Текст уведомления здесь

Паучий яд затыкает активность нервных клеток молекулярными пробками

Молекулы полиаминов, содержащиеся в яде некоторых пауков, застревают в рецепторах к глутамату и таким образом нарушают передачу сигналов между нервными клетками.
Добавить в закладки
Комментарии

Сотрудники Института биоорганической химии РАН, Московского физико-технического института и Колумбийского университета в Нью-Йорке изучили взаимодействие ряда токсинов с AMPA-рецепторами к нейромедиатору глутамату, проницаемыми для кальция (CP-AMPAR). Криоэлектронная микроскопия и электрофизиологические эксперименты показали, что класс веществ, называемых полиаминами, блокирует CP-AMPAR, буквально затыкая их. Научная статья опубликована в журнале Neuron.

Глутамат, он же глутаминовая кислота, — важнейшее сигнальное вещество в нервной системе человека и других позвоночных. Передача импульсов посредством этого соединения крайне важна для правильного развития нервной системы и ее дальнейшего функционирования. Нейроны и клетки некоторых других типов тканей имеют рецепторы к глутамату, отличающиеся строением и скоростью реагирования на молекулы нейромедиатора. Изменение чувствительности нервных клеток к глутамату лежит в основе молекулярных механизмов пластичности, обеспечивающих запоминание информации и обучение новым навыкам.

Пожалуй, наиболее важный и распространенный из рецепторов глутамата — AMPA, названный так по первому обнаруженному его агонисту — α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоте. Она действует на рецептор примерно так же, как «родной» глутамат. AMPA-рецептор (AMPAR) представляет собой несколько связанных друг с другом полипептидов (длинных цепочек аминокислот), встроенных в мембрану клетки. Полипептиды при этом расположены по кругу, и между ними есть пространство — пора. Через нее в клетку или из нее могут проходить ионы некоторых металлов, в основном натрия. Но перемещение этих ионов через AMPA-рецепторы возможно только тогда, когда образуемый рецептором канал в мембране открыт и не заблокирован. Открывается он, когда к AMPAR с наружной стороны клеточной мембраны присоединяются молекулы глутамата. Блокирование канала происходит за счет других соединений, например полиаминов — органических молекул, у которых несколько присоединенных к углеродам атомов водорода заменены на группу -NH2.

Авторы статьи, о которой идет речь, изучили механизмы, по которым полиамины блокируют AMPA-рецепторы. Раньше можно было только констатировать сам факт такой блокировки, а теперь методы определения структуры молекул, такие как криоэлектронная микроскопия, позволяют «заморозить» один и тот же комплекс веществ в разных состояниях и таким образом отследить изменение его строения во времени. Этим методом и воспользовались ученые: они выделяли из клеток почки эмбриона человека HEK293 AMPAR, пропускающие не только натрий, но и кальций (CP-AMPAR), и воздействовали на них полиаминами. Некоторые из них, спермин и спермидин, образуются в организме человека, т.е. являются эндогенными. Другие использованные блокаторы проницаемых для кальция AMPA-рецепторов производятся пауками: NASPM — синтетический аналог яда японского Nephila clavata, а AgTx-636 — яд Argiope lobata, встречающегося в Алжире и Крыму. Комплексы CP-AMPAR с названными блокаторами «фотографировали» с помощью криоэлектронной микроскопии, а их состояние (открытое, закрытое или заблокированное) определяли методикой patch-clamp — в данном случае регистрируя ток, проходящий через отдельно взятый AMPA-рецептор.

Ученые выяснили, что полиамины — блокаторы проницаемых для кальция AMPA-рецепторов — работают только тогда, когда ионные каналы этих рецепторов открыты, то есть в присутствии молекул глутамата. AgTx-636, NASPM, спермидин и прочие подобные соединения входят внутрь CP-AMPAR и закрывают собой просвет их каналов. Их положение при этом похоже на пробку, застрявшую в горлышке винной бутылки при попытке продавить ее внутрь.

