Qbik-club
Дата публикации:10.12.21 13:40;Автор:Евгений;Категория: Новости науки и техники;Теги:, , ;

Почему мозг расходует так много энергии?

Общеизвестный факт, что мозг потребляет 20% энергии. И куда уходит такой огромный объём ресурсов организма — до сих пор было загадкой. Однако, согласно новому исследованию, опубликованному Live Science, в вашем мозгу может происходить... Элементарная утечка энергии!

Почему мозг расходует так много энергии?

Как сообщается в результатах исследования, результаты которого были опубликованы 3 декабря в журнале Science Advances, исследователи обнаружили, что крошечные мешочки, называемые везикулами, которые содержат сообщения, передаваемые между клетками мозга, могут постоянно источать энергию. Эта утечка, скорее всего, является компромиссом для мозга, готового к работе в любой момент времени.

«Мозг считается очень дорогим в эксплуатации органом», — сказал старший автор Тимоти Райан, профессор биохимии в Weill Cornell Medicine в Нью-Йорке.

Учёные ранее предполагали, что это поглощение энергии связано с тем фактом, что мозг электрически активен, а это означает, что клетки мозга или нейроны постоянно посылают электрические сигналы для связи, процесс, который сжигает большое количество молекулы энергии, известной как аденозин 5. -трифосфат (АТФ).

Но за последние пару десятилетий клинические исследования показали, что мозг людей, которые находились в вегетативном состоянии или коме, что означает минимальную электрическую активность мозга, по-прежнему потреблял огромное количество энергии, сказал Райан Live Science. В итоге нейробиологи столкнулись с загадкой: если электрическая активность не расходует всю энергию мозга, то что же?

Протекающие пузырьки

В последние годы Райан и его команда изучали соединения в мозге, называемые синапсами, где нейроны встречаются и общаются, запуская крошечные пузырьки, заполненные химическими посредниками, называемыми нейротрансмиттерами.

Ранее они показали, что активные синапсы потребляют много энергии. Но в новом исследовании, в котором они инактивировали синапсы нейронов крысы в ​​лабораторных чашках с токсином, а затем измерили уровни АТФ внутри синапсов, команда поняла, что синапсы потребляют много энергии, даже когда нейроны не срабатывают.

Чтобы выяснить, почему, они отключили различные насосы на поверхности крошечных пузырьков, которые перемещают нейротрансмиттеры и другие молекулы внутрь и наружу, и таким образом лишили синапсы топлива. Они визуализировали синапсы с помощью флуоресцентного микроскопа и выяснили, сколько АТФ сожгли синапсы.

Они обнаружили, что на «протонный насос» приходится около 44% всей энергии, используемой в покоящемся синапсе. Когда они начали копать дальше, исследователи обнаружили, что протонный насос должен продолжать работать и сжигать АТФ, потому что везикулы всегда «пропускают» протоны.

Неактивные синапсы готовятся запустить эти пузырьки в любой момент, предварительно упаковывая их нейротрансмиттерами.

Они делают это с помощью другого насоса, который находится на поверхности пузырьков. Этот тип помпы, называемый белками-переносчиками, меняет форму, чтобы переносить нейротрансмиттеры внутрь, и взамен они захватывают протон изнутри везикулы, снова меняют форму и выплевывают протон из везикулы. Чтобы этот процесс работал, везикулы должны иметь более высокую концентрацию протонов внутри, чем в их окружении.

Но исследователи обнаружили, что даже после того, как везикулы были заполнены нейротрансмиттерами, белки-переносчики продолжали менять форму. Несмотря на то, что они не переносили нейротрансмиттеры в везикулы, они продолжали выплевывать протоны, требуя, чтобы протонный насос продолжал работать, чтобы пополнить резервуар протонов в везикуле.

«Итак, мы обнаружили, что в этом есть своего рода неэффективность», — сказал Райан. «Утечка небольшая, но если сложить триллионы утечек вместе, это приведет к довольно большим расходам даже без какой-либо электрической активности».

«Исследования проводились с использованием нейронов крыс в лаборатории, но задействованный механизм невероятно хорошо сохраняется между крысами и людьми, поэтому результаты, скорее всего, будут верны и для человеческого мозга», — сказал Райан.

По его словам, непонятно, почему в нашем мозгу произошла эта утечка, но лёгкое изменение формы, вероятно, является компромиссом для везикул, чтобы они могли быстро упаковывать нейротрансмиттеры.

Только представьте, как быстро вы бы смогли разогнаться, если бы ваш автомобиль всё время работал не на холостом ходу, а на высоких оборотах? Но сколько топлива вы бы при этом потратили впустую, — добавил он. «Возможно, плата за поддержание синапсов наготове — это то, что кажется неэффективным использованием энергии».

Райан и его команда надеются, что полученные данные могут помочь не только в фундаментальном понимании человеческого мозга, но и в клинической практике. Например, это открытие может привести к лучшему пониманию и лечению определенных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, при которой в мозгу может не хватать топлива для производства АТФ.

В этом случае «вы говорите о машине, работающей на холостом ходу, [и] вы перекрываете топливопровод», — сказал Райан.

Понравилась публикация? Поделись ей с друзьями!

Понравился сайт? Подпишьсь на нас в соцсетях!

Мы в TelegramМы ВконтактеМы в ТвиттерМы на фейсбукМы в одноклассниках
Опубликовать
Загрузка рекомендуемых публикаций