Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
ГЛАВА 13. ФОТОРЕЦЕПТОРНЫЕ МЕМБРАНЫ
225
Молекула родопсина расположена как в гидрофильной, так и в гидрофобной областях мембраны, т. е. частично погружена в липидный слой (Blaurock et al., 1971; Blaurock, 1972; Blasie, 1972).
Часто возникает вопрос о том, с какой стороны мембраны расположен зрительный пигмент. Последние работы, показавшие, что содержание родопсина в наружных сегментах палочек доходит почти до 90%, делают такую постановку вопроса неправомерной. Очевидно, функциональная асимметрия мембраны достигается не локализацией родопсина только с одной стороны мембраны, а каким-то другим образом, может быть неодинаковым расположением молекул на разных сторонах мембраны или наличием особых функциональных центров только с одной стороны мембраны.
Обычно молейулу родопсина представляют в виде глобулы размером 40—50 А. Эта величина получена по данным электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа фоторецепторных мембран (Nilsson, 1964; Blasie et al., 1965, 1969) и соответствует размеру частиц, полученных после звуковой дезинтеграции фоторецепторных мембран (Fukami, 1962). Однако при определении размера молекулы родопсина методом флуоресцентных меток оказалось, что она представляет собой палочку длиной 75 А и шириной около 30 А. Если эти результаты справедливы, то родопсин пронизывает всю толщу мембраны, а не «намазан» с обеих сторон. В таком случае очень легко представить себе асимметрию структурной организации фоторецепторной мембраны.
Хромофор зрительного пигмента — ll-tyitc-ретиналь расположен в плоскости мембраны, т. е. перпендикулярно длинной оси палочки.
Недавно было обнаружено, что молекулы зрительного пигмента свободно вращаются в плоскости диска (Brown, 1972; Cone, 1972). Было высказано предположение, что молекулы родопсина могут свободно перемещаться по мембране диска (Singer, Nicolson, 1972). Подтверждением этого могут служить, по-видимому, данные, полученные при изучении регенерации родопсина с помощью меченых аминокислот (Young, 1969,
1971). Вся метка в колбочках и небольшая ее часть в палочках распределяются диффузно по всей мембране. Такое распределение метки, возможно, осуществляется путем свободной миграции опсина по диску. Однако эта «жидкая мозаичная» модель фоторецепторной мембраны еще требует подтверждения.
Освещение фоторецепторной мембраны, так же как и экстрактов зрительного пигмента, вызывает ее обесцвечивание, т. е. она из ярко-красной становится бесцветной. Изучение спектров поглощения промежуточных продуктов обесцвечивания родопсина в суспензии наружных сегментов палочек, в целых сетчатках или с помощью микроспектрофотометрии в отдельных палочках целой сетчатки показало, что в этом случае последовательность реакций та же, что и в экстрактах родопсина.
Поскольку время жизни промежуточных продуктов фотолиза родопсина крайне мало, первоначально последовательность этих реакций была исследована методом низкотемпературной спектроскопии (Lythgoe, Qu-illiam, 1938; Wald et al., 1950; Yoshizawa, Kito, 1958; Yoshizawa et al., 1960; Yoshizawa, Wald, 1963; Wald, 1967; Yoshizawa et al., 1974) (см. схему).
15 Структура и функции
226
МЕМБРАНЫ НЕЙРОНОВ, РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК И СИНАПСОВ
СХЕМА ФОТОЛИЗА И ФОТОРЕГЕНЕРАЦИИ РОДОПСИНА БЫКА hv hv
Родопсину 500 нм
а
V
«г
+
hv
}{' !i Гипсорэдопсин
430 им
| > — 250°
—J 1—
Бчтородопсин
(прелюми родопсин)
543 нм
140°
Люмиродопсин 497 им
>
>ДС
н:
1>-40 Метародопсин I 478 нм
и
Метародопсин II --380 нм
Метародопсин III 47о нм
1—1
^Изородопсин
487 нм
hv
>- 15°
170 нсек*
4 — 10 мксек. 0, 25 мсек.
63 сек.
12 мин.
all—транс - ретииаль + ОПСИН * Время полураспада при комнатной температуре продуктов фотолиза
Освещение экстракта родопсина при температуре жидкого гелия в зависимости от длины волны действующего света дает два различных фотопродукта: один с максимумом поглощения 430 нм — гипсородопсин, другой — с максимумом 548 нм — батородопсин или прелюмиродопсин. Эта единственная стадия, которая требует света, все остальные продукты образуются при термальном распаде этих иитермедиантов. При повышении температуры выше —250° гипсородопсин полностью переходит в прелюмиродопсин, т. е. гипсородопсин, по-видимому, является более ранней стадией фотолиза. В настоящее время не ясно, может ли прелюмирвдоп-син образовываться прямо из родопсина, или он полностью получается через гипсородопсин.
Прелюмиродопсин стабилен при температуре ниже —140°. Как было показано с помощью лазера, время его образования при комнатной температуре меньше 6 псек а время жизни около 200 нсек. (Cone, 1972; Bruch et al., 1972).
При температуре от —140 до —40° стабилен следующий продукт фотолиза — люмиродопсин, максимум поглощения которого очень близок к максимуму родопсина (А,маКз 497 нм). Выше —40° максимум поглощения сдвигается до 478 нм — люмиродопсин переходит в метародопсин I. Выше —15° метародопсин I находится в таутомерном равновесии с метародопсином II. При комнатной температуре время распада метародопсина I совпадает со временем формирования рецепторного потенциала (см. главу 12), и обычно предполагается, что именно эта стадия является тригге-