Информация, полученная в ходе исследования, важна не только для фундаментальной науки. Блокирование проницаемых для кальция рецепторов к глутамату типа AMPA может быть полезно для некоторых медицинских целей — например, чтобы ограничивать избыточную активность нервных клеток, способную привести к эпилептическим припадкам. Чтобы разработать эффективный и избирательный препарат для этой цели, необходимо хорошо представлять себе, как именно полиамины и подобные вещества влияют на структуру AMPA-рецепторов.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Ископаемое топливо на Крайнем Севере предложили заменить древесными отходами

Российские ученые сочли отходы древесных производств достойной альтернативой топливу, которое завозят в северные регионы.
Добавить в закладки
Комментарии

Сотрудники Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и РТУ МИРЭА подсчитали количество энергии из ископаемого топлива, входившего в состав северного завоза 2015 года, и сравнили его с энергией, которую можно получить из отходов древесного производства в местах, куда такой завоз осуществляется. Они пришли к выводу, что древесные гранулы региона по совокупной энергоемкости могут заменить бензин, уголь и дизельное топливо. Научная статья опубликована в IOP Conference Series: Earth and Environmental Science.

Немалая часть территории России находится в очень суровых климатических условиях. Минусовые температуры держатся там большую часть года, что делает земледелие невозможным, а скотоводство — весьма трудным и ограниченным. Создание дорог затруднено из-за многолетней мерзлоты. Тем не менее на Крайнем Севере живут и работают люди. Ресурсы на зиму для них поставляют централизованно, под контролем государства и с участием бюджетных денег.

Авторы обсуждаемой статьи задались вопросом, можно ли удовлетворить энергетические нужды жителей Крайнего Севера за счет местных ресурсов. Для этого они проанализировали состав северного завоза 2015 года и обнаружили, что по объему он на 95,1 процента состоял из топлива. Затем ученые определили, сколько энергии можно было получить при его сжигании в целом и при сжигании его отдельных компонентов — угля, бензина и дизельного топлива. Всего северный завоз 2015-го мог дать 112,7 петаджоулей (1015 джоулей) энергии. Из них 81,5 ПДж приходилось на дизельное топливо, 21,6 ПДж — на уголь и 9,6 ПДж — на бензин.

Полученные значения исследователи сравнили с тем количеством энергии, которое можно получить при сжигании отходов древесных производств. Как правило, такие производства располагаются не на Крайнем Севере (там зачастую слишком холодно для роста деревьев), а в соседних регионах, расположенных чуть южнее. Тем не менее древесную стружку и другие бросовые продукты индустрии, спрессованные в гранулы, до Крайнего Севера доставлять нередко дешевле, чем уголь и бензин в рамках северного завоза. «Энергетическая ценность» древесных гранул, производимых на Севере, по подсчетам ученых, составляет 355,9 ПДж. Это в три раза больше, чем энергия от сжигания всего топлива северного завоза 2015 года. Такое соотношение позволило авторам работы предположить, что энергетику Крайнего Севера хотя бы частично можно перевести с ископаемого топлива на «биологическое» и тем самым снизить долю топлива в северном завозе. [ ... ]

Читать полностью

Солнечные и ветровые электростанции сделают Сахару пригодным для жилья местом

Их массовое строительство должно привести к озеленению пустыни и увеличению осадков.
Добавить в закладки
Комментарии

Международная группа исследователей предложила способ комплексной оценки последствий масштабного строительства солнечных батарей и ветряков в одном регионе. Они обнаружили, что в такой ситуации пустыня только выиграет, став заметно более влажным и зеленым местом. Выводы исследования до некоторой степени применимы и к другим регионам, что повышает их ценность. Однако пока человечество не может потребить такое количество энергии, которое вырабатывали бы эти электростанции в таком сценарии. Соответствующая статья опубликована в Science.

Как отмечают авторы новой работы, до сих пор все попытки учесть экологические последствия строительства СЭС и ВЭС опирались на ложное предположение, что площадь, занятая растительностью, после появления солнечных панелей и ветряков не изменится. Однако практика последних лет показывает, что на деле крупные СЭС и ВЭС заметно меняют ситуацию с озеленением тех мест, где их строят. Исследователи попытались учесть эти эффекты, введя в моделирования влияния СЭС и ВЭС на окружающую среду обратные связи.

