Glukóza má klíčovou roli v energetickém metabolismu, ale její vysoké hladiny tělo poškozují a urychlují stárnutí. Ptáci přesto v průběhu evoluce dospěli k paradoxní kombinaci neobvykle vysokých hladin krevní glukózy a dlouhověkosti. Výzkum této unikátní modelové skupiny nám může pomoci lépe porozumět jak evoluci dlouhověkosti, tak civilizačním nemocem, jako jsou metabolický syndrom a cukrovka.
Seznam použité a doporučené literatury najdete ke stažení v PDF formátu níže pod obrazovou galerií.
Glucose plays a key role in energy metabolism, but its elevated levels can harm the body and accelerate aging. Birds, however, have evolved a paradoxical combination of unusually high blood glucose levels and longevity. Studying this unique model group could help us better understand both the evolution of longevity and diseases of civilization, such as metabolic syndrome or diabetes.
-
Tropičtí pěvci se vyznačují v průměru nižšími hladinami krevní glukózy než jejich příbuzní z mírného pásu, což souvisí mimo jiné s jejich nižší plodností. Na snímku drozdík horský (Cossyphicula isabellae) z Kamerunu. Tento tropický druh má nižší hladinu krevní glukózy než jeho temperátní příbuzná červenka obecná (Erithacus rubecula), a to i přes obecně vyšší hladiny glukózy v krvi u horských druhů oproti nížinným. Foto T. Albrecht
-
Králíček obecný (Regulus regulus) je příkladem druhu s vysokou hladinou krevní glukózy i vysokou plodností, což dobře ilustruje pozitivní vztah mezi těmito dvěma znaky. Foto T. Albrecht
-
Vlaštovka obecná (Hirundo rustica) dokládá pozitivní korelaci mezi hladinou glukózy v krvi a plodností z opačného konce spektra – má nízkou hladinu krevní glukózy a v průměrné snůšce odchovává relativně malý počet mláďat. Foto M. Šulc
-
Pozitivní korelace klidových hladin krevní glukózy s velikostí snůšky u pěvců mírného pásu. Body představují průměrné hodnoty na druh. Graf na základě dat a analýzy z práce O. Tomáška a kol. (2019), s rozšířením o nová data
-
Koncentrace glukózy v krvi obratlovců (mmol/l). Ptáci mají hladiny glukózy v krvi v průměru dvakrát až čtyřikrát vyšší než podobně velcí zástupci jiných skupin obratlovců. Přes takto vysoké koncentrace patří spíše k dlouhověkým obratlovcům. To naznačuje, že se u ptáků v průběhu evoluce vyvinuly adaptace, které je chrání před negativními účinky vysokých koncentrací glukózy, jimiž trpí pacienti s cukrovkou. Upraveno podle: S. Polakof a kol. (2011)
-
Vysoká hladina krevní glukózy nebrání u ptáků evoluci dlouhověkosti. Důkazem je např. červenka obecná, která i přes vysokou hladinu glukózy v krvi patří k nejdéle žijícím druhům mezi malými pěvci – může se dožít až 20 let. Foto T. Albrecht
-
Druhy živící se nektarem, jakým je např. africký strdimil Cinnyris reichenowi, konzumují velké množství jednoduchých cukrů, což u nich vede k extrémně vysokým hladinám krevní glukózy. Díky tomu představují vhodné modelové 5 4 3druhy pro studium adaptací, které tělo proti negativním účinkům glukózy chrání. Foto T. Albrecht
-
Inzulinová rezistence je stav, při němž buňky přestávají dostatečně reagovat na hormon inzulin. Za normálních podmínek pomáhá inzulin glukóze dostat se z krve do některých typů buněk (např. svalových), kde může být využita jako zdroj energie, nebo uložena do zásoby ve formě glykogenu. Pokud však tyto buňky nereagují na inzulin dostatečně, hladina glukózy v krvi se zvyšuje. Nadbytečná glukóza, kterou tělo neumí využít, se přeměňuje na tuk a ukládá do tukových zásob. Dochází tak k paradoxní situaci, kdy svalové buňky „hladovějí“, i když je v okolí glukózy nadbytek. Buňky některých orgánů, jako jsou mozek, nervy a ledviny, však k příjmu glukózy inzulin nepotřebují. Nadměrné koncentrace glukózy pak tyto orgány přímo poškozují, což může vést k vážným zdravotním komplikacím. Vytvořeno v programu Biorender. Orig. O. Tomášek
-
Energetická přeměna glukózy a vznik volných radikálů v mitochondriálním dýchacím řetězci. Glukóza se nejprve v cytoplazmě během glykolýzy rozštěpí na dvě molekuly pyruvátu. Pyruvát se přesouvá do mitochondriální matrix, kde je přeměněn na acetylkoenzym A (acetyl-CoA) a ten vstupuje do Krebsova cyklu. Hlavním produktem Krebsova cyklu jsou energetické přenašeče NADH a FADH2, přenášející elektrony do dýchacího řetězce. Ten díky jejich energii „pumpuje“ vodíkové protony (H+) přes vnitřní mitochondriální membránu, čímž vytváří rozdíl koncentrací protonů mezi mitochondriální matrix a mezimembránovým prostorem – vzniká protonový potenciál. Protony nahromaděné v mezimembránovém prostoru se poté vracejí přes enzym ATP-syntázu podobně jako voda přes turbínu. ATP-syntáza z jejich energie vyrábí adenosintrifosfát (ATP), jenž je základním zdrojem okamžitě využitelné energie pro buňky. Přenos elektronů v dýchacím řetězci však není stoprocentně spolehlivý. Některé elektrony z řetězce předčasně uniknou a jejich následnou reakcí s kyslíkem vzniká volný radikál super oxid (O2. –). Rychlost vzniku superoxidu se zvyšuje, pokud je vysoký protonový potenciál, proti kterému dýchací řetězec musí protony „pumpovat“. Ke zvýšení protonového potenciálu, a tedy i k nadměrné koncentraci superoxidu, dochází např. při hyperglykemii následkem vysoké aktivity Krebsova cyklu a dýchacího řetězce. Nadměrná produkce superoxidu aktivuje rozpojovací protein UCP1 (Uncoupling Protein 1), který ji pomáhá snížit tím, že nadbytečné protony „vyplýtvá“ vypouštěním zpět do mitochondriální matrix. Tento mechanismus pomáhá chránit buňky před oxidačním stresem a zároveň se podílí na udržování tělesné teploty, neboť místo tvorby ATP vede k uvolnění tepla. Orig. O. Tomášek
-
Schéma procesu glykace proteinů. Glukóza a jiné cukry se v prvním kroku navazují na volné aminoskupiny proteinů a vznikají nestabilní Schiffovy báze. Ty se dále přeměňují přes Amadoriho produkty až na stabilní koncové produkty glykace – AGE (Advanced Glycation End-products). Orig. O. Tomášek
