Янтарная кислота, участвующая в обмене веществ, способна не только помогать клеткам получать энергию, но и нарушать работу их внутренних «электростанций». Российские ученые выяснили, как это происходит, и обнаружили вещества, способные ослабить опасный эффект. Иллюстрация создана алгоритмом ChatGPT.
У клеток есть собственные энергетические станции — митохондрии. Они снабжают организм энергией, без которой не обходятся ни работа органов, ни поддержание жизненно важных процессов. Но в определенных условиях система может дать сбой. Российские ученые установили, какую роль в этом играет янтарная кислота, и нашли соединения, способные ослаблять негативный эффект.
Исследование выполнили специалисты Марийского государственного университета при поддержке Российского научного фонда. Его результаты опубликованы в Journal of Bioenergetics and Biomembranes.
Янтарная кислота — естественный участник клеточного обмена веществ. Однако при недостатке кислорода, например при ишемии, она может накапливаться в тканях. Когда кровоснабжение восстанавливается, избыток этого соединения начинает активно перерабатываться митохондриями. В результате может запускаться обратное движение электронов в дыхательной цепи — процесс, который способствует образованию активных форм кислорода.
Именно здесь возникает проблема: эти химически активные соединения способны повреждать клеточные структуры. Получается парадокс: восстановление поступления кислорода само по себе еще не гарантирует, что ткани избегут дополнительного ущерба.
Проблема весьма актуальна, поскольку янтарную кислоту используют в пищевой промышленности как подкислитель, в сельском хозяйстве — как стимулятор роста, в медицине и косметологии — как метаболическое средство. В инструкциях к препаратам на основе янтарной кислоты указывались побочные эффекты приема, но причины возникновения «побочек» были до конца не ясны.
Янтарную кислоту впервые выделил великий немецкий химик Георг Агрикола в 1550 году в процессе перегонки янтаря. Сегодня ее получают из нефти или путем бактериального биосинтеза. Янтарная кислота — один из ведущих платформенных химикатов промышленного и лабораторного органического синтеза.Эксперимент на митохондриях показал неожиданный эффект
Чтобы разобраться в происходящем, исследователи изучили митохондрии, выделенные из печени крыс. Выбор не случаен: печень чувствительна к кислородному голоданию, а при ишемии в ее клетках может существенно увеличиваться содержание янтарной кислоты.
В лаборатории ученые сравнили работу митохондрий в разных условиях. В частности, они проверили, как органеллы перерабатывают глутаминовую и яблочную кислоты — вещества, участвующие в энергетическом обмене, — и что меняется при добавлении янтарной кислоты.
Результат оказался показательным. При ее присутствии митохондрии хуже окисляли оба соединения. При этом образование перекиси водорода, относящейся к активным формам кислорода, увеличивалось.
Эффект наблюдался при концентрациях янтарной кислоты, характерных для ишемии. Это помогло ученым связать ее накопление не только с изменениями обмена веществ, но и с усилением окислительного стресса — состояния, при котором активные соединения могут повреждать клетку.
Команда химиков Марийского государственного университета.Как вернуть клеточным электростанциям нормальный режим
После выяснения механизма исследователи проверили, можно ли ослабить нежелательную реакцию. Для этого они использовали природные желчные и жирные кислоты. В эксперименте эти вещества подавляли обратный перенос электронов, помогали восстановить окисление глутаминовой и яблочной кислот и уменьшали образование перекиси водорода.
При исследованных концентрациях соединения не вызывали повреждения митохондрий. Сходный эффект показало и синтетическое химическое соединение, рассматриваемое как потенциальная основа для лекарственных средств против заболеваний, связанных с нарушением работы митохондрий.
В перспективе результаты могут помочь в разработке способов защиты тканей после кислородного голодания. Это особенно актуально для состояний, при которых повреждение клеток связано с нарушением кровоснабжения, в том числе при сердечно-сосудистых заболеваниях. Еще одно возможное направление — патологии печени и некоторые нейродегенеративные заболевания.
Впрочем, до готового лекарства пока далеко. Ученые работали с митохондриями, выделенными из печени грызунов, а не проверяли лечение на пациентах или хотя бы на человеческих клетках. Следующий шаг — выяснить, проявляется ли защитное действие изученных соединений в митохондриях других органов и тканей.
О том, как митохондрии одноклеточных патогенных микроорганизмов стали мишенью инновационной противопаразитарной терапии, мы рассказали здесь.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
