Бiофiзика рецепцii органiв зору та слуху
Информация - Медицина, физкультура, здравоохранение
Другие материалы по предмету Медицина, физкультура, здравоохранение
?олда родопсин видiляли в темрявi, заморожували в рiдкому азотi при -196 i опромiнювали свiтлом. При наступному нагрiваннi зразка до визначених температур спостерiгалися змiни спектрiв поглинання через послiдовнi переходи родопсину в його похiднi. Останнi одержали спецiальнi назви (рис.4). На цьому ж рисунку приведенi обмiрюванi методом iмпульсного фотолiзу часи конформацiйних перетворень рiзних форм пiгменту при кiмнатнiй температурi. При цьому тiльки перехiд родопсин батородопсин вiдбуваСФться пiд дiСФю свiтла, а iншi стадii у темрявi.
Кожен конформер мiстить ретиналь у трансi-формi i пiд дiСФю квантiв свiтла може регенерувати безпосередньо в родопсин. РЖмовiрнiсть такоi регенерацii зростаСФ зi збiльшенням часу життя конформера, тому що збiльшуСФться iмовiрнiсть зiткнення з ним кванта свiтла. Якщо родопсин освiтити коротким спалахом свiтла i далi помiстити в темряву, то можливiсть свiтловоi регенерацii родопсину усуваСФться. У цьому випадку приблизно через 100 с вiдбуваСФться розпад родопсину на опсин i транс-ретиналь. У такiй ситуацii регенерацiя родопсину теж вiдбудеться, але вже при участi ферментiв.
Фермент ретинальiзомераза переводить транс-ретиналь у 11-цис-ретиналь, пiсля чого вiдбуваСФться його приСФднання до опсину з утворенням родопсину.
Рецепторнi потенцiали. Яким образом фотоперетворення родопсину приводять до електричноi вiдповiдi рецепторноi клiтки? Вiдповiдь на це питання дозволяють дати данi, отриманi методами вiдведення потенцiалiв, i зведення по конформацiйним перетвореннях родопсину, представленi вище. РеСФстрацiя електроретинограм (екстраклiтинне вiдведення потенцiалiв вiд сiткiвки) дозволила одержати рецепторнi потенцiали, зображенi на рис.5. Пiзнiше аналогiчнi потенцiали безпосередньо на цитоплазматичнiй мембранi паличок i колбочек були отриманi мiкроелектродними методами. Вiдразу пiсля висвiтлення палички коротким спалахом свiтла спостерiгаСФться триваючий приблизно 1 мс раннiй рецепторний потенцiал (РРП), амплiтуда якого росте зi збiльшенням iнтенсивностi спалаху, але не перевищуСФ 5 мВ. Потiм, приблизно через 1 мс, розвиваСФться пiзнiй рецепторний потенцiал (ПРП). На вiдмiну вiд всiх iнших вiдомих клiток на цитоплазматичнiй мембранi зовнiшнiх сегментiв паличок потенцiал маСФ знак плюс усерединi i знак мiнус зовнi.
Природа РРП i ПРП зовсiм рiзна. Очевидно, РРП звязаний з перемiщенням молекул родопсину пiд час конфiрмацiйних перебудов, викликаних висвiтленням. На його молекулi СФ фiксованi заряди, положення яких вiдносно бiслоя лiпiдiв пiсля поглинання квантiв свiтла мiняСФться, що i СФ причиною РРП. При цьому за ФРП вiдповiдальнi конформацiйнi перетворення родопсину до стадii метародопсин II, тобто саме вони вiдбуваються за час, порiвнянний iз тривалiстю РРП (див. рис.4). З моменту утворення метародопсина II починаються процеси зовсiм iншоi природи, у яких вирiшальну роль граСФ рух iонiв.
Особливiстю зовнiшнiх сегментiв паличок сiткiвки СФ те, що в спокоi (у темрявi) потенцiал на iх цитоплазматичнiй мембранi маСФ натрiСФву природу, на вiдмiну вiд потенцiалiв спокою нервових i багатьох iнших клiток. Це звязано з тим, що в станi спокою коефiцiСФнт проникностi для натрiю значно перевищуСФ значення таких коефiцiСФнтiв для iнших iонiв. Завдяки цьому по електрохiмiчному градiСФнтi усередину рухаСФться постiйний потiк iонiв натрiю. Натрiй, накопичуСФться в цитоплазмi зовнiшнього сегмента, а потiм через нiжку, що зСФднуСФ його з внутрiшнiм сегментом, пасивно дифундуСФ у внутрiшнiй сегмент. Тут iони натрiю попадають у цiлу енергетичну фабрику (скупчення мiтохондрiй зображене на рис.1.), де, використовуючи АТФ, що поставляСФться мiтохондрiями, працюСФ фермент АТФ-аза, який активно викачуСФ натрiй у зовнiшнСФ середовище. Коли з родопсину пiд дiСФю свiтла утвориться метародопсин II, проникнiсть цитоплазматичноi мембрани для натрiю рiзко знижуСФться, а для iнших iонiв не мiняСФться. У цих умовах на перше мiiе виходить проникнiсть для калiю, потенцiал на мембранi стаСФ калiСФвоi природи i полярнiсть його мiняСФться.
По останнiм даним, iнформацiя про фотовицвiтання родопсину в дисках передаСФться натрiСФвим каналам у цитоплазматичнiй мембранi за допомогою медiаторiв. Роль таких медiаторiв придiляСФться iонам кальцiю i циклiчним нуклеотидам (цГМФ i в меншому ступенi цАМФ).
Колiрний зiр. При слабкому свiтлi максимум чутливостi ока людини розташований близько 500 нм, що вiдповiдаСФ максимуму поглинання родопсину, що мiститься в паличках. На яскравому свiтлi максимум чутливостi змiщаСФться до 550 нм, що вiдповiдаСФ максимуму спектра поглинання пiгменту в найбiльш розповсюдженому типi колбочок. Пiгмент колбочок мiстить той же самий 11-цис-ретиналь, як i родопсин, але бiлкова частина пiгменту вiдрiзняСФться, тому пiгменти колбочок звуться йодопсинами.
Спектри поглинання зорових пiгментiв вимiрюють трьома способами: 1) зоровi пiгменти екстрагують iз сiткiвки мякими детергентами i потiм вимiрюють сумарний спектр поглинання всiх пiгментiв; 2) проводиться мiкроспектрофотометрiя окремих фоторецепторних клiток in situ; 3) у iнтактних тварин можна вимiрити спектр вiдображення свiтла вiд задньоi стiнки ока до i пiсля засвiтки могутнiм спалахом яскравого монохроматичного свiтла; остання приводить до переважного вицвiтання тiСФi форми пiгменту, що поглинаСФ свiтло даноi довжини хвилi. Данi рiзних методiв доповнюють один одного.
При вимiрi спектрiв поглинання окремих колбочок виявилося, що кожна колбочка мiстить