Thermogenin

Thermogenin (auch entkoppelndes Protein, engl. Uncoupling Protein 1 bzw. UCP1 genannt) ist ein Transmembranprotein, das sich in der Mitochondrienmembran des braunen Fettgewebes findet (bei Ratten kommt es auch im weißen Fettgewebe vor). Durch seine Funktion kann Wärme ohne Muskelaktivität wie etwa Zittern generiert werden. Die durch UCP1 bewirkte Thermogenese ist die vorherrschende Art der Wärmeerzeugung bei Winterschlaf haltenden oder neugeborenen Säugetieren einschließlich menschlichen Säuglingen und Kleinkindern. Thermogenin gehört zu den uncoupling proteins.

uncoupling protein 1 (mitochondrial, proton carrier)
Eigenschaften des menschlichen Proteins
Masse/Länge Primärstruktur	307 Aminosäuren
Sekundär- bis Quartärstruktur	multipass Membranprotein
Bezeichner
Gen-Namen	UCP1 ; SLC25A7; UCP; Thermogenin
Externe IDs	OMIM: 113730 UniProt: P25874 MGI: 98894
Transporter-Klassifikation
TCDB	2.A.29.3.2
Bezeichnung	Mitochondrialer Carrier
Vorkommen
Homologie-Familie	mitochondrial carrier
Übergeordnetes Taxon	Eukaryoten
Orthologe
Mensch	Maus
Entrez	7350	22227
Ensembl	ENSG00000109424	ENSMUSG00000031710
UniProt	P25874	P12242
Refseq (mRNA)	NM_021833	NM_009463
Refseq (Protein)	NP_068605	NP_033489
Genlocus	Chr 4: 141.7 – 141.71 Mb	Chr 8: 86.18 – 86.19 Mb
PubMed-Suche	7350	22227

Wirkmechanismus

Ablauf der Aktivierung: Im letzten Schritt der durch Noradrenalin ausgelösten Kaskade wird eine bestehende Inhibierung von Thermogenin von freien Fettsäuren aufgehoben. P: Phosphatrest, ve+: Ladungstransfer

Der molekulare Mechanismus der durch Thermogenin vermittelten Entkopplung ist recht gut verstanden – die Funktion dieses Ionenkanals stellt innerhalb der Oxidativen Phosphorylierung einen zusätzlichen Pfad für den Wiedereintritt von Protonen in die mitochondriale Matrix zur Verfügung. Wird Thermogenin aktiviert, schließt es – ähnlich wie 2,4-Dinitrophenol – den Protonen-Kreislauf kurz, der die Atmungskette an den ATP-Synthase-Komplex koppelt, welcher das Adenosintriphosphat (ATP) für den Energiehaushalt der Zelle liefert: Durch Thermogenin wird diese Kopplung aufgehoben und die durch Zellatmung gewonnene Energie ohne Bildung des Energiespeichers ATP unmittelbar in Wärme umgesetzt (Dissipation).

Thermogenin steht in Beziehung zu anderen mitochondrialen Stoffwechseltransportern wie dem Adenin-Nukleotid-Transporter, einem Protonenkanal in der inneren Mitochondrienmembran, der den Transport von Protonen aus dem Membranzwischenraum in die mitochondriale Matrix vermittelt.

UCP1 kommt ausschließlich in braunem Fettgewebe vor. Durch seine Anwesenheit erlangt dieses Gewebe seine enorme Fähigkeit zur Wärmeerzeugung.

