Termogenina

Termogenina (UCP1 - ang. uncouple protein, rozsprzęgacz protonów) – białko występujące w wewnętrznej błonie mitochondriów tkanki tłuszczowej brunatnej, mające postać kanału jonowego przepuszczalnego dla jonów wodorowych.

Historia odkrycia

Białko UCP1 zostało odkryte w 1978 roku^[1], a w roku 1997 odkryto jej homolog - białko UCP2.

Pierwsze udane sklonowanie białka UCP1 odbyło się w 1988 roku^[2].

Molekularny mechanizm działania termogeniny

Termogenina wykorzystuje ten sam gradient protonów, który, według teorii chemiosomotycznej Mitchella, wykorzystuje syntaza ATP. Przejście protonów z przestrzeni międzybłonowej mitochondrium do macierzy mitochondrialnej przez ten kanał nie powoduje jednak powstania ATP, jak w procesie fosforylacji oksydacyjnej, lecz wytworzenie energii cieplnej. Podsumowując: komórki posiadające termogeninę wytwarzają więcej energii cieplnej kosztem spadku produkcji ATP^[3].

Termogenina jest fizycznym związkiem rozsprzęgającym, którego podawane in vivo sztuczne substytuty są dla komórek toksyczne. Antybiotyk oligomycyna całkowicie blokuje syntazę ATP, co powoduje potrzebę zwiększonej aktywności substancji rozsprzęgających (in vivo - tylko termogenina)^[4].

Dzięki swoim właściwościom rozsprzęgania protonów niweluje ona powstający na błonie mitochondrium potencjał elektrochemiczny^[5].

Charakterystyka czynnościowa i funkcjonalna termogeniny

Zwierzęta zapadające w sen zimowy wykorzystują termogeninę do podtrzymywania temperatury ciała przy zmniejszeniu przemiany materii do minimum.

U ludzi tkanka tłuszczowa brunatna zawierająca termogeninę pojawia się w ostatnich dwóch miesiącach życia płodowego i w rozwiniętej postaci można ją spotkać w okresie niemowlęctwa. W późniejszym okresie życia człowieka ulega inwolucji, a jej występowanie ogranicza się do tkanki podskórnej okolicy międzyłopatkowej i szyi, śródpiersia oraz okolic dużych tętnic brzusznych i nerek.

Schematyczne działanie termogeniny (produkcja ciepła) podczas lipolizy.

Termogenina została także odnaleziona w tzw. beżowej tkance tłuszczowej (ang. brite adipose tissue), co wiąże się z główną funkcją tejże tkanki - produkcją energii^[6].

Udowodniono także, że poziom tego białka w błonie wewnętrznej mitochondrium komórek żółtej tkanki tłuszczowej (ang. white adipose tissue) rośnie wraz z narażeniem tychże komórek na długotrwały wpływ niskiej temperatury. Ilość białka osiąga niemalże wtedy poziom, na jakim występuje w tkance beżowej^[6]. Udowodniono jednak, że synteza termogeniny w odpowiedzi na zimno nie trwa w nieskończoność - ilość kodującego to białko mRNA wraca do pierwotnego poziomu (tj. w temperaturze 28 °C) po ok. tygodniu nieprzerwanej ekspozycji na zimno^[7].

Równocześnie zaobserwowano zmniejszoną ekspresję białka UCP1 wraz z ekspozycją komórek tłuszczowych na wysoką temperaturę. Równocześnie zaobserwowano także spadek ekspresji leptyny, co m.in. hamuje glukoneogenezę i lipolizę, jednocześnie nasilając lipogenezę^[8][9].

Homologi UCP1

Termogenina posiada wiele poznanych homologów: UCP2, UCP3, UCP4, StUCP, BMCP1, AtUCP itd. Sumarycznie nazywa się je rozsprzęgaczami protonów^[10][11][12].

Białko UCP2 posiada podobne funkcje co UCP1, lecz występujące nie tylko w tkance tłuszczowej. Duże jej ilości odnaleziono m.in. w jelicie, śledzionie i płucach, a w mniejszych ilościach występuje także w macicy, natomiast odmiana UCP3 jest spotykana w mięśniach i brązowej tkance tłuszczowej. Pod względem sekwencji aminokwasów są to białka bardzo do siebie podobne^[10].

Natomiast białkiem StUCP nazywamy białko również pełniące funkcję rozsprzęgania protonów, jednak, występuje ona u roślin^[11]. Występują pewne podobieństwa molekularne do białek występujących w organizmach ssaków, jednak stUCP jest bardziej podobna (w sensie sekwencji nukleotydów) do UCP2^[13]. Jednak badania przeprowadzone na początku XXI wieku pokazały, że białek roślinnych o takiej funkcji jest więcej i zostały one potem nazwane wspólną nazwą pUCP (plant uncouple protein). Obecnie pod nazwą StUCP nazywa się odmianę wyizolowaną z pomidora, a odmianę AtUCP - odmianę wyizolowaną z rzodkiewnika pospolitego^[13]. Odmiana AtUCP jest wydzialana nie tylko w przypadkach oziębienia rośliny, lecz także w innych sytuacjach stresowych^[14].

Odmiana BMCP1 występuje natomiast w mózgu^[10].