NAD⁺ en metabole flexibiliteit: glucose en vetverbranding

NAD⁺ in metabolična prilagodljivost: presnova glukoze in maščob

Uvod

Človeško telo nenehno porablja energijo. Tudi v mirovanju potekajo od energije odvisni procesi, vključno z dihanjem, krvnim obtokom, možgansko dejavnostjo, uravnavanjem temperature in vzdrževanjem celic.

Potrebe po energiji pa se nenehno spreminjajo. Po obroku so na voljo drugi viri energije kot med postenjem. Med intenzivno telesno dejavnostjo mišice uporabljajo druge presnovne poti kot med dolgotrajno dejavnostjo nizke intenzivnosti.

Sposobnost učinkovitega preklapljanja med različnimi viri energije se imenuje presnovna prožnost.

Pomembna molekula v teh procesih je nikotinamid-adenin-dinukleotid, bolj znan kot NAD⁺.

NAD⁺ podpira prenos elektronov med razgradnjo glukoze, maščobnih kislin in aminokislin. Zato ima osrednjo vlogo pri proizvodnji celične energije.

Raziskovalci preučujejo, kako je presnova NAD⁺ povezana z:

  • delovanje mitohondrijev;

  • oksidacija glukoze;

  • oksidacija maščobnih kislin;

  • občutljivost na inzulin;

  • telesna dejavnost;

  • presnovna prilagoditev.

V tem članku obravnavamo, kaj je presnovna prožnost, kako celice preklapljajo med viri energije in kakšno vlogo ima pri tem NAD⁺.

Kaj je presnovna prožnost?

Presnovna prožnost je sposobnost celic in tkiv, da uporabo goriv prilagodijo okoliščinam.

Pomembni viri energije so:

  • glukoza;

  • maščobne kisline;

  • aminokisline;

  • ketonska telesa.

Po obroku, bogatem z ogljikovimi hidrati, se razpoložljivost glukoze poveča.

Hormon inzulin nato med drugim spodbuja:

  • privzem glukoze;

  • shranjevanje glikogena;

  • uporaba glukoze kot vira energije;

  • shranjevanje presežne energije.

Med postenjem se razpoložljivost glukoze zmanjša.

Telo lahko takrat bolj izkorišča:

  • shranjene maščobne kisline;

  • jetrni glikogen;

  • ketonska telesa;

  • glukoneogeneza.

Presnovno prožen sistem lahko razmeroma učinkovito preklaplja med temi pogoji.

Kaj je presnovna neprožnost?

Presnovna neprožnost pomeni, da je sposobnost prilagajanja porabe energije zmanjšana.

To se preučuje v povezavi z:

  • inzulinska rezistenca;

  • debelost;

  • presnovni sindrom;

  • telesna nedejavnost;

  • mitohondrijske spremembe;

  • starostne presnovne spremembe.

Presnovna neprožnost ni samostojna bolezen.

Gre za fiziološki koncept, ki ga raziskovalci uporabljajo za opisovanje sprememb v uporabi goriv.

Zmanjšana prožnost lahko na primer pomeni, da mišice manj učinkovito preklapljajo med oksidacijo maščobnih kislin in glukoze.

Vloga NAD⁺ pri energijski presnovi

NAD⁺ je koencim, prisoten v skoraj vseh človeških celicah.

Pojavlja se predvsem v dveh oblikah:

  • NAD⁺: oksidirana oblika;

  • NADH: reducirana oblika.

Med razgradnjo hranil NAD⁺ sprejema elektrone.

Zaradi tega se NAD⁺ pretvori v NADH.

NADH te elektrone prenaša v elektronsko transportno verigo v mitohondrijih.

Energija iz elektronov se uporablja za proizvodnjo ATP.

ATP je glavni neposredno uporabni nosilec energije v celici.

NAD⁺ tako tvori ključno povezavo med:

hranila → prenos elektronov → mitohondriji → ATP

NAD⁺ in presnova glukoze

Glukoza se lahko v več korakih pretvori v energijo.

Prva pomembna pot je glikoliza.

Med glikolizo se glukoza razgradi v piruvat.

Del tega procesa je odvisen od NAD⁺.

NAD⁺ sprejme elektrone in se pretvori v NADH.

Ko je na voljo dovolj kisika in mitohondrijske zmogljivosti, se lahko piruvat pretvori v acetil-CoA.

Acetil-CoA nato vstopi v citratni cikel.

Med citratnim ciklom nastane več molekul NADH.

Ti dovajajo elektrone v mitohondrijsko elektronsko transportno verigo.

NAD⁺ tako podpira več faz proizvodnje energije iz glukoze.

NAD⁺ in oksidacija maščobnih kislin

Maščobne kisline so pomemben vir energije.

