Клеточная аутофагия. Периодическое голодание, долгая здоровая жизнь и клеточная аутофагия

Аутофагия - это процесс, с помощью которого эукариотические клетки утилизируют свои внутренние компоненты, «переваривая» их ферментами лизосом. Это непрерывный процесс, поддерживающий баланс между синтезом и деградацией и обеспечивающий необходимые условия для нормального клеточного роста, развития и смерти. В этой статье мы обобщаем понятие аутофагии до общего принципа работы живых систем и предлагаем термин протофагия для обозначения прокариотических процессов, подобных аутофагии.

Аутофагия (от греч. αυτος - «само» и φαγειν - «есть» : самопоедание ) является клеточным механизмом утилизации избыточных или поврежденных белков, белковых комплексов и клеточных органелл, осуществляемый лизосомами той же клетки. Такая утилизация выполняет несколько важных функций, в том числе - получение питательных веществ при голодании, поддержку клеточного гомеостаза и клеточного иммунитета, осуществление апоптоза и т.п. .

Как правило, термин аутофагия применяется для описания внутриклеточных процессов. Однако в определенном смысле ее можно рассматривать и как общий принцип, работающий не только на уровне клеток эукариот, но и в биосистемах других уровней, таких как организм, популяция или даже биосфера в целом. И на всех уровнях организации живого с принципом аутофагии можно соотнести многие известные процессы, - в частности, регуляцию жизнедеятельности бактериальных колоний. Здесь же мы рассмотрим аутофагию в более широком смысле - как процесс поглощения биологической системой своей части для поддержания собственной структуры и жизнедеятельности. Действительно: процессы, аналогичные аутофагии, появляются на разных «этажах» живой материи (см. примеры в таблице 1):

• в эукариотических клетках (как сообществах органелл);
• в организмах (как сообществах клеток и тканей);
• в экосистемах (как сообществах живых организмов), и наконец;
• во всей биосфере (как совокупности экосистем).

Например, на уровне организма одним из проявлений аутофагии является метаболизм подкожного жира, когда организм при голодании потребляет свою часть (жировую ткань) с перераспределением высвобожденной энергии. Другим примером служит апоптоз - регулируемое «самоубийство» клеток, необходимое для правильного развития любого растительного или животного организма .

Аутофагия присутствует и на уровне экосистем. Так же, как эукариотическая клетка постоянно утилизирует старые или дефектные органеллы, в экосистемах одни организмы «поглощаются» и служат источником энергии для других. Такой круговорот энергии и вещества в биосфере известен под термином «трофические цепи», которые можно определить как постоянное перераспределение биологического материала внутри экосистем.

Приведенные выше примеры аналогичны аутофагии в том, что в них для поддержания стабильности целого в жертву приносится часть системы. Так же, как аутофагия требуется эукариотической клетке для поддержания жизнедеятельности во время нехватки питательных веществ, сжигание жира организмом и экосистемные трофические цепи необходимы для адаптации к периодической нехватке энергии и стабилизации энергетического обмена.

Еще одна принципиальная функция процессов, подобных аутофагии, - обновление частей системы с целью поддержания ее стабильности как целого (гомеостаза). Время существования любого дифференцированного сообщества намного больше, нежели время жизни отдельных его частей, - вот тут-то и требуется механизм поддержания стабильности. Стабильность биосистем достигается путем постоянного обновления компонентов через аутофагию. Непрерывная утилизация старых компонентов обновляет биосистему, а также позволяет пополнить энергетические запасы. Этот же принцип используется и на других уровнях: в эукариотической клетке отработавшие свой ресурс органеллы перевариваются лизосомами, уступая место новым. На уровне организма поврежденные клетки элиминируются апоптозом или иммунной системой. В экосистемах отношения хищник–жертва не только поддерживают численность хищных видов, но и регулируют гомеостаз всей экосистемы, очищая ее от слабых и больных животных и предохраняя виды от вырождения.

Аутофагия является распространенным механизмом, используемым на различных уровнях биосферы. Почти любая живая система использует процессы, аналогичные аутофагии, для выживания и саморегуляции. Здесь мы использовали слово «почти» , так как аутофагия до сих пор не была описана у прокариот . Принимая во внимание роль аутофагии во всех других биосистемах, отсутствие ее у прокариот выглядит, по меньшей мере, странным. В этой статье мы попытаемся показать, что прокариоты не являются исключением, и аналог аутофагии у них также присутствует, - но обнаружить его можно лишь, если рассматривать прокариотические сообщества не как единичные клетки, а как мультиклеточные «организмы».

Прокариоты как многоклеточные организмы

На сегодня собрано достаточно данных о том, что в природе прокариоты существуют не в виде изолированных клеток, а в виде сложных микробных сообществ . Впервые эта смелая идея была выдвинуты в 80-х годах ХХ века, а сегодня она подкреплена солидной экспериментальной базой. Природные колонии прокариот имеют аналог эндокринной сигнализации внутри сообщества (например, чувство кворума ), дифференциацию клеток на специализированные подвиды, а также сложные паттерны коллективного поведения (совместная охота, коллективное переваривание добычи, коллективная устойчивость к антибиотикам и т.п.). Аутофагия как характеристика дифференцированных сообществ вполне может стать еще одним пунктом в этом списке.

