Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

рительного акта. Из всех продуктов фотолиза родопсина первостепенная роль отводится метародопсину По-видимому,, именно этот продукт инициирует рецепторный сигнал. Основанием для такого заключения послужили следующие факты.

Как уже отмечалось, наиболее значительные конфор-мационные перестройки опсина происходят как раз при образовании метародопсина II. В отличие от позвоночных у беспозвоночных животных конечным продуктом фотолиза родопсина является не ретиналь+опсин, а метародопсин II. Наконец, специальные измерения показали, что время между вспышкой света и образованием метародопсина II удовлетворительно соответствует времени возникновения так называемого раннего рецепторкого потенциала в сетчатке глаза, биологическое значение которого рассмотрим более детально.

Ранний рецепторный потенциал, открытый в 1964 г. Брауном и Мураками, по ряду свойств отличается от обычных биоэлектрических потенциалов. Он обладает очень коротким латентным периодом, не свойственным «ионным» потенциалам, и низкой амплитудой (1—4 мВ). Потенциал носит бифазный характер и состоит из двух волн: позитивной (R\) и негативной (Яг). Амплитуда потенциала градуально растет при увеличении интенсивности света. Непосредственно с уровнем метаболизма потенциал не связан. Поскольку компонент раннего ре-цепторного потенциала Ri возникает при температурах ниже —40° С, его образование должно быть обусловлено продуктами, предшествующими метародопсину I. Как известно, при этой температуре превращение родопсина останавливается на стадии люмиродопсина. Поэтому предполагается, что Ri отражает превращение прелюмиродопсин— люмиродопсин. В свою очередь компонент раннего рецепторного потенциала R2 обусловлен переходом метародопсин I — метародопсин II, Длительность и температурная зависимость R2 хорошо коррелируют с аналогичными параметрами распада метародопсина I. Характерно, что спектры действия раннего рецепторного потенциала совпадают со спектрами поглощения зрительного пигмента. Наиболее вероятно, что ранний рецепторный потенциал не связан с ионными потоками через мембрану, а отражает конформационные перестройки в липопротеидном комплексе зрительного пигмента, изменяющие микромозаику электрических зарядов. Косвенным подтверждением конформационной природы раннего рецепторного потенциала может служить исчезновение его в фоторецепторных мембранах с дезориентированным и денатурированным зрительным пигментом.

Следовательно, к истинному, ионному, рецепторному потенциалу приводят конформационные перестройки родопсина, которые затем распространяются на всю мембрану. В пользу структурных перестроек мембран наряду с возникновением раннего рецепторного потенциала свидетельствуют и другие данные. Так, экстрагируе-мость липидов гексаном из наружных сегментов палочек сильно различается у темновых и обесцвеченных препаратов. Наименьшее количество липидов извлекается из мембран, содержащих интактный родопсин, наибольшее— из освещенных мембран, содержащих метародопсин II. Мембраны с метародопсином I по экстрагируемо-сти липидов занимают промежуточное положение. Вполне понятно, что степень экстракции определяется доступностью липидов для малополярного растворителя и интенсивностью межмолекулярных взаимодействий липид — мембранная матрица. Иначе говоря, изменения в экстрагируемости липидов указывают на структурную перестройку мембраны.

В последнее время получены и более прямые доказательства индукции светом структурных перестроек в мембранах дисков наружных сегментов палочек. Особенно показательны в этом отношении данные электронно-микроскопической криофрактографии, полученные Абра-хамсоном с сотр. Установлено, что распределение и количество внутримембранных частиц на сколах сильно изменяется у обесцвеченных образцов мембран. Аналогичный вывод следует и из результатов проведенного Вашингтоном рентгеноструктурного анализа, показавшего, что свет изменяет «плавучесть» родопсина в жидком липидном бислое: в обесцвеченном состоянии макромолекулы родопсина как бы погружаются в липидную фазу, в темновом ?—всплывают. Эти эксперименты послужили толчком для исследования структурного состояния липидной фазы в темновых и обесцвеченных мембранах дисков. Однако существенных изменений текучести липидной фазы в ходе индуцированной светом структурной перестройки обнаружить не удалось. Так, было показано, что параметр упорядоченности, определенный для спин-меченых в 6, 10 и 16-м положениях стеариновых кислот (ЭПР-зонды), и микровязкость гидрофобного ядра мембраны (гидрофобный флуоресцентный зонд 1,6-дифенил-1, 3, 5-гексатриен) остаются после обесцвечивания мембран неизменными. Эти результаты свидетельствуют о том, что в индуцированную светом структурную перестройку мембран дисков вовлечена преимущественно не липидный, а белковый компонент мембраны. По-видимому, в основе структурной перестройки лежат изменения белок-липидных и белок-белковых взаимодействий в поверхностных слоях мембраны.

