Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

е запасается, а, наоборот, происходят значительные потери имевшихся в рецеп-торном аппарате запасов свободной энергии. Зрение представляет собой сложный многостадийный процесс, включающий фотофизические, фотохимические, конформационные, ионно-транспортные, электрофизиологические стадии.

Строение фоторецепторного аппарата рассмотрим на

примере органа зрения млекопитающих животных.

Глаз животных имеет сложную организацию. По функциональному признаку можно выделить две основные части глаза: оптическое устройство, ответственное за фокусировку изображения внешних предметов (зрачок, хрусталик и стекловидное тело), и воспринимающий свет аппарат (сетчатка). Сетчатка глаза вместе с черной пленкой пигментного слоя за ней образует дно глазного бокала. Сетчатка глаза представляет собой розовый слой толщиной 200—300 мкм, включающий рецепторные, нервные и глиальные клетки. Известно два типа фоторецепторных клеток—палочки и колбочки, получившие названия благодаря своей форме. В сетчатке глаза палочки и колбочки распределены неравномерно. В центральной области (ямке) сконцентрированы только колбочки, а по периферии сетчатки — преимущественно палочки.

Размеры зрительных клеток у различных представителей животного мира сильно варьируют. Так, диаметр палочки лягушки, по данным Уолкена, составляет 6, длина — 50 мкм, объем 1,4 ? 10~12 мкм3, а палочки быка — 1,10 мкм и 7,5 • 10~!7 мкм3 соответственно. Зрительные клетки обоих типов имеют сходное строение.

Палочка состоит из внутреннего и наружного сегментов, связанных между собой тонкой соединительной ножкой, или ресничкой (рис. 25). Внутренний сегмент, включающий внутриклеточные органеллы (митохондрии, рибосомы и др.)» переходит в ядерно-плазматическое тело, базальная часть которого снабжена пресинаптическим окончанием, вступающим в контакт с биполярными клетками. Ножка играет важную роль в транспорте метаболитов (белки, АТФ и т. д.), которые нужны для обнов-2 ления и функционирования наружного сегмента. В частности, через ножку в наружный сегмент переносится родопсин, синтезируемый рибосомами внутреннего сегмента. Наружный сегмент выполняет фоторецепторную функцию клетки. Он заполнен стопкой дисков, ориентированных перпендикулярно к длинной оси клетки. В наружных сегментах палочек позвоночных содержится около 1000—2000 дисков.

Диск представляет собой двойную мембрану с замкнутым внутренним пространством. Диски как бы плавают в цитоплазме наружного сегмента и, по-видимому, не связаны с наружной

Рис. 25. Строение зрительной клетки палочки:

/ — наружный сегмент; 2 — диски; 3 — соединительная ножка; 4 — центриоли; 5 — фибриллы-реснички; 6 — внутренний сегмент; 7 — митохондрии; 8 — корешок реснички; 9 — ядро; 10 — везикулы; 11 — пресииаптическое окончание

мембраной палочки. По данным рентгеноструктурного анализа, диски характеризуются следующими парамето

рами: толщина диска 150 А, толщина междискового пространства 160, толщина мембраны 65 и ширина внутри(О

дискового пространства 5 А.

В мембранном материале наружных сегментов весовое отношение между мембранами дисков и наружной мембраной составляет 100:1. При этом в мембранах дисков содержится 50% липидов, 40 — белков, 4 — углеводов и 6% воды. Из всех липидов примерно 85% приходится на фосфолипиды, 6 — на нейтральные липиды и только 1—3% на холестерин. Представление о фосфоли-пидном составе мембран наружных сегментов палочек дает табл. 6.

Таблица 6. Фосфолипидный состав мембран наружных

сегментов палочек (%)

Животное Фосфати-дилхолин Фосфатидилэтаноламин Фосфати-дилсерин Фосфати-дилино-зит Сфинго-мнэлнн

Бык 41 39 12,9 2,3 3,6

Лягушка 45 34,6 12,8 2,2 1,9

Крыса 41 36,6 12,6 2,2 2,6

Фосфолипиды мембран наружных сегментов содержат большое количество полиненасыщенных жирных кислот. По данным Андерсона с сотр., жирные кислоты в фосфолипидах представлены ненасыщенной доказановой (22:6) и насыщенными пальмитиновой (16:0) и стеариновой (18:6) кислотами. При этом фосфатидилхолин содержит 23%, фосфатидилэтаноламин — 39 и фосфати-дилсерин — 45% доказановой кислоты.

Зрительный пигмент—родопсин — является хромо-протеидом. По данным различных авторов, в наружных сегментах палочек 80—90% от всего мембранного белка составляет родопсин.

Ультраструктурная организация мембран дисков рассматривается в настоящее время в рамках мозаичной модели Зингера — Никольсона. Действительно, липиды дисков организованы в виде бислоя. На это указывают данные, полученные методом двойного лучепреломления и рентгеноструктурного анализа. Различные фосфолипиды распределены асимметрично по обе стороны бислоя. Так, фосфатидилэтаноламин преимущественно локализован на внешней, а фосфатидилсерин и фосфатидилхолин — на внутренней стороне мембраны диска.

К сожалению, однозначного мнения о характере пространствешюго расположения родопсина в мембране в литературе нет. Существует несколько моделей, описывающих локализацию хромопротеида в липидном бислое диска. Обсуждаются различные стереометрические формы родопсина (шар, эллипсоид, гантель), локализованные симметрично (по обе стороны мембраны), асимметрично (только на одной стороне) либо трансмембранно (пронизывают липидный бислой насквозь).

Принимая во внимание высокое содержание в липи-дах мембран дисков ненасыщенных жирных кислот, можно ожидать, что липидная фаза мембраны при физиологических условиях находится в жидком состоянии и молекулы родопсина обладают определенной степенью подвижности. Подтвердил это положение интересный эксперимент, проведенный Брауном. Сетчатка, предварительно обработанная глютаровым альдегидом, связывающим белковые молекулы поперечными сшивками, практически устраняющими движение компонентов мембраны относительно друг друга, облучалась поляризованным светом с вектором, параллельным оси палочек. В противоположность интактиой сетчатке ее «фиксированные» препараты обнаруживали сильное увеличение дихроизма по мере выцветания родопсина. В таких условиях свет вызывал обесцвечивание преимущественно тех молекул родопсина, осцилляторы поглощения которых ориентированы параллельно вектору поляризованного света, что и привело к усилению дихроизма. В интактной мембране селективное обесцвечивание было выражено слабо вследствие вращательных движений родопсина в липидной фазе.

Используя импульсное освещение плоскополяризо-ванным светом, Кон по кинетическим кривым проявления дихроизма рассчитал время релаксации родопсина в мембране, которое оказалось равным 20 мкс. Приняв

о

молекулу родопсина за сферу с радиусом 25 А, он оценил также эффективную вязкость липидной фазы мембраны в 0,5—2 Па • с (вязкость оливкового масла).

Кроме вращательных движений родопсин способен и к трансляционным перемещениям в плоскости мембраны—латеральной диффузии, что недавно установлено методом микроспектрофлуориметрии. Рассчитанная на

основании этих опытов вязкость липидной фазы мембран дисков также составила величину порядка 2 Па*с. Количественная оценка участия родопсина в процессах латеральной диффузии в мембране была проведена Агроски-иым с сотр. По данным этих авторов, часть родопсиново-го пула (около 20%) или неподвижна, или перемещается в мембране очень медленно.

2. ЗРИТЕЛЬНЫЕ ПИГМЕНТЫ

Все зрительные пигменты представляют собой липо-хромопротеиды — комплексы глобулярного белка опси-иа, липида и хромофора ретиналя. Различают два типа ретиналя: ретиналь I (окисленная форма витамина А|) и ретиналь II (окисленная форма витамина А2). В отличие от ретиналя I ретиналь II имеет необычную двойную связь в а-иононовом кольце между третьим и четвертым атомами углерода. Общее представление о зрительных пигментах дает табл. 7.

Таблица 7. Типы зрительных пигментов

Макси-

Пигмент мум поглощения, нм Хромофор Белок Где встречается

Родопсин 498 Ретиналь I Опсин палочек У позвоночных

Иодопсин 445 » 11 » колбочек У млекопитающих, птиц, черепах

535 » I » » Там же

» 570 » I » » » »

Порфиропсин 522 II » палочек У пресноводных рыб v

Циаиопсин 620 » II » колбочек У черепах и некоторых рыб

Рассмотрим теперь более подробно строение и свойства родопсина. Единодушного мнения о величине молекулярной массы белковой части родопсина до сих пор нет. Так, например, для родопсина быка в литературе приводятся цифры от 28 ООО до 41 ООО, лягушки от 26 600 до 35 600, кальмара от 40 000 до 70 000, что может быть связано не только с методическими особенностями определения молекулярных весов различными авторами, но также и субъединичным строением родопсина, различной представленностью мономерных и димерных форм.

Спектр поглощения родопсина характеризуется четырьмя максимумами: в а-полосе (500 нм), р-полосе (350 нм), ^-полосе (278 нм) и 6-полосе (231 нм). Считается, что а- и р-полосы в спектре обусловлены поглощением ретиналя, а у- и 6-полосы — поглощением опсина. Молярные экстинкции имеют следующие значения: при 500 нм —43 250, при 350 нм— 10 600 и при 278 нм— 71 300.

Для оценки чистоты препарата родопсина обычно используют спектроскопические критерии — отношение оптических плотностей для видимой (хромофорной) (DiooJDsoo) и ультрафиолетовой (белокхромофорной) области (?>278№оо). Для наиболее очищенных препаратов родопсина эти значения соответственно равны 1,6— 1,75 и 0,168. Родопсин флуоресцирует в видимой области спектра с максимумом свечения при 580 нм в дигитони-новом экстракте и при 600 нм — в составе наружных сегментов. Квантовый выход его флуоресценции около 0,005.

Белковая часть зрительного пигмента (опсин) быка, крысы и лягушки имеет близкий аминокислотный состав с равным содержанием неполярных (гидрофобных) и полярных (гидрофильных) аминокислотных остатков. К аспарагиновому остатку опсина присоединена одна олигосахаридная цепь, т. е. опсин представляет собой гликопротеид. Предполагается, что полисахаридная цепь на поверхности родопсина играет роль «фиксатора», ответственного за ориентацию белка в мембране диска. По данным ряда авторов, опсин не несет N- и С-концевых аминокислотных остатков, т. е. полипептидная цепь белка, по-видимому, циклизована. Аминокислотн

страница 22
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Фотобиология" (3.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.11.2019)