Если бактериальная колония - это единая биосистема, то элементом ее будет служить единичная бактерия. Аналогично эукариотической органелле, прокариотическая клетка может рассматриваться как простейший элемент бактериального сообщества, окаймленный мембраной (и клеточной стенкой). Такое предположение ведет к интересному выводу: аутофагию нужно искать не внутри бактериальной клетки, а внутри бактериальной колонии. Действительно, «аутофагические» процессы хорошо известны у прокариотических колоний, правда под другими названиями - бактериальный каннибализм, бактериальный альтруизм, аутолиз или запрограммированная клеточная смерть . Бактериальный каннибализм впервые был описан как ответ бактериальной колонии на нехватку питательных веществ (см. врезку). Биологический механизм, запускающий аутофагию в этом случае, обнаружен у многих видов бактерий - это так называемая токсин-антитоксиновая система . Суть ее состоит в том, что при голодании колония лизирует («переваривает») часть своих клеток для того, чтобы остальные бактерии получили достаточно пищи для выживания. Таким образом колония переживает нехватку ресурсов или внешние неблагоприятные условия.

«Аутофагия» у бактерий

Типичные аутофагические модели описаны на молекулярном уровне у многих бактерий. Например, при нехватке пищи часть бактерий в колонии выделяет в окружающую среду токсин. При этом только некоторые из них способны производить молекулу антитоксина - белка, который обезвреживает токсин при его попадании в клетку. Такие клетки выживают и поглощают остальные, погибшие и лизированные под действием токсина. Это дает оставшимся в живых энергию, необходимую для споруляции , . Подобные процессы обнаружены у многих видов бактерий.

Для простоты описания мы введем термин протофагия как собирательный синоним процессов бактериального каннибализма, альтруизма, аутолиза и запрограммированной клеточной смерти . Прокариотическое сообщество представляет собой целостную биосистему, которая в случае необходимости перерабатывает часть себя для поддержания стабильности. При протофагии аутофагосомой (мембранной везикулы с продуктами деградации) служит сама прокариотическая клетка. Протофагия во многом схожа с аутофагией у эукариот (рис. 1):

• оба процесса оперируют «везикулами» аналогичного размера (размер бактерии примерно равен размеру митохондрии или пероксисомы);
• и про-, и аутофагия активируются подобными сигналами (голодание или стресс);
• оба процесса осуществляются по одному и тому же принципу (регулируемое потребление биосистемой своей части);
• оба процесса служат общей цели (выживание биосистемы в условиях стресса и поддержание ее гомеостаза).

Рисунок 1. Принципиальная похожесть протофагии и аутофагии.

Как и эукариотическая аутофагия, протофагия используется не только для получения пищи. Например, протофагия служит патогенным бактериям для инвазии организма-хозяина (рис. 2). Известно, что микрофлора хозяина (симбионты) может эффективно сдерживать рост патогенных микроорганизмов. С целью подавления конкуренции некоторые патогенные бактерии с помощью протофагии активируют антибактериальный иммунный ответ организма-хозяина. Для этого часть патогенной популяции индуцированно самолизируется, высвобождая токсины, что вызывает локальное воспаление. В итоге иммунная система организма уничтожает большу ю часть бактерий-симбионтов, в то время как патогенные бактерии избегают обнаружения и после окончания воспалительной реакции беспрепятственно размножаются в тканях хозяина . Интересно, что в отсутствие симбионтной микрофлоры (например, при экспериментальном заражении специальных линий стерильных мышей) такие патогенные бактерии заселяют кишечник без индукции воспаления. Это говорит о том, что протофагия тут является специфическим механизмом выживания патогенных организмов, который активируется только при неблагоприятных условиях.

Рисунок 2. Аналогичная роль протофагии и аутофагии в активации иммунного ответа.

Что дает нам концепция протофагии

Введенное понятие протофагии интересно не только как голая теория, но может быть полезно и на практике. Например, в биотехнологии сегодня широко используют бактерии, и манипуляция процессами протофагии может подсказать способ поддержания стабильности бактериальной культуры в промышленных масштабах. Так, активаторы протофагии должны повысить качество культур путем активации естественных механизмов устранения ослабленных и поврежденных микроорганизмов.

Другой важной областью применения протофагии может стать медицина. На сегодняшний день резистентность бактерий к антибиотикам является одной из ключевых фармакологических проблем. Вместо того, чтобы убивать отдельные бактериальные клетки (как это делают сегодня с помощью антибиотиков), можно сконцентрироваться на дезорганизации бактериальных сообществ как единого целого. Такие методы уже разрабатываются - это, например, блокаторы бактериального «чувства кворума», которые нацелены именно на нарушение межклеточной сигнализации в бактериальных колониях, чтобы сделать их уязвимыми для иммунной системы человека , . И хотя эта тема только развивается, и вопросов пока больше чем ответов, общий вектор работ показывает, что нарушение коммуникации между отдельными бактериями имеет все шансы стать терапией завтрашнего дня. В этом контексте активаторы протофагии помогут разрушить защитные барьеры бактериальной колонии и сделать ее уязвимой для иммунной системы организма хозяина.

Послесловие

Главный вопрос, который может возникнуть после прочтения этой статьи - а так ли необходимо введение нового термина - протофагия - для описания хорошо известных фактов? На наш взгляд, расширение понятия аутофагии и введение термина «протофагия» необходимо и полезно.

