RESUMO
Accumulation of fat in the tissues results from the balance between energy intake and expenditure. The thyroid hormones have long been known to be the main regulators of basal metabolism through its stimulation of oxygen consumption in cells. The discovery of brown adipose tissue (BAT) and its unique activity of heat production and dissipation through the action of uncoupling protein-1 (UCP1) during cold stress, showed the relevance of this tissue for energy expenditure in lower mammals. UCP1 is only expressed in BAT through the synergistic action of norepinephrine (NE) and thyroid hormones in animals exposed to cold and to a lesser degree after meals. The uncoupling protein-2 (UCP2) is found in many tissues and exerts dual effects: it protects cells function from damage caused by reactive oxygen species (ROS). On the other hand, the uncoupling induced by UCP2 in mitochondria of pancreatic beta cells decreases ATP synthesis and impairs insulin secretion in response to glucose. Hyperlipidemia also prevents insulin secretion through a similar pathway, leading to hyperglycemia. The uncoupling protein-3 is found mostly in skeletal muscle and BAT and its absence did not alter heat production or body temperature. This protein would export fatty acids ouside the mitochondrial matrix for combustion in tissues where fat is the main fuel. In humans, the uncoupling proteins may not play a leading role in energy regulation. However, intensive studies on these and other factors influencing energy expenditure, appetite and glucose metabolism are taken place worldwide and may soon provide more clues on the mechanisms regulating energy balance and their use in the prevention or treatment of human obesity and diabetes type 2.
Assuntos
Proteínas de Transporte/fisiologia , Diabetes Mellitus Tipo 2/metabolismo , Metabolismo Energético , Proteínas de Membrana/fisiologia , Obesidade/metabolismo , Animais , Diabetes Mellitus Tipo 2/terapia , Humanos , Canais Iônicos , Proteínas de Membrana Transportadoras/fisiologia , Proteínas Mitocondriais/fisiologia , Obesidade/terapia , Ratos , Glândula Tireoide/metabolismo , Proteína Desacopladora 1 , Proteína Desacopladora 2 , Proteína Desacopladora 3RESUMO
Accumulation of fat in the tissues results from the balance between energy intake and expenditure. The thyroid hormones have long been known to be the main regulators of basal metabolism through its stimulation of oxygen consumption in cells. The discovery of brown adipose tissue (BAT) and its unique activity of heat production and dissipation through the action of uncoupling protein-1 (UCP1) during cold stress, showed the relevance of this tissue for energy expenditure in lower mammals. UCP1 is only expressed in BAT through the synergistic action of norepinephrine (NE) and thyroid hormones in animals exposed to cold and to a lesser degree after meals. The uncoupling protein-2 (UCP2) is found in many tissues and exerts dual effects: it protects cells function from damage caused by reactive oxygen species (ROS). On the other hand, the uncoupling induced by UCP2 in mitochondria of pancreatic beta cells decreases ATP synthesis and impairs insulin secretion in response to glucose. Hyperlipidemia also prevents insulin secretion through a similar pathway, leading to hyperglycemia. The uncoupling protein-3 is found mostly in skeletal muscle and BAT and its absence did not alter heat production or body temperature. This protein would export fatty acids ouside the mitochondrial matrix for combustion in tissues where fat is the main fuel. In humans, the uncoupling proteins may not play a leading role in energy regulation. However, intensive studies on these and other factors influencing energy expenditure, appetite and glucose metabolism are taken place worldwide and may soon provide more clues on the mechanisms regulating energy balance and their use in the prevention or treatment of human obesity and diabetes type 2.
RESUMO
The effects of long-term cold exposure on muscle and liver mitochondrial oxygen consumption in hypothyroid and normal rats were examined. Thyroid ablation was performed after 8-wk acclimation to 4 degrees C. Hypothyroid and normal controls remained in the cold for an additional 8 wk. At the end of 16-wk cold exposure, all hypothyroid rats were alive and normothermic and had normal body weight. At ambient temperature (24 degrees C), thyroid ablation induced a 65% fall in muscle mitochondrial oxygen consumption, which was reversed by thyroxine but not by norepinephrine administration. After cold acclimation was reached, suppression of thyroid function reduced muscle mitochondrial respiration by 30%, but the hypothyroid values remained about threefold higher than those in hypothyroid muscle in the warm. Blockade of beta- and alpha1-adrenergic receptors in both hypothyroid and normal rats produced hypothermia in vivo and a fall in muscle, liver, and brown adipose tissue mitochondria respiration in vitro. In normal rats, cold acclimation enhanced muscle respiration by 35%, in liver 18%, and in brown adipose tissue 450% over values in the warm. The results demonstrate that thyroid hormones, in the presence of norepinephrine, are major determinants of thermogenic activity in muscle and liver of cold-acclimated rats. After thyroid ablation, cold-induced nonshivering thermogenesis replaced 3,5,3'-triiodothyronine-induced thermogenesis, and normal body temperature was maintained.
