Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
246
Рис. 107. Энергетическая диаграмма конформационных состояний ретиналя до
поглощения света (S0) и после перехода в к возбужденное состоя- о. ние
(S|"mih Т, ). Чер- 5 ными точками показано вырождение возбужденного и
основного энергетического состояния ретиналя.
О" 90е 180*
Цис Траис
Угол поворота вонруг связи
+hv п
Элеитронно-возбужденное Полностью
11-цис-ретиналь ^___________________ состояние ретиналя ^транс-
ретиналь
Темнота Темнота
Рис. 108. Цис-транс-изомеризация ретиналя под действием света.
Темнота
Темнота
наля плоская. После поглощения фотона я-связь разрывается и две части
молекулы ретиналя поворачиваются вокруг о-связи (рис. 107 и 108).
Возвращение молекулы в основное состояние происходит в одной из двух
точек вырождения, когда энергии основного и возбужденного состояний равны
(см. рис. 107), после чего молекула опять становится плоской. Очевидно,
что из такого состояния возможен переход возбужденной молекулы как в цис-
, так и в трансформу. При длительном облучении любой из форм в системе
устанавливаются определенные концентрации обоих изомеров. Иными словами,
фотореакция цис-транс-изомеризации ретиналя фотообратима, что имеет два
важных следствия. Во-первых, под действием света не происходит полного
перехода 11-цис- в транс-форму, а во-вторых, реакции транс-цис-
изомеризации играют важную роль не только в восприятии света, но и в
регенерации зрительного пигмента (см. ниже).
247
-" ' Родопсин (П 498)
j+hv т<6-10-'2с
^ Батородопсин (П 543)
|t"-140"C т* ЭЮ"8 с Люмиродопсин (П 497)
t"-40°C т"ИО-6с
Метародопсин I (П 478)
1">-15"С т~Ю-3с
Метародопсин II (П 380)
t>0"C т~102с
Опсин
Н-цисретиналь'^-' Метародопсин III (П 465)
т~102с
Опсин+ретинальдегид (П 387) (полностью транс-ретиналь)
Рис. !09. Инициированные светом конформационные превращения родопсина.
Фотопревращения родопсина. 11-Цис-ретиналь точно вписывается в центр
связывания молекулы опсина. После фотохимического образования транс-формы
стерическое соответствие нарушается, что приводит к целой серии кон-
формационных перестроек в молекуле белка, сопровождающихся изменениями в
спектре поглощения зрительного пигмента. Такие перестройки родопсина
впервые исследованы Уолдом, получившим Нобелевскую премию в 1966 г. В
опытах Уолда родопсин выделяли в темноте, замораживали в жидком азоте при
-196° и облучали светом. При
248
последующем нагревании образца до определенных температур наблюдались
изменения спектров поглощения из-за последовательных переходов родопсина
в его производные. Последние получили специальные названия (рис. 109). На
этом же рисунке приведены измеренные методом импульсного фотолиза времена
конформационных превращений разных форм пигмента при комнатной
температуре. При этом только переход родопсин - батородопсин происходит
под действием света, а остальные стадии - в темноте.
Каждый конформер содержит ретиналь в транс-форме и под действием квантов
света может регенерировать непосредственно в родопсин. Вероятность такой
регенерации возрастает с увеличением времени жизни конфор-мера, так как
увеличивается вероятность столкновения с ним кванта света. Если родопсин
осветить короткой вспышкой света и далее поместить в темноту, то
возможность световой регенерации родопсина устраняется. В этом случае
примерно через 100 с происходит распад родопсина на опсин и транс-
ретиналь. В такой ситуации регенерация родопсина тоже произойдет, но уже
при участии ферментов.
Фермент ретинальизомераза переводит транс-ретиналь в 11-цис-ретиналь,
после чего происходит его присоединение к опсину с образованием
родопсина.
Рецепторные потенциалы. Каким образом фотопревращения родопсина приводят
к электрическому ответу рецепторной клетки? Ответ на этот вопрос
позволяют дать данные, полученные методами отведения потенциалов, и
сведения по конформационным превращениям родопсина, представленные выше.
Регистрация электроретинограмм (экстраклеточное отведение потенциалов от
сетчатки) позволила получить рецепторные потенциалы, изображенные на рис.
110. Позднее аналогичные потенциалы непосредственно на цитоплазматической
мембране палочек и колбочек были получены микроэлектродными методами.
Сразу после освещения палочки короткой вспышкой света наблюдается
продолжающийся примерно 1 мс ранний рецепторный потенциал (РРП),
амплитуда которого растет с увеличением интенсивности вспышки, но не
превышает 5 мВ. Затем, примерно через 1 мс, развивается поздний
рецепторный потенциал (ПРИ). В отличие от всех других известных клеток на
цитоплазматической мембране наружных сегментов палочек потенциал имеет
знак "плюс" внут-
\hv
V РРП
Рис. 110. Ранний рецепторный потенциал (РРП) и возникающий вслед за иим
поздиий рецепторный потенциал (ПРП). Измерено методом электрорети-
нографии на сетчатке кошки.
0,2 мВ
ри и знак "минус" снаружи. Природа РРП и ПРП совершенно различна. По-
видимому, РРП связан с перемещением молекул родопсина во время
конформационных пере-