Биосфера в определенном смысле напоминает фрактал, где каждый последующий уровень повторяет предыдущий. Аналогичные процессы похожи между собой не только внешне - все они имеют сходные причины и принципы регуляции. Понятие протофагии, объединяющее разрозненные процессы прокариот вместе, позволяет обобщить и лучше понять глубинные механизмы, регулирующие жизнь прокариотических колоний. Это дает несомненные выгоды для биотехнологии и медицины завтрашнего дня.

Приживется ли термин «протофагия» и найдут ли его полезным другие ученые - покажет время. То, что нам показалось важным, мы изложили в статье, вышедшей в журнале Autophagy . Если микробиологи воспримут эти обобщения и найдут их полезными для себя - нам будет очень приятно. Если же цитируемость нашей статьи не будет бить рекордов - значит, мы ударились в средневековую схоластику и переоценили значимость собственных измышлений. В любом случае, представить данную работу на суд почтенной публике стоило - ведь протофагия является частным случаем аутофагии в бактериальном мире и следует тем же законам, что и остальные ее проявления - будь то аутофагия в эукариотической клетке, трофические цепи в биосфере или голодание по модной методике перед пляжным сезоном, который, кстати, уже на носу.

Написано по материалам оригинального эссе в Autophagy .

Литература

1. Daniel J. Klionsky, Fabio C. Abdalla, Hagai Abeliovich, Robert T. Abraham, Abraham Acevedo-Arozena, et. al.. (2012). Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy . »;
2. K. Lewis. (2000). Programmed Death in Bacteria . Microbiology and Molecular Biology Reviews . 64 , 503-514;
3. Bärbel Stecher, Riccardo Robbiani, Alan W Walker, Astrid M Westendorf, Manja Barthel, et. al.. (2007). Salmonella enterica Serovar Typhimurium Exploits Inflammation to Compete with the Intestinal Microbiota . PLoS Biol . 5 , e244;
4. Morten Hentzer, Michael Givskov. (2003). Pharmacological inhibition of quorum sensing for the treatment of chronic bacterial infections . J. Clin. Invest. . 112 , 1300-1307;
5. Маркина Н. (2010). «Биологи научились командовать бактериями ». INFOX.ru ;
6. Petro Starokadomskyy, Kostyantyn V. Dmytruk. (2013). A bird’s-eye view of autophagy . Autophagy . 9 , 1121-1126.

• Аутофагия - это биологический процесс, благодаря которому улучшается сопсобность организма к детоксикации, восстановлению и регенерации.
• Активируя процесс аутофагии в своем организме, вы уменьшаете воспаление, замедляете процесс старения и оптимизируете биологические функции
• Для того, что бы активизировать этот процесс, существует три правила: употребление продуктов с высоким содержанием жиров, низким углеводов и высоким содержанием клетчатки, периодическое голодание и регулярные физические упражнения, особенно упражнения высокой интенсивности

Размер текста:

От д-ра Меркола

Несмотря на множество различных способов избавить свой организм от накопленных токсинов – от детоксикации пищевых продуктов и химикатов и/или натуральных обезвреживающих веществ до сауны , важную роль играет биологический процесс под названием «аутофагия».

Термин «аутофагия» означает «самопоглощение» и означает процессы, с помощью которых ваш организм очищается от различного мусора, в том числе от токсинов, а также перерабатывает поврежденные клеточные компоненты.
Как объясняют на сайте Greatist:

«Ваши клетки создают мембраны, которые охотятся на остатки мертвых, больных или изношенных клеток; они пожирают эти остатки, раздирая их на части; а полученные молекулы используют для создания энергии или образования новых частей клетки».

Доктор Колин Чемп, профессиональный лучевой терапевт и доцент медицинского центра Университета Питтсбурга объясняет это так:

«Считайте это врожденной программой утилизации нашего организма. Благодаря аутофагии, мы более эффективно избавляемся от дефектных частей, останавливаем раковые новообразования, а также прекращаем такие нарушения метаболизма, как ожирение и диабет».

Усиливая процесс аутофагии в своем организме, вы уменьшаете воспаление, замедляете процесс старения и оптимизируете биологическую функцию.

Усиление аутофагии с помощью упражнений

Кроме того, важно понимать, какие углеводы мы имеем в виду, когда мы говорим о «низком их содержании», поскольку овощи – тоже «углеводы». Тем не менее, углеводы с клетчаткой (т.е. овощи) не будут толкать ваш метаболизм в неправильном направлении – на это способны только углеводы без клетчатки (имеется в виду сахар и все, что в него превращается: газированные напитки, обработанные зерновые, макаронные изделия, хлеб и печенье, например).

Еще более важно то, что клетчатка, не расщепленная сахаром, проходит по пищеварительному тракту, где ее потребляют бактерии в вашем кишечнике, и преобразуется в короткоцепочечные жиры, которые на самом деле полезны для здоровья.

Если вы посмотрите на питательную ценность, указанную на упаковке обработанных продуктов, вы увидите общее количество углеводов , а это, опять же, не то, о чем мы говорим. Чтобы рассчитать вредные углеводы без клетчатки, нужно отнять граммы клетчатки от общего количества граммов углеводов, содержащихся в данном продукте. Помните, вам нужны углеводы, но все они должны быть из овощей , которые также богаты клетчаткой.

