Warum verwenden Gehirnzellen Shuttles, die Elektronen von NADH zu FAD weiterleiten?

Gehirnzellen sind Zellen, die eine der höchsten Energiemengen aller Körperzellen benötigen. Warum verwenden sie also ein Shuttle, das Elektronen von NADH, das in der Glykolyse produziert wird, auf FAD überträgt (und dadurch die Menge an ATP reduziert, die hergestellt werden kann)?

Nein das passiert nicht. Bist du dir sicher ?
@WYSIWYG sie hat recht. Ihre Frage bezieht sich auf den Glycerolphosphat-Shuttle, der in Gehirn- und Muskelzellen prominenter ist als der Malat-Asparat-Shuttle.
@SatwikPasani.. Tut mir leid, ich wusste nichts davon, also danke, dass du es mich wissen lässt. Ich habe eine kurze Überprüfung durchgeführt und konnte nur diesen Artikel über G3P-Shuttle und Gehirn finden; Ich konnte im Moment nicht darauf zugreifen, aber die Zusammenfassung besagt, dass das G3P-Shuttle in Neuronen minimal und in Astrozyten fast null ist.
@WYSIWYG Tatsächlich ist, wie bereits in der von Ihnen zitierten Referenzzusammenfassung erwähnt, nicht sehr klar, wie die Verteilung dieser Shuttles aussieht. Der Auszug bezieht sich jedoch nur auf pharmazeutische Bestimmungsstudien. Frühere biochemische Studien zeigten eine hohe G3P-Shuttle-Prominenz in Muskeln und neuronalem Gewebe, waren aber immer Gegenstand aktiver Kontroversen. Meine Informationen waren älter, aber Ihre Referenz ist ziemlich neu und hat das Problem möglicherweise gelöst, aber für mich ist es hinter einer Paywall.
Ich habe mir die Zusammenfassung von WYSIWYG angesehen und sie erklärt nicht das Hauptanliegen des Posters, nämlich dass das Bewegen eines Hydrids über NAD eine andere Energieausbeute hat als das Bewegen eines über FAD. Wird es nicht irrelevant sein, ob das Reduktionsäquivalent über den Glycerinphosphat-Shuttle im Vergleich zum Malat-Aspartat-Shuttle in das Mitochondrium gelangt?

Antworten (2)

In Ermangelung eines einstimmigen Konsenses und fehlender Quellen bezüglich der tatsächlichen Verteilung dieser Shuttles (Wikipedia favorisiert die Häufigkeit von G3P-Shuttles) lassen Sie mich versuchen, die Ursache zu erklären, wenn angenommen wird, dass das Glycerin-Phosphat-Shuttle in Gehirnzellen eine herausragende Rolle spielt. Mehrere mögliche Gründe können dazu führen:-

1) Die bestehenden Stoffwechselwege sind alle miteinander verflochten, um ein komplexes Stoffwechselnetz zu bilden. Dies bedeutet, dass die Zwischenprodukte eines beliebigen Weges ausnahmslos die Produkte oder Zwischenprodukte mehrerer anderer Wege sind. Daher benötigen die G3P-Shuttles Glycerol-Phosphat und Glycerol-Phosphat-Dehydrogenase (I und II), die aufgrund ihrer Verwendung bei der strengen Kontrolle des Lipidstoffwechsels im Nervengewebe von Natur aus im Gehirn reichlich vorhanden sein könnten. Dies bedeutet, dass das Anzapfen des bereits hohen G3P zur Verwendung als Shuttle im Vergleich zur Synthese und zum Betrieb eines eigenständigen metabolischen Shuttles rentabler ist. Darüber hinaus sind für den Betrieb des Malat-Aspartat-Shuttles möglicherweise Zwischenprodukte erforderlich, deren hohe Konzentrationen (erforderlich, um das Shuttle aufrechtzuerhalten) bestehende Stoffwechselwege wie Proteinsynthese und -regulierung negativ beeinflussen könnten.

2) Dieses Shuttle hat eine viel schnellere Betriebszeit als das Malat-Aspartat-Shuttle und ist daher sehr nützlich beim schnellen Shuttlen von reduzierenden Äquivalenten in Muskeln und Gehirn. Im Vergleich zum Malat-Aspartat-Shuttle ist es kürzer und daher schneller und weniger anfällig für Unterbrechungen aufgrund nicht verfügbarer Zwischenprodukte oder enzymatischer Störungen. Da mehrere Enzyme im Malat-Aspartat-Shuttle arbeiten, hat es engere pH- und Temperaturoptima als das G3P-Shuttle, das kürzer ist und von weniger Zwischenprodukten abhängt und daher weniger anfällig für Störungen ist.

3) Der letzte und am weitesten hergeholte (aber relevante) Grund ist, dass der Verlust von einem ATP aufgrund der bereits hohen Atemfrequenz, der hohen Sauerstoffzufuhr zum Gehirn und der Fähigkeit des Körpers, schnell verfügbar zu übertragen, möglicherweise kein großes Problem darstellt Energiequellen zum Gehirn auf Kosten anderer Teile, in Zeiten von Energiestress. Das bedeutet, dass das Ersetzen des Shuttles durch ein energetisch konservierendes Shuttle möglicherweise keine starke treibende Kraft für die Evolution hat, und daher kann das Vorhandensein von G3P auf so etwas wie phylogenetische Trägheit zurückzuführen sein, dh das Vorherrschen eines Ahnencharakters weil es neutral ist und die Fitness nicht wesentlich beeinflusst. Deshalb,

Abgesehen von dem letzten unverschämt weit hergeholten Grund sollten alle anderen Gründe ausreichen, um seine prominente Präsenz (wenn es wahr ist) im Gehirngewebe zu erklären.

Mit Blick auf diese Frage, die nach fünf Jahren wieder aufgetaucht ist, war ich von keiner der in der Antwort von @stochastic13 vorgeschlagenen Möglichkeiten wirklich überzeugt, obwohl es ein lobenswerter Versuch ist. Zufällig habe ich gerade den Abschnitt über diese Shuttles in Berg, Tymozcko und Stryer konsultiert, wo Folgendes geschrieben steht:

Wenn zytosolisches NADH, das vom Glycerol-3-Phosphat-Shuttle transportiert wird, von der Atmungskette oxidiert wird, werden 1,5 statt 2,5 ATP gebildet. Die Ausbeute ist geringer, weil FAD statt NAD + der Elektronenakzeptor in der mitochondrialen Glycerol-3-Phosphat-Dehydrogenase ist. Die Verwendung von FAD ermöglicht den Transport von Elektronen aus zytosolischem NADH in die Mitochondrien gegen einen NADH-Konzentrationsgradienten. Der Preis für diesen Transport ist ein Molekül ATP pro zwei Elektronen. Dieses Glycerol-3-Phosphat-Shuttle ist besonders im Muskel vorhanden und ermöglicht es ihm, eine sehr hohe Rate an oxidativer Phosphorylierung aufrechtzuerhalten.

Ich weiß wenig über den Gehirnstoffwechsel, aber wenn der Energiebedarf im Gehirn höher ist als in anderen Geweben (wie in der Frage angegeben), dann scheint das Obige die Erklärung zu liefern: die größere Produktion von ATP durch oxidative Phosphorylierung, die beim Eintritt von NADH möglich ist in die Mitochondrien unabhängig von seiner internen Konzentration den ATP-Preis dieses Eintrags mehr als ausgleicht.

Warum verwenden Gehirnzellen Shuttles, die Elektronen von NADH zu FAD weiterleiten?
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