цГМФ

Фотолиз зрительного
пигмента
История открытия родопсина
- 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).
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
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.

У человека синтезируется 4 типа
опсина: 1-палочковый и 3колбочковых, которые в
комбинации с ретиналем дают
родопсин и 3 вида зрительных
пигментов (йодопсин), отвечающих
за восприятие красного, зеленого
и синего цветов
Оптический спектр поглощения
Оптическая
чувствительность
родопсина
максимальна при
длине волны 500
нм
 Что обеспечивает
скотопическое
(сумеречное)
зрение

L ( long, R-red) 564нм
M (middle, G-green) 534нм
S (shot, B-blue) 420нм
Квант света является
пусковым механизмом для
активации зрительных
реакций
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 11цис-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
Родопсин

G-бел.

ФДЭ


цГМФ
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.
Синаптическая часть
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 клеткипалочки или колбочки

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.
Выведение транс-ретиналя из клетки
Первый путь - трансретиналь с помощью
ретинолдегидрогеназы
превращается в трансретинол (витамин А) и
переносится в
субретинальное
межклеточное пространство.
 Здесь он связывается с
межфоторецепторным
ретинолсвязывающим
белком (IRBP) и
переносится в клетку
пигментного эпителия.


Второй путь– трансретиналь связывается с
ABCR
(АТФсвязывающий
кассетный переносчик
ретиналя) и с затратой
энергии АТФ он активно
переносится через
фоторецепторную
мембрану в цитоплазму
наружного сегмента.
В клетке пигментного эпителия ретиналь
восстанавливается в цис-форму и сязывается
с опсином, завершая цикл превращений.
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