Аутофагия восстанавливает функции стволовых клеток стареющих мышц

Уже давно известно, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК) в скелетных мышцах являются важной частью процесса восстановления мышц. Предыдущие исследования показали, что физические упражнения влияют на поведение мышечных стволовых клеток и могут помочь предотвратить или даже восстановить связанную с возрастом потерю мышечной массы. МСК в мышечной ткани очень чувствительны к механическим нагрузкам, а эти стволовые клетки накапливаются в мышечной массе после физических упражнений.

Несмотря на то, что МСК напрямую не способствуют созданию новых мышечных волокон, они вырабатывают фактор роста, стимулирующий другие клетки к созданию новых мышц. Также известно, что с возрастом, в мышцах человека снижается количество МСК, как снижается и эффективность аутофагии. В результате, отходы метаболизма начинают накапливаться в клетках и тканях.

Недавнее исследование, проведенное в Испании, сообщает, что сателлитные клетки - мышечные стволовые клетки, ответственные за регенерацию тканей - полагаются на аутофагию с целью предупреждения остановки клеточного цикла, известного как клеточное старение(состояние, при котором значительно снижается активность стволовых клеток). Короче говоря, чтобы улучшить регенерацию мышечной ткани, необходимо усилить процесс аутофагии.

При эффективной аутофагии – внутреннем механизме очистки тела- стволовые клетки сохраняют способность сохранять и восстанавливать ткани.

Здоровье и долголетие неразрывно связаны с митохондриальной функцией

Я хочу, чтобы вы поняли: ваш образ жизни определяет вашу судьбу с точки зрения того, как долго вы будете жить и насколько, в конечном счете, будут здоровыми эти годы. Для оптимального здоровья и профилактики заболеваний вам нужны здоровые митохондрии и эффективная аутофагия (клеточное очищение и переработка), а также три ключевых фактора образа жизни, которые оказывают благотворное влияние на оба этих фактора:

1. Что вы едите : рацион с высоким содержанием полезных жиров, умеренным содержанием белка и низким содержанием углеводов без клетчатки. Также важно употреблять органические продукты растительного и животного (от выпасных животных) происхождения, поскольку часто используемые пестициды, такие как глифосат вызывают повреждения митохондрий
2. Когда вы едите : легче всего, как правило, придерживаться ежедневных периодических голоданий, но эффективным будет любой график, которого вы будете последовательно придерживаться

Физические упражнения , причем наиболее эффективны высокоинтенсивные

«Какое нафиг ограничение в питании? Тебе гликогеном нужно запасаться» написал коллега под моим постом в фейсбук и собрал несколько лайков под комментарием.

Я, тем временем, освоил трехразовое питание (редкие случаи 4х приемов пищи, в дни длинных вело тренировок) и тренировки на голодный желудок. Тем не менее, некоторое время эта мысль не давала мне покоя и я решил окончательно разобраться. А вопросы были следующие:

• Как работает Гликоген?
• Могу ли я безопасно тренироваться дольше 2х часов без питания во время тренировки?
• Что со мной происходит, когда заканчивается Глюкоза?
• И самый важный для меня: могут ли длительные тренировки быть безопасными при инсулинорезистентности?

Но я и подумать не мог, что исследование этого вопроса приведет меня к осознанным тренировкам на голодный желудок и исследованию такого явления как Аутофагия.

Поэтому начнем именно с нее.

Что такое Аутофагия

На самом деле, как говорят многие источники, Аутофагия – это малоизученный процесс, который способствует естественному снижению веса, оздоровлению и увеличению продолжительности жизни. Рядом с этими фактами фигурирует имя Японского ученого Ёосинори Осуми , которому в 2016 году была присвоена Нобелевская премия по медицине за открытие и исследования механизмов Аутофагии и сорвал куш в 932 000$. Здесь же хочется сразу отметить, что сама Аутофагия как явление, была открыто значительно раньше, усилиями бельгийского биохимика по имени Кристиан Де Дюв , о котором немного позже.

Считается, что Аутофагия – это один из способов избавления клеток от ненужных органелл.

Всего в нашем с вами организме около 100 триллионов клеток.

Вот примерное количество дней, которое необходимо для полного обновления клеток:

• 60-80 дней на полный цикл обновления клеток кожи
• 120-150 дней на полное обновление крови
• 150-180 дней – и у вас новая печень! Запомнили? Вы знаете, что с этой информацией делать
• 15-16 лет и у вас новые клетки всех мышечных тканей

Следовательно, чем быстрее наши клетки обновляются и чем качественнее эти клетки – тем дольше мы с вами красивые, здоровые и молодые. Механизм Аутофагии может быть запущены естественным путем, например:

• голоданием
• ограничением углеводов (диета)

Чтобы проще было разбираться в Аутофагии , давайте сначала поговорим про Инсулин , Глюкоза , Гликоген и Глюкагон .

На фото: Аутофагосома под микроскопом

Инсулин

Гормон, который изучили уже вдоль и поперек. Инсулин – один из гормонов вырабатываемых поджелудочной железой в ответ на поступление Глюкозы в организм человека. Ага, значит Инсулина в крови должно становиться больше, когда пища, содержащая Глюкозу попадает в организм.