Zlasti med počitkom, postenjem in dolgotrajno vadbo se lahko delež oksidacije maščobnih kislin poveča.

Maščobne kisline se v mitohondrijih razgrajujejo z beta-oksidacijo.

Med to potjo med drugim nastanejo:

  • acetil-CoA;

  • NADH;

  • FADH₂.

Acetil-CoA lahko vstopi v citratni cikel.

NADH in FADH₂ dovajata elektrone v elektronsko transportno verigo.

Tudi pri oksidaciji maščobnih kislin je razpoložljivost oksidiranih kofaktorjev pomembna.

Ko NAD⁺ sprejme elektrone, nastane NADH.

Mitohondriji morajo nato NADH ponovno oksidirati v NAD⁺.

S tem presnovni cikel še naprej deluje.

Razmerje NAD⁺/NADH

Razmerje med NAD⁺ in NADH se imenuje celično redoks razmerje.

Na to razmerje lahko vplivajo:

  • aktivnost presnovnih encimov;

  • oksidacija glukoze;

  • oksidacija maščobnih kislin;

  • tvorba laktata;

  • mitohondrijska proizvodnja energije.

Velika količina NADH pomeni, da je na voljo veliko elektronov.

Elektronska transportna veriga mora te elektrone predelati.

Ko je oksidacijska zmogljivost omejena, se lahko razmerje med NAD⁺ in NADH spremeni.

Celice imajo različne mehanizme za uravnavanje redoks ravnovesja.

Optimalno razmerje se razlikuje med:

  • citoplazma;

  • mitohondriji;

  • vrsta celice;

  • presnovno stanje.

Mitohondriji in presnovna prožnost

Mitohondriji so ključni za oksidacijo glukoze in maščobnih kislin.

Dobro delovanje mitohondrijev podpira sposobnost prilagajanja proizvodnje energije.

Pomembni dejavniki so:

  • število mitohondrijev;

  • aktivnost mitohondrijskih encimov;

  • oskrba s kisikom;

  • zmogljivost prenosa elektronov;

  • mitohondrijska dinamika;

  • kakovost mitohondrijev.

Mitohondriji se lahko prilagodijo spremembam potreb po energiji.

Telesna vadba lahko na primer povzroči:

  • večja gostota mitohondrijev;

  • večja oksidativna zmogljivost;

  • izboljšana oksidacija maščobnih kislin;

  • učinkovitejša uporaba energije.

Te prilagoditve uravnava več signalnih poti.

Od NAD⁺ odvisni encimi so lahko del teh procesov.

NAD⁺ in SIRT1

SIRT1 je encim, odvisen od NAD⁺.

Preučuje se v povezavi z:

  • presnovna prilagoditev;

  • presnova glukoze;

  • presnova maščobnih kislin;

  • mitohondrijska biogeneza;

  • celični odziv na stres.

SIRT1 lahko vpliva na regulatorno beljakovino PGC-1α.

PGC-1α ima pomembno vlogo pri uravnavanju genov, povezanih z:

  • mitohondriji;

  • oksidacija maščobnih kislin;

  • oksidativna presnova;

  • prilagoditev telesni dejavnosti.

Zato obstaja možna raziskovalna pot:

NAD⁺ → SIRT1 → PGC-1α → presnovna prilagoditev

Ta pot je le en del večjega regulacijskega omrežja.

NAD⁺ in SIRT3

SIRT3 se nahaja predvsem v mitohondrijih.

Encim lahko vpliva na različne mitohondrijske beljakovine.

Preučevani procesi so:

  • oksidacija maščobnih kislin;

  • cikel citronske kisline;

  • prenos elektronov;

  • antioksidativne reakcije;

  • presnova energije.

SIRT3 uporablja NAD⁺ med encimskimi reakcijami.

Zato preučujejo, ali lahko spremembe v razpoložljivosti mitohondrijskega NAD⁺ vplivajo na aktivnost nekaterih presnovnih encimov.

Biološki učinki se verjetno razlikujejo glede na tkivo in presnovno stanje.

AMPK in presnovna prilagoditev

AMPK je kratica za z AMP aktivirano protein kinazo.

AMPK se včasih opisuje kot celični senzor energije.

Ko se razpoložljivost energije zmanjša, se lahko aktivira AMPK.

AMPK lahko spodbuja procese, ki omogočajo razpoložljivost energije.

Primeri so:

  • privzem glukoze;

  • oksidacija maščobnih kislin;

  • mitohondrijska prilagoditev.

Hkrati se lahko nekateri procesi, ki porabljajo energijo, začasno zmanjšajo.

AMPK in od NAD⁺ odvisne poti lahko vplivajo druga na drugo.

Te interakcije preučujejo v okviru presnovne biologije.

