Неуёмная любовь детей и взрослых к сладкому имеет очень простое биологическое объяснение. Углеводы, из которых сахар состоит на 100%, — самый «скоростной» источник энергии для внутриклеточных процессов, известный науке. Проглотил сладкий пирожок, глубоко вдохнул — и вперёд: очень скоро кровь понесёт глюкозу к клеткам, а там она превратится в воду, углекислый газ и 4 килокалории энергии на каждый грамм окисленных углеводов. Делать это (конечно, без участия крови) научились ещё микроорганизмы, возникшие на Земле миллиарды лет назад.
Но животные, и особенно млекопитающие, очень далеко ушли от одноклеточных в плане повышения эффективности работы организма. Мы умеем превращать неизрасходованные излишки углеводов в жир, и это умение буквально выпирает эдаким «спасательным кругом» из-под коротких блузок сладкоежек, одетых в чересчур узкие джинсы. Жировые запасы, которые животные складируют на чёрный голодный день, только увеличиваются, если такой день так никогда и не наступает: обратный процесс преобразования жиров в глюкозу в организме животных невозможен.
Трудно сказать, что является главной причиной ожирения — потребление «вкусной» жирной или «питательной» мучной пищи, но именно углеводы составляют большую часть дневного рациона человека. Хлеб, макароны, картошка и литры сладкой газировки, в которых не отказывают себе жители сытых стран, — это всё углеводы, и они точно являются одной из причин эпидемии ожирения, которая охватила развитой мир.
Диеты с низким содержанием углеводов действительно помогают некоторым справиться с ожирением, даже тем, кто уже и не мыслил себя стройным и поджарым. Однако диеты — это всё-таки прошлый век. В наши дни мечтой любого лежебоки должна быть генная терапия: вставят тебе куда-нибудь ген — и тут же станешь моложе, умнее, стройней и сексуальнее. Всё это пока сказки, но учёные и впрямь методично разбираются в деталях регулирования самых разных внутриклеточных процессов, и существует немало препаратов, искусственно созданных для воздействия на тот или иной каскад реакций в наших клетках.
Возможно, когда-нибудь придёт и черёд таблеток от ожирения для любителей макарон и газировки.
Учёные нашли последнее недостающее звено механизма, ответственного за превращение углеводов в жиры.
Роджер Вонг, его научная руководительница Хейсук Соль и их коллеги по Университету Калифорнии в Беркли разобрались, каким образом организм регулирует превращение неизрасходованной глюкозы в липиды. И, как водится, в подтверждение представили мышей, которые могут есть столько углеводов, сколько им заблагорассудится, и при этом оставаться более или менее стройными. Работа учёных опубликована в последнем номере авторитетного журнала Cell.
Превращение излишков глюкозы в жир происходит в специальных клетках внутри нашей печени (липоцитах) под действием целого набора ферментов, но центральная роль отдана синтазе жирных кислот FAS. Этот белок разными своими участками катализирует ни много ни мало 7 химических реакций, на выходе которых получаются триглицериды, готовые к упаковке в маленькие липидно-белковые шарики и отправке к местам складирования на животе или в ягодицах.
Учёным давно известно, что интенсивность этого процесса многократно возрастает после еды — в ответ на подъём концентрации инсулина в крови, оповещающего самые разнообразные клетки нашего организма о том, что им пора заняться утилизацией появившихся калорий. В клетках печени существуют специальные рецепторы, которые в ответ на связывание с ними молекул инсулина выделяют белок PP1 (протеинфосфотазу-1), и, как только в клетках начинает циркулировать PP1, скорость синтеза фермента FAS по его заложенному в ДНК генетическому коду возрастает многократно.
Учёные также знают, что скорость синтеза FAS регулирует специальный транкрипционный фактор USF, присоединяющийся к промотору гена. Но вот загадка: количество USF от концентрации инсулина в крови никак не зависит, и PP1 с ним никак не контактирует. Значит, мы то ли совсем не понимаем, как устроен регулирующий каскад, либо какое-то важное звено пропущено. К счастью, правильный ответ второй.
Вонг показал, что ключевую роль играет фермент под названием DNA-PK, ДНК-зависимая протеинкиназа.
Известно, что этот белок помогает «залечивать» разорванные цепочки ДНК, откуда и получил своё название. Но в данном случае он действует по-другому.
По сигналу инсулиновых рецепторов PP1 активирует DNA-PK, счищая с его полипептидной цепи мешающие работе остатки фосфорной кислоты. Как только DNA-PK оказывается в рабочем состоянии, он присоединяет такие же остатки к USF. USF они помогают — с фосфатными остатками он может взаимодействовать с молекулой (P/CAF) и в сотрудничестве с ней значительно ускорять считывание гена FAS. А значит, и синтез этого фермента, благодаря которому каждый съеденный пирожок добавляет положенные доли миллиметра к обхвату талии.
Проверить описанную конструкцию не составило труда: в распоряжении биологов есть линия мышей SCID, у которых с синтезом DNA-PK большие проблемы (этим мышам вообще не повезло — SCID означает Severe combined immunodeficiency, «тяжёлый комбинированный иммунодефицит»). Учёные поставили классический эксперимент: обычных и SCID-мышей сажали на одну и ту же диету, эквивалентом которой для человека стал бы неограниченный доступ к макаронному ресторану.
«Дефектные» мыши ели столько же, сколько и их нормальные собраться, но оказались на 40% менее жирными — без очевидного ущерба для здоровья и общей бодрости.
Учёные надеются, что их работа поможет диабетикам I типа, организм которых не синтезирует инсулин, а потому не способен запускать описанный каскад реакций в печени и превращать углеводороды в жиры; совсем без жиров человеку худо. Если появится возможность активировать DNA-PK каким-то иным способом, без участия инсулина, одна из проблем диабетиков будет решена.
Бороться с ожирением через умышленное отключение этого фермента вряд ли разумно — умение ремонтировать разорванные цепочки ДНК всё-таки важнее, чем способность есть булочки и не толстеть. Но теперь, когда мы знаем весь каскад реакций, умышленно вмешаться в него будет проще. Вопрос лишь в том, стоит ли: если вести достаточно активный образ жизни, никаких излишков глюкозы для преобразования в жир просто не останется.