Что же происходит со спортсменом, который съедает спортивный батончик перед тренировкой? Точнее из “какого бака” будет расходоваться топливо на тренировке?

Съели батончик – > вырос Инсулин. Выросший Инсулин спровоцирует энергообеспечение из углеводов. Если тренировка короткая, то на углеводах мы ее и закончим.

Другой вариант:

Ничего не съедаем -> начинаем бежать -> углеводов нет -> энергия из жиров!

Чем полезны тренировки на энергии из жиров

На длинных забегах энергообеспечения только за счет углеводов не выйдет. Скорость вырабатывания энергии из только что потребленных углеводов значительно меньше скорости их сгорания.

Если вы хотите бежать далеко и долго, скажем марафон, то даже с гелями организм на 30-35 км переключится на получение энергии из жиров.

При беге на жирах организму требуется на 30% больше кислорода для получения 1 ккал, чем при беге на углеводах.

Теперь представьте себе, как вы будете чувствовать себя на последних километрах марафона, если во время подготовки не было длительных кроссов (2+ часа) или вы запихивались кучей углеводов перед тренировкой и бежали на них.

Глюкоза

Глюкоза считается одним из основных видов энергии. Гликоген , дальше о нем немного подробнее – это форма хранения Глюкозы . Поступающая Глюкоза соединяясь в цепочке формирует полисахарид – Гликоген. Которые хранится в мышцах и печени.

На интенсивную мышечную работу в условиях недостатка кислорода, энергии хватает примерно на 60-120 секунд. В это время в результате механизма Анаэробного гликолиза происходит расщепление Глюкозы до лактата или молочной кислоты. После этого включается механизм Аэробного гликолиза (расщипление Глюкозы до конечных продуктов распада с выделением максимального количества энергии). Чем тренированнее спортсмен – тем раньше включается процесс Аэробного гликолиза, и тем меньше в печени скапливается лактата или молочной кислоты. А значит процесс закисления мышц происходит ПОЗЖЕ и бежим мы ДОЛЬШЕ.

Гликоген

Гликоген образует энергетический запас. Если смотреть на него линейно, то 1 единица гликогена содержит меньше калорий, чем, например, энергия высвобожденная с 1 единицы сгоревшего жира . Да, мы уже помним, что для 1 ккал из жира нужно на 30% больше кислорода. Но тем не менее!

Запас Гликогена есть в печени, но мышцы тоже умеют запасать Гликоген , да и в больших его количествах. Спустя несколько часов бега запасы Гликогена заканчиваются и Инсулин в крови падает.

Но наш организм всегда имеет план Б!

Глюкагон

План Б – поджелудочная железа вырабатывает еще один мощный гормон под названием Глюкагон . Он является антагонистом Инсулина, а соответственно повышает уровень Глюкозы в крови. Глюкагон умеет преобразовывать аминокислоты (белок) в Глюкозу !

Мозгу тоже нужна энергия для работы. Здесь Глюкоза также пригодится! Мозг не умеет получать энергию из жиров, но умеет из Глюкозы и при этом ему даже не нужен Инсулин.

Улавливаете цепочку?

Глюкагон -> рост Глюкозы -> Зарядка батарейки мозга

Хорошо, мозг работает. Но Инсулина как не было, так и нет, как бежать? На жирах!

Глюкагон стимулирует переработку жиров. Глюкагон воздействует на рецепторы, которые способствуют получению энергии из жиров, и чем более тренирован человек, тем больше у него этих рецепторов. Именно развитие и рост количества рецепторов, на которые может воздействовать Глюкагон и направлены длительные тренировки. Большее количество рецепторов позволяет сохранить углеводы на последние километры марафонских дистанций.

Схема взаимодействия Глюкозы и Инсулина :

Как работает Глюкагон

на фото: Кристиан Де Дюв

Еще в далекие 1950-е годы Кристиан Де Дюв исследуя Глюкагон и Инсулин проводил эксперименты на клетках крыс и заметил, что под воздействием Глюкагона в клетках печени начинали появляться неизвестные ранее органеллы, которые в будущем он назвал Лизосомы . Также он предположил, что эти самые Лизосомы предназначены для получения энергии из мусора, содержащегося в клетках.

Оказалось, что пока клетке хватает энергии – Лизосомы не занимаются сбором мусора. Маркер наличия энергии для клетки все тот же – Инсулин . Есть Инсулин – Лизосомы спят. Как только Инсулин заканчивается – Глюкагон дает сигнал Лизосомам начать сбор мусора в клетках. Так происходит воздействие аутофагасомы и Кристиан Де Дюв назвал этот процесс Аутофагией .

Мусором Кристиан Де Дюв называет поврежденные субклеточные компоненты и неиспользуемые белки.

В нашем организме ежедневно создается огромное количество клеток, которые могут содержать в себе больные, слабые, ошибочные, нестандартные и лишние клеточные компоненты. В результате этого клетки начинают функционировать некорректно и могут привести к болезням Альцгеймера, Паркинсона или онкологическим заболеваниям. Поэтому очень важно избавляться от мусора, а Аутофагия помогает организму быть здоровее. Получается такой себе аутоканнибализм.

