一磅一磅，大腦消耗的能量比其他器官多得多，而且令人費(fèi)解的是，即使它的神經(jīng)元沒有相互發(fā)射稱為神經(jīng)遞質(zhì)的信號，它仍然是一個耗油量大的人?，F(xiàn)在，威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，包裝神經(jīng)遞質(zhì)的過程可能是造成這種能量流失的原因。
在他們于 12 月 3 日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的研究中，他們發(fā)現(xiàn)稱為突觸囊泡的微小膠囊是非活動神經(jīng)元能量消耗的主要來源。神經(jīng)元使用這些囊泡作為其神經(jīng)遞質(zhì)分子的容器，它們從稱為突觸終端的通信端口發(fā)射信號給其他神經(jīng)元。將神經(jīng)遞質(zhì)裝入囊泡是一個消耗化學(xué)能的過程，研究人員發(fā)現(xiàn)，就能量而言，這個過程本身就存在泄漏——泄漏如此之大，以至于即使在囊泡被填充且突觸末梢處于非活動狀態(tài)時，它仍會繼續(xù)消耗大量能量。
“這些發(fā)現(xiàn)有助于我們更好地理解為什么人類的大腦是如此容易受到它的燃料供應(yīng)的中斷或弱化，”資深作者蒂莫西·萊恩博士，麻醉學(xué)威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教授生物化學(xué)和。
大腦消耗大量能量的觀察結(jié)果，即使在相對休息時，可以追溯到幾十年前對昏迷和植物人狀態(tài)下大腦燃料使用的研究。這些研究發(fā)現(xiàn)，即使在這些極度不活躍的狀態(tài)下，大腦對葡萄糖的消耗通常也只會比正常情況下降一半左右——這仍然使大腦成為相對于其他器官的高能量消耗者。從未完全了解靜息能量流失的來源。
瑞安博士和他的實驗室近年來表明，神經(jīng)元的突觸末梢，即它們發(fā)射神經(jīng)遞質(zhì)的芽狀生長物，在活躍時是能量的主要消耗者，并且對其燃料供應(yīng)的任何中斷都非常敏感。在這項新研究中，他們檢查了活躍時突觸末梢的燃料使用情況，發(fā)現(xiàn)它仍然很高。
他們發(fā)現(xiàn)，這種高靜息燃料消耗主要是由突觸末端的囊泡池造成的。在突觸不活動期間，每個囊泡都充滿了數(shù)千個神經(jīng)遞質(zhì)，并準(zhǔn)備將這些攜帶信號的有效載荷跨突觸發(fā)射到伙伴神經(jīng)元。
為什么突觸小泡即使在滿載時也會消耗能量?研究人員發(fā)現(xiàn)，囊泡膜本質(zhì)上存在能量泄漏，即“質(zhì)子外流”，因此囊泡中的一種特殊的“質(zhì)子泵”酶必須繼續(xù)工作，并在此過程中消耗燃料，即使在囊泡中已經(jīng)充滿了神經(jīng)遞質(zhì)分子。
實驗指出，稱為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的蛋白質(zhì)可能是這種質(zhì)子泄漏的來源。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通常將神經(jīng)遞質(zhì)帶入囊泡中，改變形狀以攜帶神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)入，但同時允許質(zhì)子逃逸——正如它們所做的那樣。瑞安博士推測，這種轉(zhuǎn)運(yùn)體形狀轉(zhuǎn)變的能量閾值是由進(jìn)化設(shè)定的，以便在突觸活動期間更快地重新加載神經(jīng)遞質(zhì)，從而更快地思考和行動。
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