Фотолиз зрительного пигмента. - Пурпурная окраска клеток-палочек была открыта Генрихом Мюллером в 1851 году, который приписал её гемоглобину. - В 1876. - презентация

1 Фотолиз зрительного пигмента

2 - 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

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

4 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.

5 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.

6 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

7 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

8 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.

9 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.

10 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

11 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

12 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.

13 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

14 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.

15 Спасибо за внимание