Neverovatno otkriće o pticama: Crvena krvna zrnca pretvaraju „otpad“ u ćelijsko gorivo za brži oporavak

Novo istraživanje otkriva da ptice mogu da koriste laktat, često smatran metaboličkim otpadnim proizvodom, kao ćelijsko gorivo koje pomaže u brzom oporavku od štetnog stanja koje narušava dopremanje kiseonika.

Hemoglobin, protein koji prenosi kiseonik do naših tkiva, prirodno se pretvara u methemoglobin, što ograničava kapacitet krvi za prenos kiseonika. Ovo istraživanje pokazuje kako crvena krvna zrnca (eritrociti) ptica mogu da koriste laktat da brzo povrate funkciju krvi, i to čine bolje od sisara jer poseduju mitohondrije, „energetske centrale ćelije“, nešto što zreli eritrociti sisara nemaju, piše EurekAlert!

Preporučujemo

Široko je rasprostranjeno mišljenje da su sisari izgubili mitohondrije i jedra iz eritrocita kako bi povećali efikasnost dopremanja kiseonika. Međutim, ptice i drugi kičmenjaci koji nisu sisari zadržali su ove organele.

- Ovo postavlja važno pitanje: kakve koristi ili troškove donosi gubitak mitohondrija? – rekla je Ji Jang, doktorantkinja na Univerzitetu u Oklandu na Novom Zelandu.

Ptice imaju neverovatno visoke energetske potrebe u poređenju sa sisarima, a njihova anatomija i fiziologija su evoluirale tako da efikasnije koriste kiseonik. Jangova i njen tim želeli su da istraže ulogu mitohondrija u tome kako eritrociti ptica reaguju na oksidativni stres koji oštećuje hemoglobin i da ispitaju goriva koja bi se mogla koristiti za popravku oštećenih eritrocita. Od nekoliko mogućih metabolita, laktat se pokazao kao ključan u pomaganju da se methemoglobin vrati u oblik hemoglobina.

Tradicionalno se smatralo da je laktat otpadni proizvod anaerobnog metabolizma tokom fizičke aktivnosti visokog intenziteta, ali se sve više prepoznaje kao važan signalni molekul. Sam laktat može delovati kao antioksidans, ali on takođe sadrži energiju i može da generiše NADH – molekul koji se koristi u mnogim procesima, uključujući obnavljanje antioksidativnih sistema i vraćanje funkcije hemoglobina.

Ovo istraživanje, predstavljeno na konferenciji Društva za eksperimentalnu biologiju u Firenci, u Italiji, pokazuje kako eritrociti ptica koriste laktat za održavanje zdravog ćelijskog metabolizma.

- Naša studija pokazuje da laktat pomaže u zaštiti hemoglobina u ptičjim eritrocitima koristeći metabolizam mitohondrija – rekla je Jang. - Pošto zrelim eritrocitima sisara nedostaju mitohondrije, oni nisu u stanju da u potpunosti iskoriste ovaj put.

Laktat dehidrogenaza (LDH) može iskoristiti laktat za stvaranje NADH i piruvata. NADH se zatim koristi za pretvaranje štetnog methemoglobina nazad u korisni hemoglobin, ali piruvat mora biti uklonjen ili se reakcija zaustavlja.

- Ptice, međutim, mogu da oksiduju i uklone nastali piruvat, što pomaže u održavanju proizvodnje NADH i očuvanju hemoglobina u njegovom funkcionalnom stanju - objašnjava Jangova.

Da bi procenili razlike u upravljanju laktatom kod eritrocita ptica i sisara, Jangova i njen tim merili su aktivnosti i tipove LDH kod kokošaka (Gallus gallus domesticus) i pacova (Rattus norvegicus). Takođe su merili koliko kiseonika eritrociti troše unutar kontrolisane komore, u koju su dodavali različita metabolička goriva poput laktata i glukoze. Tim je zatim podvrgao eritrocite oksidativnim izazovima koji podstiču pretvaranje hemoglobina u methemoglobin.

Otkrili su da je laktat omogućio eritrocitima kokoške da povrate hemoglobin iz methemoglobina tri puta brže nego što su to mogli eritrociti pacova. Dodavanje laktata povećalo je vidljivu potrošnju kiseonika i kod ptičjih i kod pacovskih eritrocita, ali je odgovor bio znatno veći kod ptica. Delom je to bilo zbog ponovnog formiranja funkcionalnog kiseonika vezanog za hemoglobin, a delom zbog toga što su mitohondrije počele da oksiduju piruvat.

Osim toga, eritrociti kokošaka eksprimiraju oblik LDH koji se tipično nalazi u srcu, dok pacovi eksprimiraju oblik povezan sa skeletnim mišićima. LDH srčanog tipa bolje funkcioniše u pretvaranju laktata u piruvat.

Najiznenađujuće otkriće ovog istraživanja je da mitohondrije u ptičjim eritrocitima podržavaju uklanjanje methemoglobina.

- Na prvi pogled, zadržavanje mitohondrija moglo bi izgledati rizično za eritrocite ptica jer mitohondrije čine ćelije većim, što može uticati na dopremanje kiseonika – rekla je Jangova. - Međutim, naši nalazi pokazuju da mitohondrije pomažu u redukciji methemoglobina tako što troše piruvat.

Iako su radovi iz 1970-ih nagoveštavali upotrebu laktata u eritrocitima koji sadrže mitohondrije, ovo je prvi put da su otkriveni mitohondrijalni mehanizmi koji stoje iza ovih procesa u ptičjim eritrocitima u cilju zaštite zaliha kiseonika.

(Telegraf Nauka/EurekAlert!)