Зорові пігменти
Зміст
Зорові пігменти
Поглинання світла зоровими пігментами
Будова родопсину
Колбочки і колірне зір
Колірна сліпота
Властивості каналів фоторецептора
Молекулярна структура цГМФ-керованих каналів
Передача сигналу в фоторецепторах
Метаболічний каскад циклічного ГМФ
Рецептори хребетних, деполяризуючих при дії світла
Посилення сигналу в каскаді цГМФ
Сигнали у відповідь на одиночні кванти світла
Література
Зорові пігменти
Зорові пігменти сконцентровані в мембранах зовнішніхсегментів. Кожна паличка містить близько 10 8 молекул пігменту. Вониорганізовані в кілька сотень дискретних дисків (близько 750 в паличці мавп),які не пов'язані із зовнішньою мембраною. У колбочках пігмент розташований вособливих пігментних складках, які є продовженням зовнішньої клітинноїмембрани фоторецептора. Молекули пігменту складають близько 80% всіх білківдиска. Зорові пігменти настільки щільно упаковані в мембранах зовнішньогосегмента, що відстань між двома молекулами зорового пігменту в паличціне перевищує 10 нм. Така щільна упаковка підвищує ймовірність того, що фотонсвітла при проходженні шару фоторецепторних клітин буде схопить. Виникаєнаступне питання: яким чином виникають сигнали при поглинанні світлазоровими пігментами?
Поглинання світла зоровими пігментами
Події, що відбуваються при поглинанні світла пігментом паличок- Родопсином, вивчалися за допомогою психофізіологічних, біохімічних імолекулярних методик. Молекула зорового пігменту складається з двох компонентів:білкової, званої опсин, і хромофора, 11-цис-вітамін А-альдегіду,званого ретиналь (рис.1). Слід уточнити, що хромофор міститьхімічну групу, що надає колір з'єднанню. Кількісні характеристикипоглинаючої здатності пігментів були вивчені за допомогою спектрофотометрії. Приосвітленні родопсину - пігменту паличок - світлом різної довжини хвилі,синьо-зелене світло з довжиною хвилі близько 500 нм поглинався найкраще. Подібнийрезультат був отриманий і при освітленні окремої палички під мікроскопом пучкамисвітла з різною довжиною хвиль. Була виявлена ​​цікава залежність між спектромпоглинання родопсину і нашим сприйняттям сутінкового світла. Кількісніпсихофізичні дослідження, виконані на людині, показали, щоблакитнувато-зелений денне світло з довжиною хвилі близько 500 нм оптимальний длясприйняття сутінкового світла в темряві. Вдень, коли палички неактивні івикористовуються тільки колбочки, ми найбільш чутливі до червоного кольору,відповідному спектру поглинання колб (про це ми поговоримо далі).
При поглинанні родопсином одного фотона ретинальзазнає фотоізомеризації і переходить з 11-цис в транс-конфігурацію. Цейперехід відбувається дуже швидко: приблизно за 10 - 12 секунд. Післяцього білкова частина пігменту також зазнає серію трансформаційнихзмін, з утворенням ряду проміжних продуктів. Одна з конформаційпротеїнової частини - метародопсін II - найбільш важлива для передачі сигналу (миобговоримо це далі у цій главі). На рис.2 показана послідовність подійпри обесцвечивании і регенерації активного родопсину. Метародопсін IIутворюється вже через 1 мс. Регенерація пігменту після його розпаду відбуваєтьсяповільно, протягом декількох хвилин; для цього необхідно транспортуванняретиналь з фоторецепторів в пігментний епітелій.
Будова родопсину
На молекулярному рівні білок опсин складається з 348амінокислотних залишків, створюючий 7 гідрофобних зон, кожна з якихскладається з 20-25 амінокислот, складаючи 7 трансмембранних спіралей. Оќ-кінець молекули розташований у позаклітинному просторі(Тобто всередині диска палички), а С-кінець знаходиться в цитоплазмі.
Рис.1. Структура родопсину хребетних, вбудованого вмембрану фоторецептора. Спіраль кілька розгорнута, щоб показатирозташування ретиналь (зазначено чорним). С - С-кінець, N - N-кінець.