Как запустить Аутофагию

Есть два способа запустить Аутофигию :

1. Голодание

Бег

Давайте вернемся к бегу на голодный желудок. Вероятно, вы уже понимаете связь. Выходя на тренировку утром, без приема пищи перед бегом Инсулина в организме очень мало. А значит Глюкагон с Лизосомами начнут свое дело значительно раньше, чем если бы мы закинулись овсяночкой или парой бутербродов перед тренировкой. Можно, конечно, инициировать Аутофагию и при тренировке перед которой вы поели. Но в тогда бежать придется значительно дольше, пока Инсулин , опять-таки, не закончится.

Голодание

Тоже может вызвать рост Глюкагона , но это происходит значительно медленнее чем при беге. Частые приемы пищи, о которых нам постоянно твердят изо всех источников наоборот способствует удержанию уровня Инсулина в крови, что не позволяет запустить процессы Аутофагии. Необходимо дополнительно и углубленно изучать, как правильно голодать, чтобы от голодания была польза.

Марафон и Аутофагия

Давайте соберем все вышеизложенное в последовательный сценарий участия в марафоне.

Примерно через 2 часа после старта заканчиваются запасы Глюкозы и Гликогена , начинает расти уровень Глюкагона , начинают разлагаться жиры превращаясь в энергию. Глюкагон запустит процесс Аутофагии , мусор горит, клетки счастливы! Вы, как марафонец, через пару дней после старта – как новенький!

Возвращаясь к началу своей статьи, хочется сказать – да, возможно и нужно мне запасаться Гликогеном, но я и мой организм будут счастливы когда он закончится.

Безопасны ли длительные тренировки при инсулинорезистентности

Для начала, инсулинорезистентность – это проблемность попадания Инсулина в клетки организма.

Причин проблем попадания Инсулина в клетки может быть несколько. Если посмотрели видео выше, то уже знаете минимум про 3:

1. Проблемы с выработкой Инсулина
2. Проблемы с движением Глюкозы
3. Что-то не так с рецепторами клеток

Причин которые могут спровоцировать причины проблем попадания Инсулина в клетки (простите за тавтологию, надеюсь понятно) еще больше. Но прошу представить, что вы регулярно и без надобности открываете и закрываете дверцу кухонного шкафчика. Согласны, что скрипеть он начнет гораздо раньше, чем если бы он открывался в случаях надобности?

В завершении, возвращаясь к безопасности бега на низком Инсулине хочу сказать, что не только безопасно, но и как оказывается полезно. На всякий случай , всегда с собой большой гель Nutrend.

3 октября 2016 года Нобелевская Ассамблея Каролинского Института присудила Нобелевскую Премию по Физиологии или Медицине Ёсинори Осуми за открытие механизмов аутофагии.

Что же такое аутофагия? Аутофагия (от др.-греч. ауто – «сам», фагос – «есть») – самоедство. По сути, это механизм избавления от всех, выполнивших свою роль, старых клеточных компонентов (органеллы, белки и клеточные мембраны), когда клетке уже недостаточно энергии, чтобы их поддерживать. Это регулируемый упорядоченный процесс, направленный на разложение и переработку клеточных компонентов.

Существует похожий на аутофагию и лучше изученный процесс апоптоза – процесс запрограммированной клеточной смерти. Клетки запрограммированы на смерть после определённого числа циклов деления. Хотя это и звучит мрачно, но необходимо понять, что этот процесс важен для поддержания хорошего здоровья организма в целом.

Предположим, что вы владеете машиной. Вы любите вашу машину. У вас с ней связано много воспоминаний. Вам нравится ездить на ней. Но после нескольких лет использования она уже выглядит немного побито. А ещё через несколько лет вид её уже совсем неважный. Поддержка машины обходится вам в тысячи долларов в год. Она всё время ломается. Стоит ли продолжать держать у себя этот кусок хлама? Конечно нет! Вы избавляетесь от неё и покупаете себе новенький автомобиль.

То же самое происходит и в нашем организме. Клетки становятся старыми и бесполезными. И лучше бы им быть запрограммированными на смерть, когда их полезная жизнь подошла к концу. Это звучит очень жестоко, но это жизнь. Это процесс апоптоза, при котором клетки заранее обречены на гибель по прошествии заданного времени. Это похоже на лизинг автомобиля – после определённого времени вы избавляетесь от него, работает он или сломался. Затем вы покупаете новый автомобиль и вам не надо беспокоиться, что он сломается в трудную минуту.

Аутофагия – замена старых клеточных компонентов

Такой же процесс происходит и на субклеточном уровне. Вам нет необходимости менять всю машину. Иногда вам надо просто заменить аккумулятор – выбросить старый и поставить новый. То же происходит и внутри клетки. Вместо уничтожения целой клетки (апоптоз), вам всего лишь необходимо заменить некоторые клеточные компоненты. Это и есть процесс аутофагии, в котором старые субклеточные органеллы разрушаются и создаются новые органеллы на замену старым. Старые клеточные мембраны, органеллы и продукты обмена удаляются из клетки, попадая в лизосому, которая содержит ферменты для расщепления белков.

Аутофагия была впервые описана в 1962 году, когда исследователи впервые отметили увеличение количества лизосом (органелл, разлагающих старые субклеточные компоненты) в печени крысы после введения глюкагона – гормона поджелудочной железы. Лауреат Нобелевской премии Кристан де Дюв придумал слово «аутофагия». На повреждённые субклеточные компоненты и неиспользуемые белки ставится маркер «уничтожить», и они направляются в лизосомы, завершающие их работу.

