¿Por qué las neuronas consumen tanta energía incluso cuando están en reposo?

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El hallazgo es un avance significativo en la comprensión de la biología básica del cerebro.

El cerebro humano consume mucha más energía que cualquier otro órgano y lo más sorprendentemente es que sigue siendo un devorador de combustible incluso cuando sus neuronas no emiten ninguna señal, o sea cuando no emiten ningún neurotransmisor entre sí.

Una investigación publicada por investigadores del Weill Cornell Medicine y publicada por Science Advances, ha revelado que el proceso de empaquetado de neurotransmisores puede ser causante de este drenaje energético.

Como es sabido el cerebro al igual que todas las demás partes corporales, requiere de energía para funcionar. Se estima que el cerebro consume alrededor del 20 por ciento del total la energía corporal.  Por lo cual es un devorador de combustible incluso cuando sus neuronas estan en reposo.

El cerebro humano generalmente tiene un factor de seguridad muy pequeño con respecto al suministro de combustible. Por ejemplo, cuando los niveles de glucosa en sangre descienden, se producen graves consecuencias neurológicas. Este estudio demuestra por qué el cerebro humano es tan vulnerable a la interrupción o debilitamiento de su suministro de combustible.

Los científicos identificaron que pequeñas cápsulas llamadas vesículas sinápticas en neuronas inactivas son una fuente importante de drenaje de energía. Estas vesículas, utilizadas por las neuronas, actúan como contenedores de sus moléculas neurotransmisoras. Los puertos de comunicación llamados terminales sinápticos disparan estas moléculas para enviar señales a otras neuronas.

El empaquetado de neurotransmisores en vesículas es un proceso que consume energía química. Los científicos descubrieron que este proceso, en términos de energía, tiene fugas inherentes. Tiene tantas fugas que devora energía constantemente incluso cuando las vesículas están llenas y las terminales sinápticas están inactivas.

El Doctor Timothy Ryan, profesor de bioquímica y de bioquímica en anestesiología en Weill Cornell Medicine. y sus colaboradores han descubierto que las terminales sinápticas de las neuronas son importantes consumidores de energía en años recientes.  Además de ser muy activos y sensibles a cualquier interrupción de su suministro de combustible. En este estudio, los científicos indagaron sobre el uso de combustible en terminales sinápticas cuando están inactivas. Curiosamente, encontraron que el consumo de energía sigue siendo alto.

El Dr. Ryan señala:  “Este alto consumo de combustible en reposo se explica en gran parte por el conjunto de vesículas en las terminales sinápticas. Durante la inactividad sináptica, las vesículas están completamente cargadas con miles de neurotransmisores cada una y están listas para lanzar estas cargas útiles portadoras de señales a través de las sinapsis a las neuronas asociadas «.

¿Por qué una vesícula sináptica consume energía incluso cuando está completamente cargada?

Esto sucede debido a una fuga de energía de la membrana de la vesícula, una «salida de protones». Una enzima especial de «bomba de protones» en la vesícula tiene que seguir funcionando y consumiendo combustible mientras lo hace, incluso cuando la vesícula ya está llena de moléculas de neurotransmisores.

Es probable que los experimentos sugieran que los transportadores de proteínas son la principal fuente de fuga de protones. Estos transportadores llevan los neurotransmisores a las vesículas. Esto cambia la forma de las vesículas para transportar el neurotransmisor mientras permite que el protón escape al mismo tiempo.

Los científicos observaron que el umbral de energía para este cambio de forma del transportador se estableció bajo por la evolución para permitir una recarga más rápida de neurotransmisores durante la actividad sináptica y, por lo tanto, un pensamiento y una acción más rápidos.

El Dr Ryan afirmó :  “La desventaja de una capacidad de carga más rápida sería que incluso las fluctuaciones térmicas aleatorias podrían desencadenar el cambio de forma del transportador, causando este drenaje continuo de energía incluso cuando no se está cargando ningún neurotransmisor «.

«Aunque la fuga por vesícula sería pequeña, hay al menos cientos de billones de vesículas sinápticas en el cerebro humano por lo cual el drenaje de energía se incrementa«.

Se reproduce este articulo según información proveída por: Weill Cornell Medicine.

Fuente:

Camila Pulido, Timothy A. Ryan. Synaptic vesicle pools are a major hidden resting metabolic burden of nerve terminals. Science Advances, 2021; 7 (49) DOI: 10.1126/sciadv.abi9027

Pálabras clave: Neuropsicología

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