Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

Н>7,7

кислый ^ретинилиденопсин440 It

| рН<5,5

изомераза i

. полностью трамс-ретиналь^+опсии

Первый продукт, возникающий из родопсина,— пре-люмиродопсин. По сравнению с родопсином прелюмиро-допсин обладает более длинноволновой полосой поглощения и более высокими значениями молярной экстинкции (максимум спектра поглощения при 548 нм, е=72 000). Прелюмиродопсин стабилен при температуре —195° С. Реакция родопсин—^прелюмиродопсин очень быстрая и фотообратимая.

Обнаружен также альтернативный продукт гипсоро-допсин, возникающий из родопсина при температуре жидкого гелия в ходе облучения светом с длиной волны больше чем 540 нм. Этот продукт превращается в прелюмиродопсин или термально (выше —250°С), или фотохимически при облучении светом с ^ = 430 нм.

До последнего времени считалось, что именно на стадии родопсин—^прелюмиродопсин и происходит изомеризация ретиналя из П-цис- в полностью граяс-форму. Однако результаты прямых измерений продолжительности этой реакции (6 пс) и кинетики процесса поставили под сомнение это уже установившееся положение, поскольку столь высокие скорости несвойственны реакции цмс-трсшс-изомеризации. Предполагается, что на данной стадии за счет вступления метильного Н-атома при Qg в водородную связь с азотом близлежащего имидазоль-ного кольца и перевода азота Шиффовой связи в состав энеаминной NH-группы происходит нарушение планар-ности структуры ретиналя с образованием термодинамически неустойчивой структуры. Согласно другой точке зрения, причиной образования структуры, предрасположенной к трансформации, является разделение зарядов — перенос электрона от белка к ретиналю с образованием анион-радикала. Образование же транс-формы ретиналя происходит на последующих стадиях процесса, которые протекают в темноте и контролируются температурой. В ходе последовательных превращений спектры поглощения и люминесценции продуктов постепенно сдвигаются в коротковолновую сторону. Эти сдвиги обусловлены не химической модификацией ретиналя, а структурными перестройками в липохромопротеиде.

Прн увеличении температуры свыше —140° С прелюмиродопсин спонтанно превращается в люмнродопсин, имеющий максимум поглощения при 497, а флуоресценции — при 600 нм. Время полупревращения этой реакции составляет 3*10~8с. Реакция характеризуется следующими активационными параметрами: Д#*=6,0 ккал/моль и А5* = 15 кал/моль * град. Дальнейшее нагревание до —40° С сопровождается образованием метародопсина I (максимум спектра поглощения при 480, флуоресценции — 580 нм). При комнатной температуре метародопсин образуется примерно за 10~3 с.

Кинетика превращения люмиродопсин -> метародопсин I описывается на начальных стадиях уравнением реакции второго, а на конечных— первого порядка. Это позволило Абрахамсону рассмотреть данную реакцию как энзиматический процесс, протекающий через образование опсин-субстратного комплекса: Л + Е->-ЛЕ-»-М, где образование ЛЕ— бимолекулярная, а его распад — мономолекулярная реакция. При этом Абрахамсон предполагает, что люмиродопсин ге-терогенен и состоит из трех форм: Ль Л2 и Лз. Каждая из форм лю-миродопсина превращается в свою форму метародопсина I с различными константами скоростей перехода:

Ki Кг Кг

Пг—^Mt; Л2—^М2; Л3—*-М3. Процесс характеризуется высокими значениями энтропии (AS* = 70 кал/моль-град) и энтальпии (А#* = 25 ккал/ моль) активации.

Следующий продукт — метародопсин II — возникает из метародопсина I при температуре, превышающей —15° С (максимум спектра поглощения при 380, флуоресценции— 535 нм). На этой стадии происходят наиболее существенные изменения конформации зрительного пигмента, о чем свидетельствуют следующие факты:

1) значительный батохромный сдвиг (почти 100 нм);

2) возникновение чувствительности к борогидриду натрия, атакующему альдиминную связ^ь, что указывает на переход альдиминной группировки из гидрофобной в гидрофильную область; 3) экспонирование двух-трех сульфгидрильных групп в молекуле опсина; 4) высокие значения энтальпии (А#* = 30,7 ккал/моль) и энтропии (AS*— 55 кал/моль-град) активации, приближающиеся к термодинамическим параметрам денатурации белков.

Показано также, что эффективность превращения метародопсин I метародопсин II зависит от белок-липид-ных взаимодействий. Так, в озвученной суспензии мембран дисков быка процесс протекает при 39° С по кинетике реакции первого порядка с TI/2^0,4 мс, а в дигитониновых экстрактах — по сложной кинетике, которую можно представить как наложение нескольких процессов, описываемых кинетикой реакций первого порядка. Наиболее быстрый компонент имеет TI/2 = 27 МКС.

Все стадии от образования прелюмиродопсина до возникновения метародопсина II легко обратимы в темноте: обратные реакции инициируются понижением температуры.

