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) 564нм M (middle, G-green) 534нм S (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 гиперполяризационный потенциал 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 внимание