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乳酸运输载体——MCT

时间:2012-11-01 15:43:33  来源:admin  访问量:8560

 

      自上世纪90年代中期,对乳酸代谢的研究已取得不少成果,其中最为引人瞩目的成果,可看做是发现并初步阐明了乳酸载体——MCT在乳酸代谢调节中的重要作用,尤其是在乳酸穿梭中的独特作用。

 

      1994年,由Garcia C.K.领导的研究血糖运输载体的研究小组,在探索丙酮酸运输载体的过程中,首次报告了活性很高的载体MCT(Monocarborxylat transporter),并命名为MCT1。之后,又由Halestrap领导的研究小组,进一步阐明了MCT1的结构和特殊功能。已发现的MCT有14种,其中  MCT1和  MCT4与乳酸代谢关系密切,且倍受运动生理生化界所关注。


       MCT1由494个氨基酸构成,贯通12次膜,并有两个末端,即N末端和C末端,C末端的氨基酸排列更具特异性,没有ATP结合部(见图1)。

 

   

                                               图1  MCT1结构图

 

       因没有ATP结合部,他的运输功能赖于浓度梯度,而不是能量。研究发现,氧化能力很强的心肌和比目鱼肌中富有MCT1,MCT1含量同骨骼肌纤维的氧化能力呈正相关,同线粒体氧化酶活性也呈正相关。由此很容易推知,他的主要功能可能是氧化乳酸。即将乳酸输送到氧化能力强的组织器官进行氧化。所谓乳酸穿梭中的,在快肌纤维生成的乳酸就是借助MCT1,被输送到富有线粒体的慢肌纤维中氧化的。(见图2) 

 

  

图2     MCT1的主要功能功能是再慢肌纤维等氧化能力强的组织中吸纳乳酸进行氧化

 

       运动对MCT1的影响,已成为运动生理生化界关注的热门课题之一。动物实验业已证实,耐力训练可使白鼠MCT1增加,即使在滚轮式动物跑台上自由运动的白鼠中,运动量与足底肌的MCT1含量呈正相关。同时发现,MCT1越多,运动中生成的乳酸越少,即血乳酸与肌肉MCT1含量呈负相关,表明,MCT1的确能促使运动中产生的乳酸及时被氧化,致使血乳酸浓度下降(见图3) 

   

              图3  白鼠足底肌MCT1越多血乳酸浓度越低

 

       然而,欲增加MCT1含量,运动强度不能太小,也不可能通过一两次的有限运动刺激,一过性地提高MCT1含量,必须进行较长时间的运动训练。

 

       氧化利用乳酸能力很强的心肌、比目鱼肌等富有慢肌纤维的组织器官多含有MCT1;那么,具有很强的生成乳酸能力的组织器官,如快肌纤维是否也有类似的载体呢?Halestrapd的研究小组发现,快肌纤维膜中也确实存在一种不同于MCT1的另一种乳酸运输载体,被命名为MCT4。在兔子的心肌和比目鱼肌(慢肌纤维)中并未发现MCT4,它只存在于快肌纤维膜。由此推测,MCT4的主要功能是向外输送乳酸,即与乳酸的生成相关,因此在一个组织中MTC1和MCT4的含量呈反比关系,MTC1主要功能是向内摄入乳酸,而MCT4则向外放出乳酸,但这种功能上的分工并非非此即彼的绝对意义上的分工,而只有相对意义(见图4、5)。


                                           

           图4   MCT1主要司向内摄入乳酸而MCT4则司向外放出乳酸的功能


                                       

                           图5  乳酸穿梭过程中的MCT1和MCT4的功能分工

 

       关于运动对这两种乳酸载体的影响,目前仍局限于动物实验结果。经中小强度的耐力训练的白鼠,未见MCT4的变化(糖酵解酶活性下降),但经过大强度训练后的白鼠,则MCT4和MCT1同时增加,看来MCT4对运动刺激的反应不如MCT1敏感(见图6)。

 

  

图6  白鼠经中小强度耐力训练后只有MCT1增加,但经大强度训练后MCT1和MCT4同时增加

 

       这或许表明,若想增加快肌纤维的MCT4含量,必须以能够促使乳酸大量生成的大强度运动,且反复刺激才能成功。同时表明MCT1和MCT4调节乳酸代谢的机制可能不同。

 

       近来还发现,乳酸运输载体同时兼有运输丙酮酸的功能,是乳酸和丙酮酸的共用载体。我们所熟悉的糖原(葡萄糖)代谢路径中,无氧代谢与有氧代谢的分界就是生成丙酮酸,此后若无氧则酵解为乳酸;有氧则进入三羧循环,在线粒体内彻底氧化为二氧化碳和水。认为无氧酵解只能在线粒体外,即在细胞质进行,也意味着乳酸不可能进入线粒体内。但近来发现,线粒体膜不仅含有“一仆二主”(同时运输乳酸与丙酮酸)的乳酸运输载体,而且在线粒体内也发现有少量的乳酸脱氢酶,这就不能排除乳酸直接进入线粒体内被氧化的可能性。否则,(同一)细胞内乳酸穿梭的理论假说,就有不能自圆其说之嫌。如果这种假说成立,那么,还有必要把糖原的代谢过程区分为无氧与有氧两个类型吗?况且已经大多承认乳酸的生成条件并非是无氧环境,而是乳酸的生成与消除过程在数量上的暂时失衡... ...进而有氧运动与无氧运动的区分标准也变得十分模糊。有人推算,即使是像400米跑这样的最典型的乳酸供能运动项目,其50%的能量还是来自有氧分解,应称为有氧运动。然而,LT、VT、OBLA等,可重复经验观察的客观现象,以及尽管理论假说不合理,但在运动训练中反复用之有效的这些指标的理论解释,该如何更新?很值得深思。

 

       总之,仅从运动—适应角度考察,乳酸运输载体的发现,对运动生理生化学科的习以为常、似成定理、耳熟能详的一些理论构成一定程度的新挑战;也涉及到生长发育与病理生理等广泛领域,无疑,它将成为推动学科理论发展的新的动力之一。

 

       必须声明,围绕乳酸运输载体的理论解释,并未在学界完全达成共识,都认为还不够完善。其他解释理论还有:乳酸/H+、CD147复合体理论、NADH运输理论等。最引人瞩目的,似乎是想搞清楚,乳酸氧化的最初反应,即乳酸—丙酮酸的反应,究竟是在线粒体周边还是在线粒体内进行。

 

       编译自:《乳酸与运动生理生化学》《有效地利用乳酸》《体育的科学》(均日文)等。


       转自运动科学论坛