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为什么神经元即使在休息时也会消耗过多能量

科学
wanwan (42055)发表于 2021年12月07日 17时46分 星期二
来自树上银花
大脑比其它器官消耗更多能量,而且即使神经元不发射神经递质时它仍然是一个耗能大户。威尔康奈尔医学院的研究人员现在发现,封装神经递质的过程可能是造成能量消耗的原因研究报告发表在《Science Advances》期刊上。研究人员发现突触小泡(synaptic vesicles)是不活跃神经元的能耗源。神经元使用突触小泡作为包含神经递质分子的容器。

论文主要作者 Timothy Ryan 博士及其实验室此前发现,神经元突触——发射神经递质的芽状生长物,在活跃时是能耗大户,对能量供应的任何中断都非常敏感。在新研究中,他们检查了突触在不活动时的能量使用情况,发现它仍然很高。他们发现,这种高静息能耗主要是由突触末端的囊泡池造成的。在突触不活动期间,每个囊泡中都满载了数以千计的神经递质,并准备将这些携带信号的有效载荷跨突触发射给伙伴神经元。为什么突触小泡即使在满载时也会消耗能量?研究人员发现,囊泡膜本质上存在能量泄漏,即“质子流出”,因此囊泡中的一种特殊的“质子泵”酶必须继续工作,并在此过程中消耗能量——即使囊泡中充满了神经递质分子。

实验指出,被称为转运蛋白的蛋白质可能是这种质子泄漏的来源。转运蛋白通常将神经递质带入囊泡,改变形状以携带神经递质进入,但同时允许质子逃逸——正如它们所做的那样。Ryan 博士推测,这种转运蛋白形状转变的能量阈值在进化过程中被设定得较低,以便在突触活动期间更快地重新加载神经递质,从而更快地思考和行动。他表示:“更快加载能力的缺点是,即使是随机的热波动也可能触发转运蛋白的形状转变,从而导致持续的能量消耗——即使没有加载神经递质。”