Рис.2. Вицвітання родопсину на світлі. У темряві11-цис-ретиналь міцно пов'язаний з білком опсин. Захоплення фотона призводить доізомеризації all цис ре тіналя в троні ретиналь. При цьому комплекс опсинall-Тронсе-ретиналь швидко перетворюється в метародо псина II, який дисоціюєна опсин і all троні ретиналь. Регенерація родопсину залежить від взаємодіїфоторецепторів і клітин пігментного зпітелія. Метародопсін II включає іпідтримує в активному стані систему вторинних посередників.
Ретиналь з'єднаний з опсин через залишок лізину,розташований в сьомому трансмембранному сегменті. Опсин належить до сімействабілків, що мають 7 трансмембранних доменів, в яке входять і метаботропниерецептори медіаторів, такі як адренергічні і мускаринові рецептори. Як іродопсин, ці рецептори передають сигнал до вторинних посередникам за допомогоюактивації G-білка. Родопсин дивно стійкий в темряві. Байор підрахував, щодля спонтанної теплової ізомеризації молекули родопсину необхідно близько 3000років, або в 10 23 більше, ніж для фотоізомеризації.
Колбочки і колірне зір
Дивовижні дослідження та експерименти, виконані Янгомі Гельмгольцем в XIX столітті, привернули увагу до дуже важливого питання про кольоровомузорі, і самі ж учені дали чітке і точне пояснення цьому феномену. Їхвисновок про існування трьох різних типів колірних фоторецепторів витримаввипробування часом і був у подальшому підтверджений на молекулярному рівні. Зновуможна процитувати Гельмгольца, який порівняв сприйняття світла і звуку,кольору і звукового тону. Можна позаздрити ясності, силі і красі його думки,особливо порівняно зі збивають з пантелику віталістістіческімі концепціями,широко поширеними в XIX столітті:
Всі відмінності е колірних тонах залежать від комбінації ерізних пропорціях трьох основних кольорів ... червоного, зеленого і фіолетового ...Подібно до того, як сприйняття нані сонячного світла і його теплоти залежить ... відтого, чи потрапляють промені сонця на нерви, що йдуть від рецепторів зору або відрецепторів теплової чутливості. Як припустив Янг в своїй гіпотезі,відмінність у сприйнятті різних кольорів залежить просто від того, який з 3 типівфоторецепторів більше активується цим світлом. Коли всі три типи в рівнійступеня порушені, виходить білий колір ...
Рис. 3. Спектри чутливості фоторецепторів людини ірізних зорових пігментів. (А) Криві спектрів чутливості трьохколірних зорових пігментів, що показують піки поглинання на довжинах хвиль,відповідних блакитному, зеленому і червоному. (В) Спектри чутливостіколбочок до блакитного, зеленого і червоного кольору, і паличок (показано чорним) умакак. Відповіді реєструвалися за допомогою всмоктуючих електродів, усереднювалися інормалізувалася. Криві спектру палички були отримані при дослідженнізорових пігментів на людях. (С) Порівняння спектрів колб мавп ілюдини за допомогою тесту чутливості до кольору. Безперервна кривапоказує експеримент по визначенню чутливості до кольору у людини, припред'явлення йому світла різної довжини хвилі. Пунктиром показані результати,передвіщені на основі реєстрації струмів в окремих колбочках, післякорекції поглинання світла в кришталику і пігментами на шляху до зовнішньогосегменту. Збіг між результатами обох дослідів дивно високе.
Якщо ми проектуємо на білий екран два пучки світла різнихкольорів одночасно ... ми бачимо тільки один колір, більш або менш відмінний відобох цих квітів. Ми зможемо краще зрозуміти видатний факт того, що ми здатнісприймати всі відтінки у складі зовнішнього світла шляхом суміші трьох основнихквітів, якщо ми порівняємо очей сухому ... У разі звуку ... ми чуємо більш довгіхвилі як низькі тони, а короткі хвилі - як високі і пронизливі, крімцього вухо здатне вловлювати одночасно багато звукових хвиль, тобто багато нот.Однак вони ОІ даному випадку не зливаються в одинскладний акорд, подібно до того, як різні кольори ... зливаю...