Inzulin in preklapljanje med gorivi

Inzulin ima pomembno vlogo pri uravnavanju porabe energije.

Po obroku se raven glukoze v krvi zviša.

Trebušna slinavka lahko nato izloči inzulin.

Inzulin med drugim spodbuja:

  • privzem glukoze v mišične in maščobne celice;

  • shranjevanje glikogena;

  • shranjevanje maščob;

  • zaviranje razgradnje maščob.

Med postenjem se raven inzulina zniža.

Zato se lahko razpoložljivost prostih maščobnih kislin poveča.

Zdrav presnovni sistem prilagaja uporabo goriva tem hormonskim spremembam.

Pri inzulinski odpornosti se lahko ta prilagoditev spremeni.

Presnovna prožnost v skeletnih mišicah

Skeletne mišice so pomembni porabniki glukoze in maščobnih kislin.

Med mirovanjem mišice uporabljajo razmeroma veliko maščobnih kislin.

Med intenzivno vadbo se uporaba ogljikovih hidratov poveča.

Na izbiro goriva vplivajo:

  • intenzivnost vadbe;

  • trajanje vadbe;

  • razpoložljivost kisika;

  • prehransko stanje;

  • zaloge glikogena;

  • mitohondrijska zmogljivost.

Trenirane mišice imajo pogosto večjo mitohondrijsko zmogljivost.

Zato lahko pri določenih ravneh telesne aktivnosti učinkoviteje uporabljajo maščobne kisline.

NAD⁺ podpira redoksreakcije, potrebne za oksidacijo glukoze in maščobnih kislin.

Presnovna prožnost med telesno dejavnostjo

Med telesno dejavnostjo se lahko potrebe po energiji močno povečajo.

Pri nizki do zmerni intenzivnosti lahko razmeroma velik delež energije izvira iz oksidacije maščobnih kislin.

Pri večji intenzivnosti se uporaba ogljikovih hidratov običajno poveča.

Ogljikovi hidrati lahko hitreje zagotovijo ATP, kadar so potrebe po energiji velike.

Vadba lahko povzroči različne prilagoditve:

  • povečanje števila mitohondrijev;

  • izboljšana izraba kisika;

  • večja zaloga glikogena;

  • večja dejavnost oksidativnih encimov;

  • spremembe v uporabi goriv.

Te prilagoditve povzroča mreža presnovnih signalov.

NAD⁺ je pri tem nujen biokemični kofaktor, vendar ni edini regulator.

Presnovna prožnost med postenjem

Med postenjem se razpoložljivost virov energije spreminja.

Zaloga glikogena v jetrih se postopoma zmanjšuje.

Razgradnja shranjene maščobe se lahko poveča.

Maščobne kisline postanejo na voljo različnim tkivom.

Jetra lahko v določenih okoliščinah proizvajajo ketonska telesca.

NAD⁺ in NADH sodelujeta pri več presnovnih reakcijah med temi spremembami.

Odziv na post se med posamezniki razlikuje.

Dejavniki so:

  • trajanje postenja;

  • starost;

  • mišična masa;

  • presnovno zdravje;

  • telesna dejavnost;

  • jemanje zdravil.

Dolgotrajno postenja ni primerno za vsakogar in lahko predstavlja zdravstvena tveganja.

NAD⁺ in s starostjo povezane presnovne spremembe

Med staranjem lahko pride do sprememb v:

  • mišična masa;

  • delovanje mitohondrijev;

  • občutljivost na inzulin;

  • telesna dejavnost;

  • porazdelitev maščobe;

  • presnovna regulacija.

Raziskave kažejo, da se lahko ravni NAD⁺ v določenih tkivih med staranjem spreminjajo.

Možni dejavniki so:

  • povečana dejavnost encimov, ki porabljajo NAD⁺;

  • spremembe v biosintezi NAD⁺;

  • kronično nizkointenzivno vnetje;

  • poškodbe DNK;

  • spremembe v delovanju mitohondrijev.

Še ni jasno, kolikšen je prispevek posameznega dejavnika k presnovni prožnosti pri ljudeh.

Kaj kažejo raziskave na ljudeh?

Študije na ljudeh preučujejo različne predhodnike NAD⁺.

Primeri so:

  • nikotinamid ribozid;

  • nikotinamid mononukleotid;

  • nikotinamid.

Nekatere raziskave kažejo spremembe v presnovkih, povezanih z NAD.

Učinki na presnovno prožnost so manj enoznačni.

Raziskani izidi so:

  • občutljivost na inzulin;

  • presnova glukoze;

  • delovanje mišic;

  • poraba energije;

  • oksidacija maščobnih kislin.

Rezultati se med raziskavami razlikujejo.

Potrebne so obsežnejše in dolgotrajnejše raziskave.

