Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Однако амплификация сигнала становится ненужной и даже вредной, когда световой сигнал содержит не один, а, например, 105 фотонов. В этом случае желательно было бы иметь систему, линейно отвечающую на изменение светового потока.
Проблема могла бы быть решена, если допустить, чтонетранс-дуциновый каскад, а какой-то другой механизм лежит в основе восприятия света большой интенсивности. Ниже мы хотели бы представить гипотезу, согласно которой таким механизмом служит генерация родопсином фотоэлектрического потенциала.
Как уже отмечалось выше (см. рис. 68), электрический потенциал, образуемый животным родопсином в ответ на первую световую вспышку, оказывается более 30 мВ, т. е. того же порядка, что ответ бактериородопсина, единственной функцией которого является генерация AW. Различие двух систем проявляется лишь при ответах на серию вспышек или на постоянный свет. В этих условиях электрогенная активность бактериородопсина сохраняется неизменной, а активность животного родопсина исчезает из-за его перехода в бесцветный опсин. По сути дела, животный родопсин — это фотоэлектрический генератор однократного действия.
Электрический потенциал, генерируемый теми молекулами родопсина, которые локализованы в плазматической мембране фоторецепторной клетки, оказывается того же направления, что генерируемый Na+/K+—АТРазой (знак «минус» в цитоплазме). Это означает, что электрогенная активность родопспна должна повышать AW на плазматической мембране. Подобный эффект качественно сходен с таковым при закрытии Ка+-каналов. Поэтому представляется в принципе возможным, что сильное повышение освещенности может быть воспринято фоторецепторной клеткой безучастия каких-либо вторичных медиаторов, просто как резуль-
3.5. Бактериородопсин
185
Рис. 69. Гипотетический механизм возбуждения фоторецепторных клеток позвоночных
Поглощение фотонов родопсином палочек или иодопсинами колбочек вызывает цепь событий, которая приводит к гиперполяризации плазматической мембраны палочек и колбочек. При высоких интенсивностях света гиперполяризация оказывается пря" мым следствием электрогенной активности родопсина или иодопсинов, локализованных в плазматической мембране и генерирующих на ней фотопотенциал. При низких интенсивностях света действует гораздо более сложная система, использующая преимущественно родопсин дисков. Она включает образование метаро-допсина II, снижение [cGMP] (а также, может быть, гидролиз дифосфофосфатиди-линозита, (Ptdl Р2), рост [Са2+]) и закрытие Ха2+-каналов, повышающее сопротивление плазматической мембраны, что приводит к ее гиперполяризации. На этом пути происходит амплификация сигнала (показана тройной стрелкой)
тат гиперполяризации плазматической мембраны благодаря генерации А? родопсином.
Есть основания полагать, что такая гиперполяризация может быть достаточно большой, чтобы вызвать возбуждение фоторецепторной клетки. В одном из наших опытов животный родопсин, сорбированный на коллодиевой пленке, генерировал фотопотенциал до 43 мВ. В силу особенностей методики эта величина должна рассматриваться как нижний предел э.д.с., создаваемой родопсином (см. выше раздел 2.1.2). Можно было бы возразить, что образуемая родопсином Д^Р будет шунтирована Ка+-каналами плазматической мембраны. Однако эта опасность должна быть сведена к минимуму на сильном свету, когда трансдуциновый каскад максимально активирован, уровень cGMP низок, a Na+-каналы закрыты.
Еще в 60-е годы было обнаружено [315, 398], что наиболее быстрый светозависимый электрический ответ фоторецепторной клетки имеет двухфазный характер: сначала положительное заряжение внутренности клетки, развивающееся быстрее, чем можно измерить электродами, и затем ее отрицательное заряжение в суб-миллисекундной временной шкале, достигающее нескольких милливольт при высокой интенсивности света. Данный ответ, названный ранним рецепторным потенциалом (РРП), рассеивается за несколько миллисекунд.
Родопсины, иодопсины
плазматической
мембраны
186
3. Первичные AixH-геператоры
По нашим данным, РРП — это не более чем выражение фотоэлектрической активности родопсина [492]. При низких интенсивностях света РРП оказывается гораздо меньше позднего рецепторного потенциала обусловленного активацией трансдуцинового каскада. По этой причине физиологи поспешили отнести РРП в разряд бесполезных побочных эффектов. Конечно, РРП не может отвечать за восприятие сигнала, если им служит один фотон. Однако он мог вызвать возбуждение на ярком свету.
Считается, что гиперполяризации порядка 0,1—0,5 мВ достаточно для возбуждения фоторецепторной клетки колбочек [899] и палочек [356] сетчатки глаза. По-видимому, далеко не случайно, что в колбочках, ответственных за цветное зрение на ярком свету, иодопсины (пигменты очень близкие к родопсину [1092]) локализованы только в плазматической мембране, образующей многочисленные выступы. В палочках, которыми мы видим в сумерках, главная масса родопсина находится в фоторецепторных дисках, взвешенных в цитозоле и не связанных с плазматической мембраной.
Иодопсины, подобно родопсину, могут генерировать фотопотенциал, на что указывает способность колбочек образовывать РРП.
