Онлайн
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 – National Geographic.