Прямым следствием структурных перестроек мембраны является изменение проницаемости для потенциал-образующих ионов и генерация позднего рецепторного потенциала. В этой связи очень показательны опыты Е. Е. Фесенко с сотр., которым удалось зарегистрировать светозависимое изменение сопротивления лецитин-холестериновых мембран в присутствии фрагментов наружных сегментов палочек сетчатки, В ответ на короткий (1мс) импульс видимого света наблюдалось резкое увеличение проводимости мембраны, причем постоянная времени эффекта в пределах ошибки соответствовала времени превращения метародопсина II.

Рассмотрим, как распределены основные потенциал-образующие ионы Na+ и К+ в наружном сегменте палочки. По данным Этингоф и Бонтинга, в наружных сегментах палочек быка содержится около 130 мМ Na+ и 106—151 мМ К+. Часть ионов находится в свободном состоянии, а часть связана с фосфолипидами мембраны. Ионы Na+ и К+ во внутридисковом, междисковом и внеклеточном пространстве распределены неравномерно. Так, по данным Бонтинга, во внутридисковом пространстве много К+ и очень мало Na+, а в междисковом пространстве, наоборот, мало К+ и много Na+. Известны данные, свидетельствующие о том, что наружная мембрана палочки проницаема для ионов Na+ и С1~ и мало проницаема для ионов К+. Благодаря этому по электрохимическому градиенту ионы Na+ входят в наружный сегмент. В то же время концентрация ионов Na+ не достигает равновесного состояния вследствие их выталкивания наружу с помощью оубаин-чувствительной Na+-, К+-АТФ-азы, локализованной во внутреннем сегменте. Как следствие, от внутреннего к наружному сегменту снаружи палочки течет темновой натриевый ток. Действительно, если палочку обработать оубаином, концентрация Na+ по обе стороны мембраны выравнивается и темновой ток исчезает.

Итак, в отличие от нервных и мышечных клеток наружная мембрана палочек в темноте не поляризована, а в значительной мере деполяризована. Небольшой по величине мембранный потенциал палочки имеет положительное значение и составляет +20 мВ (у нервных и мышечных клеток или волокон —50-нЮО мВ). Следовательно, в темноте мембрана палочки как бы возбуждена. Характерно, что мембранный потенциал палочек обусловлен в основном движением ионов Na+, а не К+, как у других клеток.

Известны данные, что при освещении палочки происходит поглощение из цитоплазмы, вход во внутридиско-вое пространство ионов Na+ и выход из внутридискового пространства в цитоплазму ионов К+. По всей видимости, перемещения ионов связаны с изменением конформации мембран дисков. Освещение приводит также к значительному уменьшению проницаемости наружной мембраны палочки для ионов Na+ и увеличению ее электрического сопротивления. По данным Бейлора и Фьюотеса, электрическое сопротивление фоторецепторных клеток черепахи на свету возрастает с 17 до 25 МОм Считается, что основной причиной этого может быть закрытие Na+-каналов под влиянием особых медиаторов, выделяющихся при конформационных перестройках мембран дисков. Такими медиаторами, видимо, могут быть ионы Са2+ и циклический гуанозинмонофосфат. Уменьшение проницаемости наружной мембраны для ионов Na+, снижение их содержания в цитоплазме у ее внутренней поверхности приводят к гиперполяризации мембраны, характерной для состояния покоя у нервных и мышечных клеток. По-видимому, волна гиперполяризации распространяется по наружной мембране до базального пресинаптиче-ского участка палочки, где происходит возбуждение биполярных нервных клеток (рис. 27).

Приведем некоторые экспериментальные факты, подтверждающие эту гипотетическую схему. В опытах Ко-ренброта и Кона (1971 г.), выполненных на «мягко» отделенных целых наружных сегментах палочки, обнаружено, судя по характеру осмотического ответа сегмента на действие света в растворах калиевых и натриевых солей, что мембрана остается малопроницаемой для ионов К+, в то время как проницаемость для ионов Na+ значительно уменьшается. Этими же авторами показано, что один поглощенный фотон, индуцирующий фотохимическую трансформацию одной молекулы родопсина, уменьшает темновой ток в палочке весьма значительно — на 1—3%. Так как темновой ток соответствует входу в па

лочку около 109 ионов Na+ в секунду, это должно означать, что одно фотохимическое событие сопровождается приостановкой входа в наружный сегмент около 107 ионов Na+. Выявлена также линейность между уменьшением темнового тока и числом поглощенных фотонов. При высоких интенсивностях наблюдается отклонение от линейности вплоть до насыщения натриевого декремента при 200 поглощенных палочкой фотонах. Вещества, ингибирующие Na+Nq

—>Na

ft

Л L

На-насос

Cde/n

Темнота

Рис. 27. Схема возникновения рецепторного потенциала в палочках сетчатки

В темноте все Na-каналы в наружной мембране палочкн открыты — ток большой; при освещении каналы закрываются, ток уменьшается и мембрана гиперполяризуется

\ К+-АТФ-азу (оубаин) и синтез макроэргических соединений (цианиды), не влияли на изменение проницаемости под действием света. Это означает, что свет влияет не на активный, а на пассивный транспорт ионов натрия. Обнаруженное Коренбро-том и Коном уменьшение

страница 25
< 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)