Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 91
Текст из файла (страница 91)
37.30). Благодаря этому свойству,называемому адаптацией, палочки сетчаткиспособны функционировать при уровняхфоновой освещенности, различающихся намного порядков величины.Каков ионный механизм индуцированнойсветом гиперполяризации? Плазматическаямембрана наружного сегмента палочкив темноте высоко проницаема для Na+.
Этообстоятельство наряду с наличием высокого трансмембранного градиента концентраций Na+ приводит к тому, что в темнотеионы натрия быстро входят внутрь наружного сегмента. Этот градиент поддерживается (Na+ + К+)-АТРазой, локализованной в плазматической мембране внутреннего сегмента. Таким образом, в темнотеионы натрия входят в наружный сегмент,диффундируют далее во внутренний сегмент и затем выводятся с помощью насоса,работающего за счет энергии АТР. Свет каким-то образом блокирует Na+-каналыв плазматической мембране наружного сегмента. В результате ток Na+, направленныйвнутрь клетки, снижается и мембрана с внутренней стороны становится более электроотрицательной.
Другими словами, мембранный потенциал палочек при освещениисдвигаетсявсторонуравновесногоК+-потенциала. Далее индуцированная светом гиперполяризация вблизи освещенныхдисков пассивно передается по плазматической мембране на синаптическое тельце.37.16. Медиаторы передают сигналот фотолизированного родопсинана плазматическую мембрануИзменение проницаемости плазматическоймембраны для Na+ и последующая гиперполяризация - это многократно усиленныереакции наружного сегмента на свет.В самом деле, поглощение всего лишь одного фотона адаптированной к темноте палочкой блокирует ток более чем миллиона ионов натрия.
Как возникает усиление такогомасштаба? Прежде всего следует обратитьвнимание на то, что мембраны дисков, содержащие основную массу молекул родоп-Рис. 37.30.Чувствительность палочек сетчатки к импульсному освещению зависит от фонового уровня освещенности.сина, не соприкасаются с плазматическоймембраной палочек и не сопряжены с нейэлектрически. Более того, молекула родопсина, поглотившая фотон, может быть удалена от натриевого канала плазматическоймембраны на несколько тысяч ангстрем. Всеэто исключает возможность прямого взаимодействия между дисками и плазматической мембраной.
Практически не можетбыть сомнений в том, что сигнал от фотолизированного родопсина (Рд*) в мембранахдисков передается на плазматическую мембрану с помощью диффундирующих медиаторов. При этом для обеспечения той высокой степени усиления, которая реальнонаблюдается, фотолиз одной молекулы родопсина должен сопровождаться образованием (или распадом) большого числа молекул медиатора.Природа медиатора не установлена ещеокончательно; проведенные исследованияпозволили выдвинуть на эту роль двух достаточно вероятных кандидатов: ионы Са2+(рис. 37.31) и циклический GMP (рис.
37.32).В пользу Са2+ как медиатора свидетельствуютследующиеэкспериментальныеданные.1. Натриевые каналы в плазматическоймембране закрываются при повышении содержания Са2+ в цитозоле и открываютсяпри его понижении.2. При введении в цитозоль хелатирую37. Возбудимые мембраныи сенсорные системы3452. Содержание cGMP регулируется светом. В частности, под действием света происходит активация фосфодиэстеразы, гидролизующей cGMP, что будет описанонесколько ниже.3.
Фотолиз одной молекулы родопсина5ведет к быстрому гидролизу 10 молекулcGMP.37.17. Свет снижает содержаниециклического GMP путем активациифосфодиэстеразыКак показывают приведенные экспериментальные данные, возбудимость палочек зависит и от Са 2+ , и от cGMP. Взаимодействие этих агентов может играть решающую роль в зрительном возбуждении. Чтокасается молекулярного механизма индуцированного светом высвобождения Са2+Рис. 37.31.Схематическое изображениегипотезы о роли ионов кальциякак медиаторов при зрительном возбуждении.щих агентов, специфически связывающихСа 2+ , чувствительность палочек к светууменьшается.Такаядесенсибилизацияуказывает на то, что фотолиз одной молекулы родопсина ведет к высвобождениюв цитозоль нескольких сотен ионов Са 2+ .3.
После импульсного воздействия светом из наружных сегментов палочек выводится много Са 2+ .Однако, судя по результатам других экспериментов, медиатором может бытьcGMP. Решающее значение для этого заключения имеют следующие данные.1. Натриевые каналы плазматическоймембраны открываются при повышении содержания cGMP в цитозоле и закрываютсяпри снижении содержания этого нуклеотида.346Часть V.Молекулярная физиологияРис. 37.32.Схематическоеизображениегипотезы о роли cGMP какмедиатора при зрительномвозбуждении.
Рд* - фотолизированный родопсин.в цитозоль, то в этом вопросе еще много неясного. Что же касается регуляции светомсодержания cGMP в наружных сегментахпалочек, то в изучении этого вопроса в последние годы был достигнут значительныйпрогресс. На гуанилат-циклазу - фермент,катализирующий синтез cGMP,- свет, повидимому, не оказывает существенноговлияния:Зато на фосфодиэстеразу, гидролизующуюcGMP, свет оказывает поразительное по силе действие:В результате освещения активность фосфодиэстеразы возрастает в несколько сотенраз.
