzes intensitātē tās var efektīvāk izmantot taukskābes.
NAD⁺ atbalsta redoksreakcijas, kas nepieciešamas gan glikozes, gan taukskābju oksidācijai.
Metaboliskā elastība fiziskas slodzes laikā
Fiziskas slodzes laikā enerģijas vajadzība var ievērojami palielināties.
Pie zemas līdz mērenas intensitātes salīdzinoši liela enerģijas daļa var būt iegūta taukskābju oksidācijas procesā.
Pie augstākas intensitātes ogļhidrātu izmantošana parasti palielinās.
Ogļhidrāti var ātrāk nodrošināt ATP, kad enerģijas vajadzība ir augsta.
Treniņš var izraisīt dažādas adaptācijas:
-
mitohondriju skaita palielināšanās;
-
uzlabota skābekļa izmantošana;
-
lielāki glikogēna krājumi;
-
augstāka oksidatīvo enzīmu aktivitāte;
-
izmaiņas enerģijas avotu izmantošanā.
Šīs adaptācijas izraisa metabolo signālu tīkls.
NAD⁺ šeit ir nepieciešams bioķīmisks kofaktors, taču ne vienīgais regulators.
Metaboliskā elastība badošanās laikā
Badošanās laikā mainās enerģijas avotu pieejamība.
Aknu glikogēna krājumi pakāpeniski samazinās.
Var pastiprināties uzkrāto tauku noārdīšana.
Taukskābes kļūst pieejamas dažādiem audiem.
Noteiktos apstākļos aknas var ražot ketonvielas.
NAD⁺ un NADH ir iesaistīti vairākās metabolisma reakcijās šo izmaiņu laikā.
Reakcija uz badošanos atšķiras starp cilvēkiem.
Faktori:
-
badošanās ilgums;
-
vecums;
-
muskuļu masai;
-
vielmaiņas veselība;
-
fiziskā aktivitāte;
-
medikamentu lietošana.
Ilgstoša badošanās nav piemērota visiem un var radīt medicīniskus riskus.
NAD⁺ un ar vecumu saistītas metabolisma izmaiņas
Novecošanas laikā var rasties izmaiņas:
-
muskuļu masai;
-
mitohondriju funkcija;
-
jutība pret insulīnu;
-
fiziskā aktivitāte;
-
tauku sadalījums;
-
metaboliskā regulācija.
Pētījumi liecina, ka novecošanas laikā NAD⁺ līmenis noteiktos audos var mainīties.
Iespējamie faktori:
-
paaugstināta NAD⁺ patērējošo enzīmu aktivitāte;
-
izmaiņas NAD⁺ biosintēzē;
-
hronisks zemas pakāpes iekaisums;
-
DNS bojājumi;
-
izmaiņas mitohondriju funkcijā.
Vēl nav skaidrs, kādu ieguldījumu katrs faktors sniedz cilvēku metaboliskajā elastībā.
Ko liecina pētījumi ar cilvēkiem?
Pētījumos ar cilvēkiem tiek pētīti dažādi NAD⁺ prekursori.
Piemēri:
-
nikotīnamīda ribozīds;
-
nikotīnamīda mononukleotīds;
-
nikotīnamīds.
Daži pētījumi liecina par izmaiņām ar NAD saistītos metabolītos.
Ietekme uz metabolisko elastību ir mazāk viennozīmīga.
Pētītie iznākumi:
-
jutība pret insulīnu;
-
glikozes metabolisms;
-
muskuļu funkcija;
-
enerģijas patēriņš;
-
taukskābju oksidācija.
Rezultāti dažādos pētījumos atšķiras.
Nepieciešami plašāki un ilgtermiņa pētījumi.
Vai augstāks NAD⁺ līmenis var atjaunot metabolisko elastību?
Tas vēl nav noskaidrots.
Metabolisko elastību ietekmē daudzi faktori.
Piemēri:
-
mitohondriju kapacitātei;
-
muskuļu masai;
-
fiziskā aktivitāte;
-
jutība pret insulīnu;
-
miegs;
-
uzturs;
-
vecums;
-
hormonālā regulācija.
NAD⁺ ir būtisks enerģijas metabolismam, taču tas ir tikai viena daļa no šīs plašās sistēmas.
NAD⁺ saistīto biomarķieru izmaiņas automātiski nenozīmē, ka uzlabojas visa vielmaiņa.
Dzīvesveids un metaboliska elastība
Regulāras fiziskās aktivitātes ir svarīgs faktors metaboliskajā pielāgošanās procesā.
Pētītās stratēģijas ir:
-
izturības treniņi;
-
spēka treniņi;
-
intervālu treniņi;
-
ikdienas fiziskās aktivitātes.
Treniņi var ietekmēt:
-
muskuļu masai;
-
mitohondriju kapacitātei;
-
glikozes uzņemšanai;
-
taukskābju oksidācija;
-
jutībai pret insulīnu.
Arī miegs, uzturs un enerģijas līdzsvars var ietekmēt vielmaiņas veselību.
Neviena molekula nevar aizstāt šo faktoru kopumu.
Pašreizējo pētījumu ierobežojumi
Daudzas mehānistiskās zināšanas ir iegūtas no:
-
šūnu pētījumiem;
-
dzīvnieku modeļiem;
-
bioķīmiskajiem pētījumiem.
Šie modeļi ir vērtīgi, taču tos nevar tieši attiecināt uz klīnisko iedarbību cilvēkiem.
Turklāt NAD⁺ metabolisms ir specifisks konkrētiem audiem.
Izmaiņām asinīs nav obligāti jāatbilst izmaiņām:
-
muskuļu audiem;
-
aknām;
-
sirdij;
-
smadzenēm.
Ilgtermiņa dati joprojām ir ierobežoti.
Drošība un pētījumu statuss
Ar NAD⁺ saistītie savienojumi tiek pētīti vielmaiņas zinātnē.
Bioloģiskā iedarbība var būt atkarīga no:
-
izmantotais savienojums;
-
koncentrācija;
-
pētījuma ilgums;
-
ievadīšanas veids;
-
vecums;
-
veselības stāvoklis;
-
medikamentu lietošana.
Pētniecības produkti nav paredzēti medicīniskas diagnostikas vai ārstēšanas aizstāšanai.
Cilvēkiem ar vielmaiņas traucējumiem vai tiem, kuri lieto medikamentus, ar veselību saistīti lēmumi jāapspriež ar kvalificētu ārstu.
Secinājums
Metaboliskā elastība raksturo šūnu un audu spēju efektīvi pārslēgties starp dažādiem enerģijas avotiem.
Glikoze un taukskābes tiek sadalītas pa dažādiem metaboliskiem ceļiem.
NAD⁺ šajā procesā spēlē centrālu lomu kā elektronu nesējs.
Tas atbalsta:
-
glikolīze;
-
citronskābes cikls;
-
taukskābju oksidācija;
-
mitohondriju enerģijas ražošana.
Turklāt sirtuīni izmanto NAD⁺ fermentatīvās reakcijās, kuras tiek pētītas saistībā ar metabolisko pielāgošanos.
Lai gan NAD⁺ ir bioloģiski būtisks, metabolisko elastību nosaka plašs mitohondriju, hormonu, enzīmu un dzīvesveida faktoru tīkls.
Lai noteiktu, cik lielā mērā NAD⁺ metabolisma izmaiņas ietekmē metabolisko elastību, ir nepieciešami plašāki pētījumi ar cilvēkiem.
Kopsavilkums
NAD⁺:
-
atbalsta glikozes metabolismu;
-
spēlē lomu taukskābju oksidācijā;
-
pārvadā elektronus enerģijas ražošanas laikā;
-
ir saistīts ar NAD⁺/NADH redoksu līdzsvaru;
-
atbalsta mitohondriju ATP veidošanos;
-
izmanto SIRT1 un SIRT3;
-
tiek pētīts saistībā ar metabolisko elastību;
-
veido vienu daļu no plaša metaboliskā tīkla.
Saistītie iekšējie emuāra raksti:
-
NAD⁺ un mitohondriju enerģija
-
NAD⁺ un sirtuīni
-
MOTS-c un metaboliskā signalizācija
-
Mitohondriji un taukskābju oksidācija
-
Metaboliskā elastība un enerģijas patēriņš
Ieteikumi iekšējām saitēm:
Šajā emuāra rakstā ievietojiet saites uz “NAD⁺ un mitohondriju enerģija” un “NAD⁺ un sirtuīni”. No NAD⁺ 500 mg produkta lapas ievietojiet iekšējo saiti uz šo padziļināto materiālu.