Termogeneza

Maščobno tkivo je sestavina opornih tkiv, zlasti rahlega veziva, lahko pa nastopa kot samostojno tkivo. Vsebuje celice, ki so specializirane za shranjevanje maščobe t.i. adipocite. V citoplazmi adipocitov so maščobe (lipidi) shranjeni v obliki majhnih kapljic, kar ji daje vakuolast videz. Maščobno tkivo ni le inaktivna energijska rezerva, pač pa je udeleženo v stalnih metabolnih procesih. Prav zato ima bogato žilno oskrbo. Hitrost odlaganja in prevzemanja maščobe v tkivu je določena z vnosom hrane in porabo energije, v metabolizmu maščob pa so vključeni tudi hormoni in simpatično živčevje.

Maščobno tkivo se deli na belo in rjavo (slika 1). Slednjega najdemo pri novorojenčkih in hibernirajočih živalih. Ima pomembno vlogo pri regulaciji telesne temperature. Pri odraslih ga najdemo le majhne količine okoli nadledvičnih žlez in velikih krvnih žil. Rjavo maščevje je rjave barve zaradi kombinacije zeleno obarvanih mitohondrijev in rdečega hemoglobina v izdatni zalogi krvi.

Termogeneza je proces proizvodnje toplote v rjavem maščobnem tkivu (slika 2). Nalogo koordinacije informacij o telesni temperaturi, o stopnji hranil, ter o energijskih rezervah telesa ima ventromedialni hipotalamusni nukleus (VMN) v možganih. VMN zazna padec telesne temperature in pošlje signalne molekule (noradrenalin) do adipocitov rjavega maščevja. Nevrotransmiter noradrenalin se poveže z membranskimi β3 adrenergičnimi receptorji, kar sproži aktivacijo adenilat ciklaze. Adenilat ciklaza katalizira ciklizacijo ATP do cilkičnega AMP, ki aktivira protein kinazo A (slika 3). Protein kinaza A aktivira lipazo, ki katalizira hidrolizo trigliceridov do nasičenih maščobnih kislin. Te so posredni substrat termogeneze in regulatorji aktivnosti termogenina. Termogenin je integralni membranski razklopitveni protein (slika 2). Nahaja se v notranji mitohondrijski membrani in ima dve 33 kDa težki podenoti. Podoben je ATP - ADP translokazi. Maščobne kisline se nadalje oksidirajo do acetil koencima A, ki vstopi v citratni ciklus. Dehidrogenaze citratnega ciklusa prenesejo elektrone iz acetil koencima A na koencima NAD+ in FAD, ki se reducirata do NADH in FADH2. Celica vsebuje omejeno število teh koencimov, zato je za normalno delovanje metabolizma potrebna reoksidacija teh dveh molekul. To poteče tako, da NADH in FADH2 oddata elektrone končnemu akceptorju elektronov, kisiku. Energija, ki se pri tem sprosti se porabi za fosforilacijo ADP v ATP. Pri termogenezi pa sta ta dva procesa razklopljena. Razklop omogoča tarmogenin. Ko NADH in FADH2 oddata elektrone v verigo za prenos elektronov, se protoni črpajo iz mitohondrijskega matriksa v medmembranski prostor. Pri vračanju pa protoni potujejo skozi termogenin. Termogenin veže ADP in onemogoči njegovo fosforilacijo do ATP. Tako se energija nakopičena v protonskem gradientu sprosti kot toplota.

Termogeneza poteka ob posebnih fizioloških okoliščinah:

• Pri zimskem spanju živali. V rjavem maščevju hibernirajočih živali ves čas prezimovanja izgoreva maščoba iz belega maščevja. To jim zagotovi dovolj toplote, da čez zimo ne zmrznejo.

• Pri prilagoditvah na mraz. Pri izpostavljenosti nizkim temperaturam telo potrebuje toploto za ohranjanje telesne temperature.

• Rjavo maščevje pri novorojenčkih (na splošno pri vseh sesalčjih mladičih) zavzema 5 % telesne mase, kar preprečuje podhladitve.

• Takoj po hranjenju. Pri tem se porablja energija, ki pride direktno iz hrane in ne iz zalog v belem maščobnem tkivu.

Termogeneza je regulirana na več načinov:

• Toplotna regulacija termogeneze. Gre za proizvajanje toplote za ohranjanje telesne temperature. Deli se na 2 tipa:

• Toplotna regulacija z drgetanjem mišic.

• Toplotna regulacija brez drgetanja mišic, imenovana tudi metabolna regulacija termogeneze. Gre za izkoriščanje presežnega vnosa hrane.

• Termogeneza regulirana z mišičnim delom. Gre za proizvajanje toplote pri fizični aktivnosti.

Termogeneza sesalcem omogoča preživetje in telesno aktivnost v obdobjih mraza, preživetje ob stresnem rojstvu, ter preživetje ob prehrani z nizko vsebnostjo osnovnih hranih, kot so proteini. To sesalcem daje prednost pred ostalimi vrstami v boju za preživetje.

Slika 1: Rjavo in belo maščobno tkivo

Slika 2: Termogenin in proizvodnja toplote

Slika 3: Mehanizem termogeneze