|
Почему нейроны потребляют так много энергии
|
|
|
|
Человеческий мозг поглощает в 10 раз больше энергии, чем остальное тело. Даже когда мы отдыхаем, эта цифра в среднем составляет около 20 процентов энергии, потребляемой телом. Этот показатель снижается у коматозных пациентов с «мертвым мозгом», но и тогда он падает всего в два-три раза. Новое исследование, проведенное учеными из Weill Cornell Medicine, дает ответ на вопрос, почему мозг является таким активным «пожирателем» энергии. В своей работе они определили крошечные капсулы-органеллы, называемые везикулами (синаптическими пузырьками), как основной источник потребления энергии в неактивных нейронах.
|
|
|
|
Нейроны используют эти пузырьки в качестве контейнеров для своих молекул нейротрансмиттеров, которые они запускают для передачи сигналов другим нейронам. Упаковка нейротрансмиттеров в везикулы – это процесс, который потребляет химическую энергию, и исследователи обнаружили, что этот процесс с точки зрения энергии по своей природе подразумевает своего рода «протечки», являясь настолько неплотным, что продолжает потреблять значительную энергию, даже когда везикулы заполнены, а синаптические «терминалы», откуда они отправляются, уже неактивны. «Эти результаты помогают нам лучше понять, почему человеческий мозг так уязвим при прерывании или ослабления подачи "топлива"», – Тимоти Райан, соавтор исследования.
|
|
|
Почему синаптический пузырек потребляет энергию даже при полной нагрузке? Исследователи обнаружили, что, по сути, происходит утечка энергии из мембраны везикулы, «отток протонов», так что специальный фермент «протонного насоса» в везикуле должен продолжать работать и потреблять топливо, даже когда везикула уже заполнена молекулами нейромедиатора. Эксперименты указали на белки, называемые переносчиками, как на вероятные источники утечки протонов. Транспортеры обычно доставляют нейротрансмиттеры в везикулы, изменяя форму для переноса. Ученые полагают, что энергетический порог для этого изменения формы переносчика стал низким в результате эволюции, чтобы обеспечить быструю перезагрузку нейротрансмиттера во время синаптической активности и, следовательно, более быстрое мышление и действие.
|
|
|
|
«Обратной стороной более быстрой загрузки будет то, что даже случайные тепловые колебания могут вызвать изменение формы транспортера, вызывая постоянный расход энергии, даже когда нейротрансмиттер "не загружается"», – Тимоти Райан. По словам Райана, хотя утечка из одной везикулы будет крошечной, в человеческом мозгу есть по крайней мере сотни триллионов синаптических везикул, поэтому энергии действительно будет тратиться немало.
|
|
|
|
Это открытие является значительным достижением в понимании базовой биологии мозга, поскольку уязвимость этого органа к нарушению его снабжения энергией является серьезной проблемой в неврологии, а метаболические нарушения были отмечены при множестве распространенных заболеваний мозга, включая болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Это направление исследований в конечном итоге могло бы помочь решить важные медицинские головоломки и предложить новые методы лечения. «Если бы у нас был способ безопасно снизить эту утечку энергии и, таким образом, замедлить метаболизм мозга, это могло бы иметь очень большое клиническое значение», – заключает Райан.
|
|
|
|
Источник
|