Одним из ключевых регуляторов аутофагии является протеинкиназа, называемая «мишень рапамицина у млекопитающих» (mTOR). Когда mTOR активируется, она подавляет аутофагию, а когда mTOR подавляется, то она способствует аутофагии.

Что активирует аутофагию?

Ограничение питательных веществ является ключевым при активации аутофагии. Гормон глюкагон противоположен инсулину. Как в детской игре «день наоборот». Если уровень инсулина повышается, то уровень глюкагона падает. Если инсулин падает, глюкагон растёт. Когда мы едим, инсулин повышается и глюкагон падает. Когда мы не едим (голодаем), инсулин падает, а глюкагон растёт. Этот рост уровня глюкагона стимулирует процесс аутофагии. Голодание, при котором повышается глюкагон, является, на самом деле, лучшим стимулятором аутофагии.

Это, по сути, тип клеточной уборки – организм идентифицирует старые и нестандартные клеточные компоненты и маркирует их для дальнейшего уничтожения. Накопление в клетках этих старых клеточных компонентов может быть причиной многих эффектов старения.

Голодание полезно не только с точки зрения стимуляции аутофагии. Стимулируя аутофагию, мы очищаем клетки от старых белков и продуктов обмена. С другой стороны, голодание приводит к выработке гормона роста, указывающего нашему организму, чтобы тот начал производить новые клеточные компоненты. Таким образом мы полностью обновляем наше тело.

Перед тем, как поставить новые вещи, вам необходимо избавиться от старых. Представим себе ремонт кухни: если у вас там ещё с 70-х висят облезлые грязно-салатовые шкафы, то их придётся выкинуть, прежде чем вешать новые. Таким образом, процесс разрушения (удаления) является таким же важным, как и процесс созидания. Было бы ужасным повесить новые полки на старые. Голодание может обратить процесс старения путём избавления от старых клеточных компонентов и замены их новыми.

Высокорегулируемый процесс

Аутофагия является высокорегулируемым процессом. Выйдя из-под контроля, аутофагия может нанести вред, так что должна чётко управляться. Полное истощение запаса аминокислот в клетках млекопитающих является мощным сигналом для аутофагии, хотя роль индивидуальных аминокислот варьируется. Уровни аминокислот в плазме, однако, почти постоянны. Предполагается, что сигналы от аминокислот и факторов роста, а также сигналы от инсулина, сходятся с сигнальным путем mTOR, иногда называемым главным регулятором сигнализации питательных веществ.

Итак, при аутофагии старые клеточные компоненты расщепляются на аминокислоты (строительные блоки для белков). Что же случается дальше с этими аминокислотами? На ранних стадиях голодания уровни аминокислот начинают повышаться. Считается, что эти аминокислоты, полученные при аутофагии, направляются в печень для глюконеогенеза. Эти аминокислоты могут быть также расщеплены на глюкозу в процессе цикла трикарбоновых кислот. И, наконец, эти аминокислоты могут стать частью новых белков.

Последствия накопления старых «мусорных» белков внутри клетки прослеживается в двух главных состояниях – болезни Альцгеймера и раке. При болезни Альцгеймера происходит накопление аномальных белков – бета-амилоидов или тау-белков, разрушающих клетки мозга и приводящих к слабоумию. Разумно предположить, что процесс, подобный аутофагии, способной очищать клетки от старых белков, может предотвратить развитие болезни Альцгеймера.

Что же «отключает» процесс аутофагии? Питание. Глюкоза, инсулин (или пониженный глюкагон) и старые белки могут в совокупности «отключить» этот процесс самоочищения клетки. И много их для этого не потребуется. Даже небольшие количества аминокислоты (лейцин) могут остановить аутофагию. Таким образом, процесс аутофагии является уникальным свойством голодания – он не происходит при простом ограничении калорий или питании по диете.

Конечно же, и здесь должен быть соблюдён баланс. Как недостаточная, так и слишком интенсивная аутофагия может навредить вам. И это понимание возвращает нас к естественному природному циклу – питанию и голоданию, а не постоянному следованию диете. Это обеспечивает клеточный рост во время фазы питания и клеточное очищение во время фазы голодания, то есть баланс. Жизнь – это только баланс. опубликовано

Доктор Джейсон Фанг, п еревод Николай Кузьмин

В среднем килограмм картофельных чипсов стоит в двести раз дороже, чем килограмм картофеля.

Последнее время мне все чаще задают вопросы об аутофагии. Сначала такая волна интереса к молекулярной биологии меня удивила. Но оказалось, дело в том, что различные «тренеры по питанию» рекомендуют делать длительные перерывы между приемами пищи, нечто типа голодания продолжительностью в 14-16 часов и называют этот процесс аутофагией.

Якобы во время такого голодания, организм перерабатывает старые, больные, поврежденные клетки и создает из них новые – молодые и здоровые. И якобы именно за изобретение такой «диеты» японский ученый Есинори Осуми получил Нобелевскую премию.

Если кротко, то все эти истории — неправда. Но короткого ответа в данной ситуации как мне кажется недостаточно. Поэтому давайте разбираться подробно.