Ali lahko višja raven NAD⁺ obnovi presnovno prožnost?

To še ni bilo ugotovljeno.

Na presnovno prožnost vplivajo številni dejavniki.

Primeri so:

  • mitohondrijska zmogljivost;

  • mišična masa;

  • telesna dejavnost;

  • občutljivost na inzulin;

  • spanje;

  • prehrana;

  • starost;

  • hormonska regulacija.

NAD⁺ je bistven za energijski metabolizem, vendar predstavlja le en del tega obsežnega sistema.

Sprememba biomarkerjev, povezanih z NAD⁺, ne pomeni samodejno izboljšanja celotnega metabolizma.

Življenjski slog in presnovna prožnost

Redno gibanje je pomemben dejavnik presnovnega prilagajanja.

Proučevane strategije so:

  • vzdržljivostna vadba;

  • vadba za moč;

  • intervalna vadba;

  • vsakodnevna telesna dejavnost.

Vadba lahko vpliva na:

  • mišična masa;

  • mitohondrijska zmogljivost;

  • privzem glukoze;

  • oksidacija maščobnih kislin;

  • občutljivost za inzulin.

Na presnovno zdravje lahko vplivajo tudi spanje, prehrana in energijsko ravnovesje.

Nobena posamezna molekula ne more nadomestiti teh združenih dejavnikov.

Omejitve trenutnih raziskav

Veliko mehanističnega znanja izhaja iz:

  • raziskave na celicah;

  • živalski modeli;

  • biokemijske študije.

Ti modeli so dragoceni, vendar jih ni mogoče neposredno prenesti na klinične učinke pri ljudeh.

Poleg tega je presnova NAD⁺ specifična za posamezna tkiva.

Sprememba krvnih vrednosti ni nujno skladna s spremembami v:

  • mišičnem tkivu;

  • jetrih;

  • srcu;

  • možganih.

Dolgoročni podatki so še vedno omejeni.

Varnost in status raziskav

Spojine, povezane z NAD⁺, se proučujejo v okviru presnovnih znanosti.

Biološki učinki so lahko odvisni od:

  • uporabljena spojina;

  • koncentracija;

  • trajanje raziskave;

  • način uporabe;

  • starost;

  • zdravstveno stanje;

  • jemanje zdravil.

Raziskovalni izdelki niso namenjeni nadomeščanju medicinske diagnostike ali zdravljenja.

Ljudje s presnovnimi motnjami ali tisti, ki jemljejo zdravila, naj se o zdravstvenih odločitvah posvetujejo z usposobljenim zdravnikom.

Sklep

Presnovna prožnost opisuje sposobnost celic in tkiv, da učinkovito preklapljajo med različnimi viri energije.

Glukoza in maščobne kisline se razgrajujejo po različnih presnovnih poteh.

NAD⁺ ima pri tem osrednjo vlogo prenašalca elektronov.

Podpira:

  • glikoliza;

  • cikel citronske kisline;

  • oksidacija maščobnih kislin;

  • mitohondrijska proizvodnja energije.

Poleg tega sirtuini uporabljajo NAD⁺ za encimske reakcije, ki se proučujejo v povezavi s presnovnim prilagajanjem.

Čeprav je NAD⁺ biološko nujen, presnovno prožnost določajo obsežna mreža mitohondrijev, hormonov, encimov in dejavnikov življenjskega sloga.

Potrebnih je več raziskav na ljudeh, da bi ugotovili, v kolikšni meri spremembe v presnovi NAD⁺ vplivajo na presnovno prožnost.

Povzetek

NAD⁺:

  • podpira presnovo glukoze;

  • ima vlogo pri oksidaciji maščobnih kislin;

  • prenaša elektrone med proizvodnjo energije;

  • je povezan z ravnovesjem NAD⁺/NADH v redoks procesih;

  • podpira mitohondrijsko proizvodnjo ATP;

  • SIRT1 in SIRT3 ga uporabljata;

  • se proučuje v povezavi s presnovno prožnostjo;

  • je en del obsežne presnovne mreže.

Sorodni notranji članki:

  • NAD⁺ in mitohondrijska energija

  • NAD⁺ in sirtuini

  • MOTS-c in presnovno signaliziranje

  • Mitohondriji in oksidacija maščobnih kislin

  • Presnovna prožnost in poraba energije

Predlogi notranjih povezav:

Iz tega spletnega dnevnika povežite na NAD⁺ in mitohondrijsko energijo ter NAD⁺ in sirtuine. S strani izdelka NAD⁺ 500 mg dodajte notranjo povezavo do tega poglobljenega članka.

Nazaj na spletni dnevnik

Napišite komentar

Upoštevajte, da morajo biti komentarji pred objavo odobreni.