У них получилось, что строительство обоих этих видов электростанций создает локальные эффекты, подобные тем, что глобальное потепление должно обеспечить к концу XXI века. Ветряки отбирают часть энергии у ветра и за счет этого воздух с высот в сотни метров опускается вниз, в приземные слои. В условиях Сахары он будет теплее и влажнее приземного. При этом максимальный рост температур случится не для пиковых дневных, а для минимальных ночных — иначе говоря, климат Сахары, холодной ночью и жаркой днем, должен заметно смягчиться.

Торможение переносимых ветром воздушных масс из верхних слоев атмосферы ведет к тому, что влажные экваториальные воздушные массы, обычно быстро двигающиеся к северу, и не успевающие дать осадки над Сахарой, будут отдавать пустыне больше влаги в виде дождей. Параллельно рост температур будет способствовать росту испаряемости, а тот, в свою очередь — росту осадков. Сходные механизмы давали и моделируемые солнечные электростанции, с той только разницей, что они повышали температуру и влажность за счет того, что от их поверхности отражается меньше солнечного света, чем от поверхности пустынь. [ ... ]

Читать полностью

Гигантский экранолет поможет ракетам достичь космоса

Впрочем, для этого потребуется разработка соответствующих новых ракет.
Добавить в закладки
Комментарии

Таганрогский авиационный научно-технический комплекс (ТАНТК) имени Бериева, по словам главы этой организации, снова ведет проектирование необычного экранолета с возможностью посадки на воду — Бе-2500. Проект был заморожен еще в советское время, сейчас же разработчики считают его актуальным для доставки космических ракет на экватор (на экваторе скорость вращения Земли максимальна, а значит, увеличивается и скорость ракеты; грузоподъемность тоже существенно увеличивается). О происходящем пишет «Интерфакс».

Экранолетами называют летательные аппараты, способные, с одной стороны, лететь у поверхности планеты на экранном эффекте (он резко увеличивает подъемную силу на высоте до половины размаха крыла), а с другой — пригодные для полета и на больших высотах (при более интенсивной эксплуатации моторов). За счет таких способностей экранолет теоретически тратит меньше топлива в приземном режиме полета.

Согласно Юрию Грудину, главе ТАНТК, сегодня его организация возобновила эскизное проектирование Бе-2500 «Нептун», экранолета, разработки которого начались еще в конце существования СССР. Ориентировочно Бе-2500 должен иметь длину в 115 метров при размахе крыла 125 метров — это рекордные параметры для самолетов, способных к посадке на воду. Ожидаемый взлетный вес должен быть не меньше 2500 тонн, откуда и название проекта. Полезная нагрузка ожидается до тысячи тонн, дальность полета (правда, не с максимальной полезной нагрузкой) — до 16 тысяч километров, на уровне стратегических бомбардировщиков и больше, чем у современных авиалайнеров.

На экранном режиме полета у земли (или воды) экранолет сможет разгоняться до 450 километров в час, а на высоте в несколько тысяч метров — до 770 километров в час, что очень близко к максимальной скорости современных авиалайнеров. В советское время одной из целей проекта рассматривалась доставка морского десанта на большие расстояния за умеренное время. Сейчас представители ТАНТК делают упор на том, что Бе-2500 мог бы стать идеальной платформой для доставки космических кораблей в верхние слои атмосферы экваториальной зоны Земли, для «горизонтального старта». В этом отношении он, в теории, сможет заменить «Морской старт», морскую платформу для запуска ракет из экваториальных вод. На экваторе первая космическая скорость меньше, чем в высоких широтах (из-за большего расстояния до центра масс Земли), поэтому запуск в космос оттуда требует меньше затрат энергии при одинаковой полезной нагрузке. Кроме того, экранолет мог бы доставлять существующие ракеты до точки пуска на экваторе (вместо морских судов, как сейчас, что затягивает и удорожает процесс), причем непосредственно от завода-изготовителя. [ ... ]

Читать полностью