Фотолиз зрительного пигмента

Фотолиз зрительного пигмента

- Пурпурная окраска клеток-палочек была открыта Генрихом Мюллером в 1851 году, который приписал её гемоглобину.- В 1876 году Франц Болл заметил, что сетчатка лягушки обесцвечивается на свету и возвращает окраску в темноте. - Позже Вилли Кюхне определил, что пигмент, отвечающий за окраску сетчатки — это белок наружных сегментов палочек , названный им «зрительным пурпуром» (родопсином).

История открытия родопсина

Родопсин — первый мембранный белок животного происхождения, полную аминокислотную последовательность и топографию которого удалось расшифровать в начале 80-х годов XX века.

Структура родопсина В начале 2000-х годов

американским и японским исследователям удалось методом рентгено-структурного анализа получить трехмерную структуру родопсина.

Молекулярная масса— около 40 кДа,

Полипептидная цепь состоит из 348 аминокислотных остатков.

Молекула родопсина

У человека синтезируется 4 типа опсина: 1-палочковый и 3-колбочковых, которые в комбинации с ретиналем дают родопсин и 3 вида зрительных пигментов (йодопсин), отвечающих за восприятие красного, зеленого и синего цветов

Молекула родопсина содержит одну хромофорную группу, две олигосахаридные цепочки и водонерастворимый мембранный белок — опсин.

Хромоформной группой является альдегид вит А (ретиналь), а именно его изогнутая 11-цис форма.

Оптический спектр поглощения

L ( long, R-red) 564нмM (middle, G-green) 534нмS (shot, B-blue) 420нм

Квант света является пусковым механизмом для активации зрительных реакций

Оптическая чувствительность родопсина максимальна при длине волны 500 нм

Что обеспечивает скотопическое (сумеречное) зрение

Активация фотолиза

В темновой фазе молекула ретиналя в виде неактивной изогнутой 11-цис формы

При воздействии фотона света, молекула ретиналя переходит в активную транс - форму

Фотопревращение родопсина

Единственная фотохимическая реакция в зрении, это цис-транс изомеризация ретиналя

Квант света выполняет только пусковую функцию, действуя на 11-цис-ретиналь, превращает его в фотородопсин

Все последующие перестройки в молекуле родопсина происходят без участия света.

Схема фотолиза родопсина

Фотородопсин дает начало сложному каскаду реакций, ключевым звеном в которой является образование метародопсина II

На этом этапе возникает способность взаимодействовать с G –белком (трансдуцином)

Это запускает ферментативный каскад усиления светового сигнала в зрительной клетке.

Механизм фототрансдукции

Усиление сигнала обеспечивают три этапа ферментативного каскада фото-трансдукции:

На первом каждая возбужденная светом молекула родопсина активирует множество (до двухсот) молекул трансдуцина (G-белок)

На втором усиления не происходит: одна активированная молекула трансдуцина активирует одну молекулу фосфодиэстеразы.

На третьем этапе одна молекула фосфодиэстеразы вызывает распад до 1000 молекул цГМФ.

Родопсин

G-бел.

ФДЭ

цГМФ

Синаптическая часть

Этот гиперполяризационныйпотенциал и является тем электрический сигналом фоторецепторной клетки, который передается через синапс следующим нервным клеткам сетчатки и далее головному мозгу.

Транс - ретиналь, который образуется на последней стадии фотолиза, фототоксичен, поэтому должен быть максимально быстро удален из фоторецепторной мембраны диска.

Падение в цитоплазме концентрации цГМФ приводит к блокированию специфичных ионных каналов в клеточной мембране.

Вход ионов в клетку прекращается

На клеточной мембране увеличивается электрический потенциал

Происходит гиперполяризация фоторецепторной клетки-палочки или колбочки

Выведение транс-ретиналя из клетки

В клетке пигментного эпителия ретиналь восстанавливается в цис-форму и сязывается с опсином, завершая цикл превращений.

Первый путь - транс-ретиналь с помощью ретинолдегидрогеназы превращается в транс- ретинол (витамин А) и переносится в субретинальное межклеточное пространство.

Здесь он связывается с межфоторецепторным ретинолсвязывающим белком (IRBP) и переносится в клетку пигментного эпителия.

Второй путь– транс-ретиналь связывается с ABCR (АТФсвязывающий кассетный переносчик ретиналя) и с затратой энергии АТФ он активно переносится через фоторецепторную мембрану в цитоплазму наружного сегмента.

Свет выступает и носителем информации и потенциально опасным повреждающим фактором: Первый фактор – фотосенсибилизаторы

(ретиналь и продукты его превращения) Второй фактор - кислород Третий фактор - присутствие легко

окисляющихся субстратов: белков и липидов мембран зрительных клеток.

Все эти факторы нарушают регенерацию зрительного пигмента и приводят к гибели клеток рецепторного аппарата и пигментного эпителия

Существует многоуровневая система защиты от повреждающих факторов: обновление фоторецепторных мембран (в

базальной части наружного сегмента постоянно образуются новые фоторецепторные диски, а в апикальной- «старые» обламываются и фагоцитируются клетками пигментного эпителия, за сутки происходит замена 100 дисков)

комплекс эндогенных антиоксидантов (вит Е, вит С, таурин и набор антиоксидантных ферментов)- тормозят свободно-радикальное окисление

механизм быстрого удаления токсичного ретиналя - в основном с помощью АТФзависимого кассетного переносчика ABCR

систему оптических фильтров глаза, в которой ключевую роль играет хрусталик, желтеющий с возрастом.

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание