Istuv eluviis ja kõrge kalorisisaldusega toit tähendavad, et energiatarbimise ja -kulutamise tasakaal on inimestel tänapäeval üha enam paigast ära. Sellega kaasneb ainevahetushaiguste sagenemine, näiteks tuleb ette üha enam rasvumist ja diabeeti. 

TTÜ teadlaste tähelepanu püüdnud AMP-aktiveeritud kinaas (AMPK) on ensüüm, mis toimib lihaste n-ö energialülitina, reguleerides rakkude ainevahetust. Kui AMPK toitainete puudulikkuse tõttu tööle hakkab, ergutab see energia tootmiseks glükoosi omastamist ja lipiidide oksüdatsiooni. Samal ajal lülitab see välja n-ö energiat tarbivad protsessid, sealhulgas glükoosi ja lipiidide tootmise, et taastada energia tasakaal.

Teisisõnu kasutatakse ensüümi töölehakkamise tulemusel toidust saadud glükoosi ja rasvhappeid ATP (adenosiintrifosfaadi) tootmiseks. Nii jäävad need organismis glükogeeni ja rasvana talletamata. Seega on ensüümi aktiveerimine potentsiaalne terapeutiline sihtmärk ainevahetushaiguste raviks.

Adenosiintrifosfaat on n-ö universaalne energia talletaja ja ülekandja, mis osaleb kõigi rakkude ainevahetuses. Pikaajaliselt muudab AMPK ensüüm geenide avaldumist, suurendades ATP-d tootvate mitokondrite arvu.

Südamelihas põletab rohkem rasva kui säärelihas

Tallinna Tehnikaülikooli küberneetika instituudi süsteemibioloogia labori teadlased avastasid hiljuti, et AMPK aktivatsiooni ulatus ei ole kõigis lihastes ühesugune. "Meie keha skeletilihased on spetsialiseerunud vastavalt nende funktsioonile. Pidevat tööd tegevates lihastes, nagu südamelihas ja stabilisaatorlihased, mis hoiavad meid kogu päeva püsti, on rohkem mitokondreid, mis toodavad ATP-d lihaste tööks," märkisid artikli esiautorid, doktorant-nooremteadur Romain Bernasconi ja magistrant Kärol Soodla.

Süda ja skeletilihased moodustavad üheskoos 40–50 protsenti inimese kehamassist ning on inimkeha ühed peamised energiatarbijaid. Võrreldes nendega on intensiivseks tööks kohandunud lihased, näiteks hüppamisel kasutatavad jalalihased väsimusele vastuvõtlikumad (vt juuresolevat joonist).

"Nendes lihastes on vähem mitokondreid, kuid rohkem müofibrille, mis tagavad suurema jõu tootmise. Lihaste omadusi mõjutab teatud määral ka treening," nentis Bernasconi.

Uus uuring näitas, et kuigi kõik lihased toodavad peaaegu sama palju AMPK-d, on selle aktiivsus suurem südames ja stabilisaatorlihastes. Seega sõltub AMP-aktiveeritud kinaasi töö lihase funktsioonist. Pikaajalisemalt töötavad lihased on vastupidavamad ning nendes on AMPK aktivatsioon suurem. Sellega tagatakse glükoosi ja rasvhapete omastamine ning säilitatakse suurem mitokondrite arv ning võime toota ATP-d.

Uuringud jätkuvad

On teada, et AMP-aktiveeritud kinaasi tööd ergutavad ravimid suudavad ennetada rasvumist hiirtel, kellel esineb diabeet või kelle toidulaud koosneb rasvarikkast toidust. Siiski pole kõik AMPK aktivatsiooni mehhanismid rakutasandil veel täiesti selged, mistõttu jätkub nende põhjalik uurimine.

Uuringu tulemused näitasid, et erinev AMPK aktivatsioon ei olnud seotud selle peamise aktivaatori, maksa kinaasi B1 (LKB1) avaldumisega. Samuti viitavad varasemad teadusuuringud, et see ei sõltu ka adenosiinmonofosfaadi (AMP) üldise tasemega.

Üks võimalik selgitus, miks hakkab AMP-aktiveeritud kinaas südames ja stabilisaatorlihastes rohkem tööle, on rakusisene keskkond, mis pole kõikjal samasugune. Lihasrakud sisaldavad erinevaid struktuure, mis jaotavad raku väiksemateks osadeks. Seega erinevad struktuurid lihasrakkudes aitavad moodustada piirkondi, kus adenosiinmonofosfaadi kontsentratsioon eristub keskmisest.

Võib arvata, et südames ja stabilisaatorlihastes on AMPK aktivatsioon suurem, kuna AMP-aktiveeritud kinaas paikneb nendes piirkondades, kus adenosiinmonofosfaadi kontsentratsioon on keskmisest kõrgem. Selle kinnitamiseks on vaja täiendavaid uuringuid.

Uue uuringu tulemused toovad valgust varem alahinnatud keerukusele rakkude ainevahetuse regulatsioonis. Põhjalikum arusaam AMPK regulatsiooni mehhanismidest aitab luua teadusliku aluse, millele saavad tugineda hilisemad rakendusuuringud.

Uuring avaldati hiljuti ajakirjas American Journal of Physiology (Endocrinology and Metabolism). Töö autorid on Tallinna Tehnikaülikooli teadlased Romain Bernasconi, Kärol Soodla, Alex Sirp, Kairit Zovo, Maria Kuhtinskaja, Tiit Lukk, Marko Vendelin ja Rikke Birkedal.