Упражнения повышают выработку энергии в митохондриях

В митохондриях происходит синтез универсальной энергетической валюты клетки —аденозинтрифосфата (АТФ). Он образуется в результате передачи электронов по электрон-транспортной цепи (ЭТЦ), состоящей из четырех дыхательных комплексов (CI–CIV) и пятой АТФ-синтазы (CV). Строение ЭТЦ долго оставалось загадкой. Было предложено несколько моделей, в которой комплексы, составляющие ЭТЦ, расположены в мембране подвижно или, наоборот, статично. На данный момент ученые придерживаются динамичной модели, в которой комплексы могут существовать отдельно друг от друга и образовывать суперкомплексы в случае необходимости.

Ранее для изучения строения ЭТЦ использовали электрофорез в полиакриламидном геле (BN-PAGE) и специфичные антитела для связывания различных составляющих комплекса. Такой метод не позволяет изучать суперкомплекс в целом, только его отдельные части. В новой работе ученые, помимо BN-PAGE, использовали жидкостную хроматографию с тандемной масс-спектрометрией (LC-MS/MS), исследуя не только отдельные части комплекса, а комплекс в целом. В ходе эксперимента исследователи из Дании в течение 25 дней наблюдали за двумя группами мышей: одна группа имела доступ к тренировочному колесу, вторая — нет. Физические нагрузки способствуют увеличению митохондриального дыхания в скелетной мускулатуре, что позволяет изучать пластичность и образование суперкомплексов в митохондриях.

Исследователи показали, что у группы мышей, которая имела доступ к колесу, количество большинства белков митохондрий и окислительного фосфорилирования увеличилось. Неожиданно, уровни более трети белков не изменились, а значит, нарушилась стехиометрии отдельных респираторных субъединиц.

Изменения между нетренированными и тренированными мышами также заключались в реорганизации электрон-транспортной цепи. Во время тренировок увеличилось количество субъединиц комплексов CI, CIV и CV. Помимо этого, ученые отметили снижение количества митохондриального белка бета-лактамазы (Lactb). Активность гена Lactb положительно коррелирует с ожирением и диабетом 2 типа. Оверэкспрессия Lactb у генномодифицированных мышей увеличивает жировую массу.

Иногда возникают мутации, влияющие на субъединицы дыхательной цепи. Так, мутация mt-Nd1 у мышей нарушает сборку CI; это влияет на CIV и потерю функций митохондрии. Похожее нарушение в формировании CI также наблюдаются у пациентов с мутацией mt-Nd2.

Таким образом, тренировки влияют на количество субъединиц, участвующих в дыхательной цепи митохондрий, и снижают количество белка Lactb. Помимо этого, мутации, нарушающие строение одного из комплексов ЭТЦ, могут приводить к нарушению функций всей митохондрии.