Assuntos
Temperatura Baixa , Hipotireoidismo/fisiopatologia , Mitocôndrias Hepáticas/metabolismo , Mitocôndrias Musculares/metabolismo , Consumo de Oxigênio , Tecido Adiposo Marrom/metabolismo , Antagonistas Adrenérgicos/farmacologia , Inibidores da Captação Adrenérgica/farmacologia , Animais , Peso Corporal , Combinação de Medicamentos , Feminino , Hipotireoidismo/metabolismo , Hipotireoidismo/patologia , Masculino , Mitocôndrias/metabolismo , Norepinefrina/farmacologia , Consumo de Oxigênio/efeitos dos fármacos , Prazosina/farmacologia , Propranolol/farmacologia , Ratos , Ratos Wistar , Reserpina/farmacologia , Temperatura , Termogênese/efeitos dos fármacosRESUMO
The effects of long-term cold exposure on brown adipose tissue (BAT) thermogenesis in hypothyroid rats have been examined. Thyroid ablation was performed in normal rats after 2 mo of exposure to 4 degrees C, when BAT hypertrophy and thermogenic activity were maximal. After ablation, hypothyroid and normal controls remained in the cold for 2 additional months. At the end of the 4-mo cold exposure, all untreated hypothyroid rats were alive, had normal body temperature, and had gained an average 12.8% more weight than normal controls. Long-term cold exposure of hypothyroid rats markedly increased BAT weight, mitochondrial proteins, uncoupling protein (UCP)-1, mRNA for UCP-1, and oxygen consumption to levels similar to those seen in cold-exposed normal rats. The results indicate that thyroid hormones are required for increased thermogenic capacity to occur as an adaptation to long-term cold exposure. However, cold adaptation can be maintained in the absence of thyroid hormone.
Assuntos
Aclimatação , Tecido Adiposo Marrom/fisiologia , Temperatura Baixa , Termogênese , Glândula Tireoide/fisiologia , Tecido Adiposo Marrom/fisiopatologia , Animais , Antitireóideos/farmacologia , Peso Corporal , Proteínas de Transporte/metabolismo , Feminino , Gliceraldeído-3-Fosfato Desidrogenases/metabolismo , Hipotireoidismo/metabolismo , Hipotireoidismo/fisiopatologia , Canais Iônicos , Isoenzimas/metabolismo , Masculino , Proteínas de Membrana/metabolismo , Metimazol/farmacologia , Mitocôndrias/metabolismo , Proteínas Mitocondriais , Consumo de Oxigênio , RNA Mensageiro/metabolismo , Ratos , Ratos Wistar , Glândula Tireoide/fisiopatologia , Fatores de Tempo , Proteína Desacopladora 1RESUMO
La grasa parda es el principal órgano de termogénesis hormono-dependiente (non-shivering thermogenesis) en mamíferos menores. Su función es producir y disipar calor rápidamente en respuesta al frío. Lo hace sintetizando una proteína, la termogenina o UCP1 (uncoupling protein1). Esta proteína está localizada en la membrana interna de la mitocondria y actúa como translocador del gradiente de protones derivados de las oxidaciones en la cadena respiratoria. Reemplaza a otro translocador, la ATP sintetasa y desacopla así oxidaciones de fosforilaciones. De esta manera, la energía que se utiliza para fosforilar ADP a ATP se disipa como calor. El proceso termogénico es regulado por el hipotálamo, que ante el estímulo del frío activa al sistema simpático y aumenta la secreción de norepinefrina (NE) en la grasa parda. La NE, en presencia de triiodotironina (T3) y a través del receptor beta-3-noradrenérgico, promueve la expresión del gen de la UCP1. La T3 deriva principalmente del aumento de la actividad de la 5ï-deiodinasa tipo II, que deiodina la tiroxina (T4) a T3. El combustible que utiliza la grasa parda para las oxidaciones mitocondriales son los ácidos grasos derivados de la lipólisis de los triglicéridos llevada a cabo por la lipoproteína lipasa específica de este tejido. La grasa parda tiene una función limitada en el hombre, excepto para la adaptación del recién nacido al cambio de temperatura del medio interno al medio externo. El estudio de la fisiología de la grasa parda permitirá conocer los factores que regulan el gasto energético y el peso corporal y contribuirá así al tratamiento de la obesidad humana.