Стимуляция этого фермента фотолизированным родопсином опосредована регуляторным белком, называемым трансдуцином. В темноте трансдуцин содержит прочно связанную молекулу GDP. При освещении фотолизированный родопсин образуеткомплекс с GDP-трансдуцином и катализирует обмен GDP на GTP (рис. 37.34).
Возникающий комплекс GTP-трансдуцин активирует фосфодиэстеразу. Крайне важное значение имеет то обстоятельство, что всеголишь одна фотолизированная молекула родопсина катализирует обмен GDP на GTPна нескольких сотнях молекул трансдуцина,что в свою очередь активирует сотни молекул фосфодиэстеразы. Следовательно, есличисло оборотов фосфодиэстеразы составляет примерно 103 с-1, то на свету в течение секунды гидролизуется уже более 105молекул cGMP в расчете на одну молекулуфотолизированного родопсина.
Системавозвращается в исходное темновое состояние благодаря встроенной в нее GTP-азнойактивности. Присоединенный к трансдуцинуGTP подвергается медленному гидролизус образованием GDP-трансдуцина, неспособного активировать фосфодиэстеразу. Таким образом, весь этот цикл протекает засчет свободной энергии гидролиза GTP.Здесь мы видим пример того, как для усиления сигнала используется ~Р. Описанныйкаскад реакций, регулирующих содержаниеcGMP (рис. 37.35), очень напоминает каскадреакций, опосредующих действие β-адренергических гормонов, в частности адреналина (разд.
35.4).Рис. 37.33.Молекулярная модель циклического GMP.Рис. 37.34.Фотолизированный родопсин(Рд*) катализирует образование комплекса GTP с трансдуцином; этот комплекс в своюочередь активирует фосфодиэстеразу циклического GMP.[Fung В. К.-К., Stryer L., Ргос.Nat. Acad, Sci., 77, 2503 (1980).]37.18. Цветовое зрение опосредуетсяфоторецепторами трех типовВ 1802 г. Томас Юнг (Thomas Young) высказал предположение, что цветовое восприятие опосредовано тремя основными рецепторами. Как показали спектрофотометрические исследования интактной сетчатки, проведенные более 150 лет назад, в глазусуществует три типа клеток-колбочек,а именно клетки, поглощающие синий, зеленый и красный свет. Для получения спектра поглощения этих трех фоторецепторныхпигментов колбочки освещали лучом света37.
Возбудимые мембраныи сенсорные системы347честве переносчика кислорода в гемоглобине, переносчика электронов в цитохроме си катализатора в пероксидазе.Большинство форм дальтонизма (цветовой слепоты) обусловлено сцепленной с полом рецессивной мутацией. Около 1% мужчин не видят красного цвета, около2% - зеленого.
Как показали спектральныеисследования, проведенные на интактномглазе, у этих людей либо совсем отсутствуют фоторецепторные молекулы, воспринимающие красный или зеленый цвет,либо имеется измененный пигмент со сдвинутым спектром поглощения. Таким образом, дальтонизм обусловлен отсутствиемили дефектом одного из типов опсинав колбочках.Рис. 37.35.Предполагаемый каскад реакций, регулирующих содержание cGMP в сетчатке глаза. Сокращения:Рд - родопсин,Рд* - фотолизированный родопсин,Т - трансдуцин,ФДЭн - неактивная фосфодиэстераза, ФДЭ - активная фосфодиэстераза.диаметром I мкм (рис. 37.36). Кроме того,во многие колбочки вводили микроэлектроды.
Спектры действия, основанные нагиперполяризации плазматических мембран, разделяются на три группы с максимумами соответственно в синей, зеленойи красной областях видимого света. У золотой рыбки максимумы поглощения трехцветовых рецепторов приходятся на 455, 530и 625 нм, тогда как родопсин характеризуется максимумом 500 нм.Хромофором в колбочках всех трех типовслужит 11-цис-ретиналъ. В отсутствие белка протонированное шиффово основаниеимеет максимум поглощения при 380 нм.Следовательно, различные группировки наопсине оказывают значительное действие нахромофорные свойства связанного 11-цисретиналя.Зависимостьспектральныхсвойств этого хромофора от белковогоокружения - частное проявление общегопринципа, а именно взаимодействие с белком оказывает модулирующее влияние насвойства простетической группы.
Другойпример тому - функционирование гема в ка348Часть V.Молекулярная физиология37.19. 11-цис-ретиналь - хромофор всехизвестных органов зренияТолько у трех типов животных - моллюсков, членистоногих и позвоночных - глазаспособны отображать образ предмета. Анатомически глаза этих трех типов устроенысовершенно по-разному и, по-видимому,в ходе эволюции возникли независимо. Однако во всех трех случаях хромофором в фоторецепторных молекулах служит 11-цисретиналь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