Кроме метародопсина II в результате темнового превращения зрительного пигмента образуются метародоп-син III, или парародопсин/ (максимум спектра поглощения при 465 нм), две формы Af-ретинилиденопсина с максимумами спектров поглощения при 365 и 440 нм соответственно, опсин и свободный полностью транс-ретиналь. Эти финальные стадии превращения родопсина еще недостаточно изучены. Показано только, что в молекуле хромопротеида на стадии превращения метародопсина I в метародопсин II экспонируется еще одна сульфгид-рильная группа, а на стадии метародопсин III—^N-рети-нилиденопсин происходит экспонирование Шиффовой связи. До сих пор дискутируется вопрос о том, можно ли включать метародопсин III и Ы-ретинилиденопсинзб5 в общую цепь превращений или они являются лишь ее ответвлениями. Не вызывает, однако, сомнения тот факт, что конечные продукты фотолиза зрительного пигмента, ответственные за все дальнейшие события,— это свободный траяс-ретиналь и опсин.

Известно, что в наружных сегментах палочек содержится специальный фермент — ретинолдегидрогеназа, который превращает ретиналь в ретинол (витамин Ai).

Характеризуя процесс в целом, следует подчеркнуть, что в интервале физиологических температур все промежуточные реакции протекают чрезвычайно быстро Например, по данным флеш-фотолиза, время образования и жизни прелюмиродопсина 6* 10~12 и 3-10~8 с соответственно, а время полупревращения метародопсин I—^метародопсин II составляет около 30 мкс.

Таким оОразом, природа вторичных темновых реакций в комплексе опсин — липид—ретиналь, вызываемых первичной цис-транс-фотоизомеризацией ретиналя, сводится к цепи последовательных конформационных перестроек, приводящих к изменению микроокружения хромофора, и заканчивается его отрывом от белка. Чрезвычайно существенно, что рассмотренная последовательность превращений зрительного пигмента характерна не только для дигитониновых экстрактов, но и для суспензии наружных сегментов, изолированной сетчатки и даже глазного бокала.

Перейдем теперь к рассмотрению механизмов регенерации зрительного пигмента из продуктов фотолиза. Различают фотохимическую и биохимическую регенерации. Фотохимическая регенерация, заключающаяся в образовании родопсина при поглощении света продуктами фотолиза, описана для прелюмиродопсина, люмиродопсина, метародопсина I и метародопсина II. На стадиях прелюмиродопсина и люмиродопсина, которые не сопровождаются существенными конформационными перестройками опсина, фоторегенерация происходит сравнительно легко. Однако конверсия метародопсина I в родопсин заметно контролируется температурой: процесс идет при —20° С, но резко замедляется при —65 и —195° С. Более того, в результате регенерации образуется не исходный продукт родопсин, а две его изохромные формы. При близких спектральных свойствах эти формы родопсина обладают различной температурной стабильностью.

Биохимическая регенерация родопсина изучена слабо. Совершенно очевидно, что для такой регенерации необходимо, по крайней мере, восстановление исходной конформации опсина, окисление ретинола до ретиналя и реизомеризация грсшс-ретиналя в 11-цис-форму. После полного выцветания зрительного пигмента в сетчатке глаза животных накапливается свободный ретинол в виде эфира жирной кислоты. В опытах с гомогенатами обесцвеченной сетчатки глаза лягушки, крысы и быка было обнаружено, что весь транс-ретинол постепенно превращается в 11-^«с-форму. Это превращение осуществляется с помощью специального фермента опсин-ретинальизомеразы. Обнаруженная в сетчатке глаза лягушки и быка опсинретинальизомераза не способна катализировать изомеризацию транс-ретинола. Поэтому допускается, что стадии изомеризации предшествует окисление ретинола до ретиналя, которое осуществляется с помощью ретинолдегидрогеназы. Предполагается также, что реизомеризация ретиналя может активироваться светом. Заключительный этап ресинтеза — присоединение 1 Ь^ис-ретиналя к опсину — представляет собой спонтанную реакцию, протекающую при рН —5—7.

4. МЕХАНИЗМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ФОТОХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ РОДОПСИНА В ФОТОРЕЦЕПТОРНЫЙ СИГНАЛ

Считается общепринятым, что фотохимические превращения родопсина триггируют ионные перемещения через мембрану фоторецепторной клетки, резко изменяя мембранный потенциал. Генерация потенциала при освещении палочек и колбочек зарегистрирована в прямых экспериментах с помощью микроэлектродной техники. Время между вспышкой света и возникновением рецеп-торного потенциала — порядка миллисекунды. Наличие латентного периода фоторецепторного потенциала свидетельствует о том, что электрофизиологическому ответу предшествует ряд промежуточных темновых реакций. Формы рецепторных потенциалов палочек и колбочек несколько различаются между собой. Для колбочек характерны крутые передние и задние фронты потенциала в ответ на включение и выключение света, для палочек — крутой передний и пологий задний фронты потенциала. Есть все основания считать, что именно мембранный фо-торецепторный потенциал представляет собой первичный нейрофизиологический сигнал. Следовательно, от единственной молекулы родопсина начинается сложная цепь событий, приводящих к изменению целой зрительной клетки и возникновению зрительного сигнала.

Рассмотрим события, происходящие в период между фотохимической и нейрофизиологической стадией з

страница 24
< 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)