Есинори Осуми на самом деле существует, он биолог, работает в сфере молекулярной биологии. И он действительно получил Нобелевскую премию за то, что «выяснил механизм аутофагии, самофагоцитоз, в котором голодные клетки используют собственный белки в качестве источника питания». Но никакого отношения к похудению и омоложению организма это не имеет вообще. Я думаю, господин Осуми вообще очень сильно бы удивился, если бы узнал о подобной трактовке его работы.

Что такое аутофагия

Это механизм, обнаруженный в клетках эукариотических организмов, от дрожжей до людей, предотвращающий накопление аномального количества белка в клетке, обеспечивающий рециркуляцию белков при чрезмерном их синтезе. В случае голодания, разрушение клеточных компонентов способствует выживанию клеток, поддерживая уровни клеточной энергии.

Аутофагия участвует в поддержании гомеостаза живых организмов путем устранения патогенных микроорганизмов, вторгшихся в цитоплазму.

При болезни аутофагия рассматривается в одних случаях как адаптивный ответ на стресс, который способствует выживанию, а в других, способствует гибели клеток и заболеванию (болезнь Альцгеймера, ИБС и др.).

Как работает аутофагия в масштабе организма

Для того чтобы клетки могли выполнять жизненно важные функции, организму необходимо синтезировать белки, которые состоят из аминокислот. То есть для того, чтобы клетки могли функционировать нормально, нужны незаменимые аминокислоты, служащие источником питательных веществ.

При голодании, когда питательные вещества истощаются, а поступление аминокислот прекращается, организму может быть нанесен серьезный ущерб, связанный с гибелью клеток. Однако считается, что клетки могут временно избежать этого повреждения с помощью аутофагии.

Когда происходит аутофагия, часть белка, всегда присутствующего в клетке, разлагается с образованием пептидов или аминокислот. Тем не менее, избегание голода при помощи аутофагии носит временный характер и не может помочь, если голод продолжается в течение длительного времени. А когда аутофагия прогрессирует чрезмерно, это приводит к гибели клеток.

Роль аутофагии в предотвращении и провоцировании заболеваний

Как уже понятно из написанного выше, аутофагию никак нельзя назвать процессом однозначно полезным или однозначно вредным. Все зависит от конкретной ситуации и интенсивности процесса.

Например, аутофагия играет важную роль при раке. И роль может быть абсолютно противоположной. Она может, как защищать от рака, уничтожая потенциально опасные клетки, так и способствовать прогрессированию рака, помогая выживать опухолевым клеткам.

Аутофагия при болезни Альцгеймера наносит вред . Исследователи из Центра RIKEN в Японии выяснили, что отсутствие аутофагии в нейронах предотвращает секрецию бета-амилоида и образование амилоидных бляшек в мозге. Те же данные получили исследователи из Университета Сарагосы.

А вот при наследственной форме болезни Паркинсона, наоборот, отсутствие аутофагии , служит причиной накопления компонентов вызывающих гибель нейронов.

На заболевания сердечно-сосудистой системы, аутофагия влияет как положительно так и отрицательно. При ранних стадиях, например, гипертонии аутофагия помогает быстрее восстановить ткани, но при избыточной активации может усилить их повреждение. Особенно с учетом того, что регенеративная способность тканей миокарда крайне ограничена.

Поскольку нарушение процесса аутофагии вовлечено в патогенез широкого спектра заболеваний, ученые всего мира прилагают большие усилия для выявления или создания лекарств которые будут способны ее регулировать. Не только ускорять, но и замедлять или даже останавливать.

Какое отношение аутофагия имеет к похудению и омоложению?

К похудению однозначно никакого. В контексте питания, аутофагия это механизм который при голодании, больших физических нагрузках и др. позволяет поддерживать гомеостаз. Можно сказать, благодаря аутофагии, организм может безвредно голодать какое-то время, получая нужные аминокислоты из собственных тканей. То есть это функция, сохраняющая жизнь организма, во время перебоев с получением пищи.

Поскольку лишний вес это отнюдь не лишние белки, а лишний жир, абсолютно непонятно как адепты «аутофагии для похудения» вообще связали этот процесс со снижением веса.

С омоложением тоже проблема. То, что одна клетка погибла, не означает, что новая, сформировавшаяся вместо нее будет лучше по качеству и никто не может гарантировать, что это не будет клетка злокачественной опухоли.

Хотя конечно, не следует сбрасывать со счетов, что дисфункции процесса аутофагии играют роль во многих возрастных заболеваниях. Например ученым удалось увеличить продолжительность жизни нематод и фруктовых мух увеличив аутофагию. Но учитывая разницу в физиологии нематоды и человека и роль аутофагии в нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваниях, нельзя сказать, что такие же методы приведут к увеличению продолжительность жизни человека.

В общем, чтобы делать какие-то выводы о влиянии процесса аутофагии на продолжительность жизни, придется подождать, пока исследователи всесторонне изучат этот процесс и получат однозначные ответы.

Резюмируя вышеизложенное можно сказать только одно. «Чудесной пилюли» для похудения как не было, так и нет. Чтобы похудеть, чувствовать себя лучше и выглядеть моложе, нужно воспользоваться простым старым способом – правильно питаться, заниматься физкультурой и нормально высыпаться.