Assuntos
Animais , Humanos , Recém-Nascido , Tecido Adiposo Marrom , Obesidade , Termogênese , Hormônios Tireóideos , Tecido Adiposo Marrom , Peso Corporal , Metabolismo EnergéticoRESUMO
La grasa parda es el principal órgano de termogénesis hormono-dependiente (non-shivering thermogenesis) en mamíferos menores. Su función es producir y disipar calor rápidamente en respuesta al frío. Lo hace sintetizando una proteína, la termogenina o UCP1 (uncoupling protein1). Esta proteína está localizada en la membrana interna de la mitocondria y actúa como translocador del gradiente de protones derivados de las oxidaciones en la cadena respiratoria. Reemplaza a otro translocador, la ATP sintetasa y desacopla así oxidaciones de fosforilaciones. De esta manera, la energía que se utiliza para fosforilar ADP a ATP se disipa como calor. El proceso termogénico es regulado por el hipotálamo, que ante el estímulo del frío activa al sistema simpático y aumenta la secreción de norepinefrina (NE) en la grasa parda. La NE, en presencia de triiodotironina (T3) y a través del receptor beta-3-noradrenérgico, promueve la expresión del gen de la UCP1. La T3 deriva principalmente del aumento de la actividad de la 5´-deiodinasa tipo II, que deiodina la tiroxina (T4) a T3. El combustible que utiliza la grasa parda para las oxidaciones mitocondriales son los ácidos grasos derivados de la lipólisis de los triglicéridos llevada a cabo por la lipoproteína lipasa específica de este tejido. La grasa parda tiene una función limitada en el hombre, excepto para la adaptación del recién nacido al cambio de temperatura del medio interno al medio externo. El estudio de la fisiología de la grasa parda permitirá conocer los factores que regulan el gasto energético y el peso corporal y contribuirá así al tratamiento de la obesidad humana. (AU)
Assuntos
Animais , RESEARCH SUPPORT, NON-U.S. GOVT , Humanos , Recém-Nascido , Hormônios Tireóideos/fisiologia , Obesidade/metabolismo , Termogênese/fisiologia , Tecido Adiposo Marrom/fisiologia , Tecido Adiposo Marrom/metabolismo , Metabolismo Energético/fisiologia , Peso Corporal/fisiologiaRESUMO
Se estudió el efecto del cinc sobre la conversión de tiroxina (T4) a triodotironina (T3) en homogenatos de grasa parda de ratas expuestas a temperaturas de 4 grados Celsius o 22 grados Celsius durante 24 h. Luego de sacrificar a los animales por dislocación cervical, se extrajo la grasa parda interescapular y se homogeneizó en buffer sacarosa (320 mM) y HEPES (10 mH) pH 7.4. Se centrifugó el preparado a 4 grados Celsius y se separó la capa que contiene la actividad 5'-deiodinasa. Se separaron alícuotas a las que se agregaron 50, 100 muM, 1 o 5 mM sulfato de cinc, más 0.5, 10 o 25 mM ditiotreitol (DTT) y 1 muCi (125)I-T4. El preparo se incubó a 37 grados Celsius durante 60 min luego de lo cual se hizo cromatografía en papel para separar los diferentes compuestos radioactivos del homogenato. En ratas mantenidas a 22 grados Celsius, la deiodinación de T4 produjo 13.3 por ciento de T3, equivalente a 79 + 30 pg/mg proteina/h. Las dosis de 1 y 5 mM cinc inhibieron significativamente la producción de T3, En ratas expuestas a 4 grados Celsius, la producción basal de T3 se incrementó a 248 + 37 pg/mg proteina/h. Al agregar cinc en dosis de 100 muM, 1 o 5 mM, se redujo significativamente la deiodinación de T4. La acción inhibidora del sinc sobre la producción de T3 en la grasa parda tendría efectos deletéreos sobre la termogénesis en ese tejido.
Assuntos
Animais , Ratos , Tecido Adiposo Marrom/efeitos dos fármacos , Técnicas In Vitro , Tiroxina/metabolismo , Tri-Iodotironina/antagonistas & inibidores , Sulfato de Zinco/farmacologia , Ratos Wistar , Temperatura , Sulfato de Zinco/toxicidadeRESUMO
Se estudió el efecto del cinc sobre la conversión de tiroxina (T4) a triodotironina (T3) en homogenatos de grasa parda de ratas expuestas a temperaturas de 4 grados Celsius o 22 grados Celsius durante 24 h. Luego de sacrificar a los animales por dislocación cervical, se extrajo la grasa parda interescapular y se homogeneizó en buffer sacarosa (320 mM) y HEPES (10 mH) pH 7.4. Se centrifugó el preparado a 4 grados Celsius y se separó la capa que contiene la actividad 5-deiodinasa. Se separaron alícuotas a las que se agregaron 50, 100 muM, 1 o 5 mM sulfato de cinc, más 0.5, 10 o 25 mM ditiotreitol (DTT) y 1 muCi (125)I-T4. El preparo se incubó a 37 grados Celsius durante 60 min luego de lo cual se hizo cromatografía en papel para separar los diferentes compuestos radioactivos del homogenato. En ratas mantenidas a 22 grados Celsius, la deiodinación de T4 produjo 13.3 por ciento de T3, equivalente a 79 + 30 pg/mg proteina/h. Las dosis de 1 y 5 mM cinc inhibieron significativamente la producción de T3, En ratas expuestas a 4 grados Celsius, la producción basal de T3 se incrementó a 248 + 37 pg/mg proteina/h. Al agregar cinc en dosis de 100 muM, 1 o 5 mM, se redujo significativamente la deiodinación de T4. La acción inhibidora del sinc sobre la producción de T3 en la grasa parda tendría efectos deletéreos sobre la termogénesis en ese tejido. (AU)