Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
замыкается между альдегидной группой ретиналя и е-аминогруппой лизина
белка.
3. Фотофизика и фотохимия зрительной рецепции
129
3. ФОТОФИЗИКА И ФОТОХИМИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ РЕЦЕПЦИИ
В основе механизмов зрения лежит первичная фотохимическая реакция цис-
транс-изомеризации ретиналя- "распрямление" сопряженной углеводородной
цепи хромофора. Дис-гранс-изомеризация ретиналя протекает по
одноквантовому (одноударному) механизму. Фотофизические процессы в
ретинале, предшествующие фотохимической реакции, изучались многими
авторами. Поглощение света ретиналем обусловлено скорее всего л-л*-, а не
п-л*-переходом. Так, было показано, что константы скорости образования
водородной связи альдегидной группы ретиналя с кислородом не различаются
в основном и возбужденном состоянии (данные флеш-фотолиза). Иными
словами, распределение электронной плотности у атома кислорода в основном
и возбужденном состоянии одинаково, чего не было бы при передаче
несвязывающего л-электрона кислорода на делокализованную л-орбиту. Об
этом свидетельствуют также высокие значения коэффициента экстинкции 1 l-
tfMC-ретиналя (около 104), что характерно для л-л-поглощения.
В противоположность фотосинтезу фотофизическая стадия зрительной рецепции
не включает процессов меж-пигментной миграции энергии, т. е. поглощенная
ретиналем энергия не делокализуется в пределах палочки. Это следует из
проявления дихроизма родопсина палочек в режиме интенсивного
фотовыцветания при облучении поляризованным светом и высоких значений
степени поляризации флуоресценции замороженных спиртовых растворов
родственного ретиналю витамина Аь Однако в пределах одной макромолекулы
липохромопротеида имеет место миграция энергии от опсина к ретиналю с
изомеризацией последнего. Квантовый выход изомеризации для Я = 280 нм
составляет всего 0,26 (для видимой области спектра 0,66). Это указывает
на низкую эффективность миграции энергии между ароматическими
аминокислотами опсина и ретиналем, которая, по данным Эбрей, не превышает
12%.
Таким образом, все фотофизические и фотохимические события, лежащие в
основе механизмов зрения, строго локализованы в месте поглощения кванта
света.
Высказывается предположение, что первичная фото-
130
Глава VI. Зрение
химическая реакция зрения (г^ис-гранс-изомеризация ретиналя) протекает
через триплетное состояние 3(я-я*) хромофора. Основанием для этого вывода
служат квантовомеханические расчеты, показывающие, что в триплетном
состоянии резко уменьшается энергетический барьер, разделяющий цис- и
транс-формы как ряда органических молекул, так и самого ретиналя. В
пользу протекания чнс-транс-изомеризации ретиналя через триплетное
состояние свидетельствуют также и некоторые экспериментальные данные. В
частности, обнаружена заселенность триплетных уровней ретиналя при его
освещении. В опытах с использованием флеш-фотолиза было зарегистрировано
триплет-триплетное поглощение ретиналя, которое не могло иметь места при
низкой концентрации молекул в первом триплетном состоянии. Тот же вывод
следует из анализа процессов миграции энергии донор-"-триплетное
состояние ретиналя.
С помощью флеш-фотолиза показано также, что вероятность синглет-
триплетной интеркомбинационной конверсии ретиналя составляет 60% от общей
вероятности дезактивации синглетного возбужденного состояния. Это
удовлетворительно согласуется с величиной квантового выхода
фотоизомеризации ретиналя (0,6-0,7) как в свободном состоянии, так и в
составе родопсина. Однако предположению о триплетной природе реакции
фото-изомеризацни ретиналя противоречат данные, полученные в лаборатории
Ламолы: с помощью пикосекундной спектроскопии удалось оценить время цис-
транс-превра-щения ретиналя (около 6 пс), которое оказалось слишком
коротким по сравнению со временем жизни триплетных состояний.
Остановимся более подробно на квантовых выходах фотоизомеризации
ретиналя. Квантовый выход превращения 11 -цис-^полностью транс-форма
свободного ретиналя в гексановых растворах, по данным Уолда, сильно
зависит от температуры. При температуре 25° С квантовый выход (при 365
нм) равен 0,2, в то время как при - 65° С - 0,6. Последняя величина
совпадает с усредненным для трех длин волн видимого света (450, 500, 550
нм) значением квантового выхода изомеризации хромофора родопсина в
дигитониновом растворе при 20° С. Это совпадение скорее всего означает,
что свойства микроокру-
3. Фотофизика и фотохимия зрительной рецепции
131
жения хромофора, входящего в состав родопсина, и замороженной гексановой
матрицы сходны. Еще более высокое значение квантового выхода
обесцвечивания различных зрительных пигментов получены Дартнеллем и
Кропфом - 0,67. Наконец, по данным Рипса и Уила, квантовый выход фотолиза
родопсина в живом глазу человека близок к единице. Приведенные данные
позволяют сделать вывод о том, что реальные значения квантового выхода
цис-транс-фотоизомеризации ретиналя в родопсине чрезвычайно высоки и
приближаются к единице.