UCP1 wird durch Fettsäuren auf folgendem Weg aktiviert: Im sympathischen Nervensystem wird Noradrenalin freigesetzt, das an den β3-Adrenozeptor in der Zellmembran der braunen Fettzellen bindet. Dadurch wird eine Adenylylcyclase aktiviert, die die Umwandlung von ATP zu cyclischem Adenosinmonophosphat (cAMP) katalysiert. cAMP seinerseits aktiviert die Proteinkinase A, deren aktive C-Untereinheiten sich von den regulatorischen R-Untereinheiten lösen. Die aktive Proteinkinase A ihrerseits aktiviert durch Phosphorylierung eine Lipase. Diese Lipase katalysiert die Umwandlung von Triglyceriden in freie Fettsäuren, die schließlich UCP1 aktivieren, indem sie dessen Hemmung durch Purinnukleotide (GDP, ADP) aufheben. Die Thermogenese wird dadurch beendet, dass die Mitochondrien freie Fettsäurereste oxidieren. Dadurch wird UCP1 inaktiv und die Zelle kehrt zur normalen Zellatmung zurück, bei der ATP synthetisiert wird.

Entdeckungsgeschichte

Entdeckt wurde der Ionenkanal 1979 als Uncoupling Protein, 1988 wurde es zum ersten Mal kloniert.

Ein zu Thermogenin homologes Gen konnte 1997 identifiziert werden und wurde UCP2 genannt. In den letzten zehn Jahren wurden drei weitere UCP1-Homologe gefunden, darunter UCP3, UCP4, und BMCP1 (auch als UCP5 bekannt). Erst in den vergangenen Jahren der Forschung konnte braunes Fettgewebe auch bei erwachsenen Menschen gefunden werden.

Siehe auch

• Leptin

Literatur

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• Muzzin P: The uncoupling proteins. In: Ann. Endocrinol. (Paris). 63. Jahrgang, 2 Pt 1, 2002, S. 106–10, PMID 11994670. 
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Weblinks

• Seaweed anti-obesity tablet hope (BBC-News - Zusammenspiel von Flucoxanthin und UCP1, engl.)
• MeshName

Einzelnachweise

1. Entrez Gene: UCP1 uncoupling protein 1 (mitochondrial, proton carrier). Abgerufen am 25. Februar 2011. 
2. Wang LH, e.a.: Electroacupuncture Relieves Obesity by Up-regulating PGC-1 α/UCP-1 Signaling in White Adipose Tissue in Diet-induced Obesity Rats. Zhen Ci Yan Jiu. 2018 Aug 25;43(8):495-500. Chinese. doi:10.13702/j.1000-0607.170744. PMID 30232852.
3. Nicholls DG, Bernson VS, Heaton GM: The identification of the component in the inner membrane of brown adipose tissue mitochondria responsible for regulating energy dissipation. In: Experientia Suppl. 32. Jahrgang, 1978, S. 89–93, PMID 348493. 
4. Kozak LP, Britton JH, Kozak UC, Wells JM: The mitochondrial uncoupling protein gene. Correlation of exon structure to transmembrane domains. In: J. Biol. Chem. 263. Jahrgang, Nr. 25, 1988, S. 12274–7, PMID 3410843 ( (Memento des Originals vom 7. September 2008 im Internet Archive) [abgerufen am 20. Februar 2008]).   Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.jbc.org
5. Bouillaud F, Raimbault S, Ricquier D: The gene for rat uncoupling protein: complete sequence, structure of primary transcript and evolutionary relationship between exons. In: Biochem. Biophys. Res. Commun. 157. Jahrgang, Nr. 2, 1988, S. 783–92, doi:10.1016/S0006-291X(88)80318-8, PMID 3202878. 
6. Jan Nedergaard, Tore Bengtsson, Barbara Cannon: Unexpected evidence for active brown adipose tissue in adult humans. In: American Journal of Physiology. Endocrinology and Metabolism. Band 293, Nr. 2, August 2007, ISSN 0193-1849, S. E444–452, doi:10.1152/ajpendo.00691.2006, PMID 17473055. 
7. Masayuki Saito, Yuko Okamatsu-Ogura, Mami Matsushita, Kumiko Watanabe, Takeshi Yoneshiro: High incidence of metabolically active brown adipose tissue in healthy adult humans: effects of cold exposure and adiposity. In: Diabetes. Band 58, Nr. 7, Juli 2009, ISSN 1939-327X, S. 1526–1531, doi:10.2337/db09-0530, PMID 19401428, PMC 2699872 (freier Volltext).