Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
ГЛАВА 12. ФОТОРЕЦЕПТОРНЫЕ МЕМБРАНЫ
209
ответствующий темновому току, проходящему по межклеточному пространству от оснований к вершинам фоторецепторов. Плотность тока равна примерно 600 мка/см2, или около 108 однозарядных ионов на палочку в секунду. Анализ распределения потенциала вдоль рецептора вместе с измерениями внеклеточного сопротивления показал, что весь внеклеточный ток выходит из тела клетки и внутреннего сегмента и входит в наружный сегмент, замыкаясь через цитоплазму рецептора. Освещение приводит к падению темнового тока и, таким образом, эквивалентно появлению фототока, выходящего из наружного сегмента и входящего во внутренний. Этот фототок и генерирует внеклеточно регистрируемый дисталь-
Рис. 81. Эквивалентная электрическая схема фоторецептора сетчатки позвоночных Объяснение в тексте
ный компонент PIII. Ответ на короткую вспышку слабого света пропорционален количеству квантов, поглощенных клеткой; один поглощенный квант блокирует перенос около 106 однозарядных ионов. При высоких интенсивностях света наступает насыщение. Насыщающий свет (106—107 квантов на клетку) почти полностью подавляет темновой ток и дает длительный, до 1 часа, следовой эффект.
Эти результаты позволяют создать электрическую схему фоторецептора (рис. 81), в которой натриевая батарея и увеличивающееся на свету сопротивление натриевых каналов находятся в наружном сегменте, а калиевая батарея и соответствующее сопротивление — во внутреннем. В темноте в наружный сегмент входит ток, переносимый ионами натрия и деполяризующий клетку. Вследствие этого потенциал на мембране рецептора значительно ниже равновесного для калия, и пассивный поток ионов калия выходит из клетки через мембрану внутреннего сегмента, обладающего высокой калиевой проницаемостью. Поскольку фоторецептор находится в стационарном состоянии, должен существовать активный механизм откачки натрия из клетки и накачки калия внутрь. Распределение мест активного транспорта на мембране рецептора будет определять направление локальных внеклеточных токов и вид ионов, участвующих в их переносе. Точных данных в этом отношении пока нет, но во всяком случае ясно, что Na—К-насос находится во внутреннем сегменте фоторецептора (Hagins et al., 1970; Korenbrot, Gone, 1972; Zuckerman, 1971,
1973). Последние данные заставляют включить в схему также высокую, но, вероятно, независимую от света хлорную проводимость мембраны наружного и внутреннего сегмента (Arden, Ernst, 1970; Korenbrot, Cone,
210
МЕМБРАНЫ НЕЙРОНОВ, РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК И СИНАПСОВ
1972; Zuckerman, 1973). Таким образом, функция возбуждения обособлена в наружных сегментах фоторецепторов до такой степени, что даже поддержание ионного градиента, необходимого для этого возбуждения, возлагается на другую часть клетки, что подтверждает приведенные в начале главы слова Уолда.
Результаты биохимических исследований ионной селективности наружных сегментов фоторецепторов в темноте и на свету составляют необыкновенно пеструю и противоречивую картину (Etingol, 1972). Контрастируют с этим исключительно изящные работы Коренброта и Кона (Korenbrot, Cone, 1972; Korenbrot, 1973), подтвердившие представление о механизмах генерации фотоответа, возникшее в результате электрофизиологических исследований. В этих работах свежие наружные сегменты, отломившиеся от сетчатки и плавающие в растворе Рингера, подвергали осмотическому шоку в гипертонических растворах различного состава. Объем наружных сегментов измерялся под инфракрасным микроскопом, в темноте и после действия вспышек света разной интенсивности. Гипертонические растворы вызывали быстрое, в течение примерно 1 сек., сжатие наружных сегментов палочек лягушки и крысы, причем в значительном диапазоне концентраций наружные сегменты вели себя как идеальные осмометры. После быстрого сжатия в растворе NaCl наружные сегменты постепенно растягивались, примерно за 10 сек. опять восстанавливая исходный размер, как если бы NaCl входил в них по градиенту концентрации. Достаточно яркое освещение полностью блокировало такое восстановление, уменьшая проницаемость мембраны к NaCl по меньшей мере в несколько десятков раз. Гипертонический раствор NaN03 (с проникающим через мембрану анионом) давал такой же результат, как и раствор NaCl, в то время как в растворе Na2S04 (непроникающий анион) сжавшиеся наружные сегменты и в темноте не восстанавливали размер. Таким образом, свет действовал именно на катионную, натриевую проницаемость. Натриевая проницаемость была несимметричной, входящий поток при равных градиентах концентрации в темноте более чем в 100 раз превосходил выходящий. Гипертонический раствор КС] вызывал сжатие наружных сегментов без последующего восстановления, калиевая проницаемость мембраны оказалась более чем на два порядка ниже натриевой. Найденная величина входящего потока натрия в темноте была равна 9 • 107 ионов в секунду на палочку крысы, что совпадает с темновым током, измеренным Хэгинсом с сотр. (Hagins et а].,
1970). «Темновой ток» для палочки лягушки был равен 2-109 ионов в секунду. При поглощении одного кванта на палочку скорость восстановления размеров наружного сегмента в растворе NaCl снижалась на 1—2%, т. е. блокировался перенос примерно 106—107 ионов. Обработка оуабаином никак не влияла на осмотическое поведение наружных сегментов. Это вполне согласуется с предполагаемым размещением Na — К-насоса не в наружном, а во внутреннем сегменте.
