Белок родопсин а хромопротеид присутствующий в палочках сетчатки глаза
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 марта 2019;
проверки требует 1 правка.
Родопсин (зрительный пурпур) — основной зрительный пигмент. Содержится в палочках сетчатки глаза морских беспозвоночных, рыб, почти всех наземных позвоночных и человека и по данным недавнего исследования в клетках кожи меланоцитах[1]. Относится к сложным белкам хромопротеинам. Модификации белка, свойственные различным биологическим видам, могут существенно различаться по структуре и молекулярной массе. Светочувствительный рецептор клеток-палочек, представитель семейства А (или семейства родопсина) G-белоксопряженных рецепторов (GPCR-рецепторов).
Функции родопсина[править | править код]
Под действием света светочувствительный зрительный пигмент изменяется, и один из промежуточных продуктов его превращения отвечает за возникновение зрительного возбуждения. Зрительные пигменты, содержащиеся в наружном сегменте фото-рецепторной клетки, представляют собой сложные окрашенные белки (хромопротеиды). Та их часть, которая поглощает видимый свет, называется хромофором. Это химическое соединение — альдегид витамина А, или ретиналь. Белок зрительных пигментов, с которыми связан ретиналь, называется опсином.
При поглощении кванта света (фотона) хромофорная группа белка (11-цис-ретиналь) изомеризуется в транс-форму. Возбуждение зрительного нерва происходит при фотолитическом разложении родопсина за счёт изменения ионного транспорта в фоторецепторе. Впоследствии родопсин восстанавливается (регенерирует) в результате синтеза 11-цис-ретиналя и опсина или в процессе синтеза новых дисков наружного слоя сетчатки.
Родопсин относится к супер семейству трансмембранных рецепторов GPCR (рецепторов, связанных с G-белками). При поглощении света конформация белковой части родопсина меняется, и он активирует G-белок трансдуцин, который активирует фермент цГМФ-фосфодиэстеразу. В результате активации этого фермента в клетке падает концентрация цГМФ и закрываются цГМФ-зависимые натриевые каналы. Так как ионы натрия постоянно выкачиваются из клетки АТФ-азой, концентрация ионов натрия внутри клетки падает, что вызывает её гиперполяризацию. В результате фоторецептор выделяет меньше тормозного медиатора ГАМК, и в биполярной нервной клетке, которая «растормаживается», возникают нервные импульсы.
Спектр поглощения родопсина[править | править код]
Рис. 1. Спектр поглощения родопсина лягушки Rana temporaria в дигитониновом экстракте. Видны два максимума поглощения в видимой (500 нм) и ультрафиолетовой (280 нм) области. 1 — родопсин (восстановленный пигмент); 2 — индикатор жёлтый (обесцвеченный пигмент). По оси абсцисс — длина волны (λ); по оси ординат — оптическая плотность (D).
Специфический спектр поглощения зрительного пигмента определяется как свойствами хромофора и опсина, так и характером химической связи между ними (подробнее об этом см. обзор:[2]). Этот спектр имеет два максимума — один в ультрафиолетовой области (278 нм), обусловленный опсином, и другой — в видимой области (около 500 нм), — поглощение хромофора (см. рисунок). Превращение при действии света зрительного пигмента до конечного стабильного продукта состоит из ряда очень быстрых промежуточных стадий. Исследуя спектры поглощения промежуточных продуктов в экстрактах родопсина при низких температурах, при которых эти продукты стабильны, удалось подробно описать весь процесс обесцвечивания зрительного пигмента [3].
В живом глазу, наряду с разложением зрительного пигмента, постоянно идёт и процесс его регенерации (ресинтеза). При темновой адаптации этот процесс заканчивается только тогда, когда весь свободный опсин соединился с ретиналем.[4]
Дневное и ночное зрение[править | править код]
Из спектров поглощения родопсина видно, что восстановленный родопсин (при слабом «сумеречном» освещении) отвечает за ночное зрение, а при дневном «цветовом зрении» (ярком освещении) он разлагается, и максимум его чувствительности смещается в синюю область. При достаточном освещении палочка работает совместно с колбочкой, являясь приёмником синей области спектра[5]. Полное восстановление родопсина у человека занимает около 30 минут.
Родопсин в клетках кожи[править | править код]
По данным исследования 2011 года, проведенного в Брауновском университете, клетки кожи меланоциты также содержат родопсин. Родопсин реагирует на ультрафиолетовое излучение и запускает выработку меланина[1]
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 Skin ‘sees’ UV light, starts producing pigment
- ↑ Островский М. А., Федорович С. Е., Голубев И. Н., 1967, Биофизика, 12 : 877.
- ↑ Hubbard R., Bownds D., Yoshizawa T., 1965. Cold Spring Harbor Symp. Biol., 30 : 301.
- ↑ АН СССР, объединённый научный совет «физиология человека и животных», Физиология сенсорных систем. Ч. 1. Физиология зрения. 1971 г., Издательство «Наука», Ленинградское отделение. Стр. 94 — 101
- ↑ С. Д. Ременко, «Цвет и зрение», «Картеа Молдовеняскэ», Кишинёв, 1982 г.
Этимология[править | править код]
Название «родопсин» происходит от др.-греч. ρόδον — роза и др.-греч. όπσις — зрение.
См. также[править | править код]
- Бактериородопсин
- Сенсорный родопсин II
- Родопсинкиназа
Ссылки[править | править код]
Источник
При поглощении кванта света (фотона) хромофорная группа белка (11-цис-ретиналь) изомеризуется в транс-форму. Возбуждение зрительного нерва происходит при фотолитическом разложении родопсина за счёт изменения ионного транспорта в фоторецепторе. Впоследствии родопсин восстанавливается (регенерирует) в результате синтеза 11-цис-ретиналя и опсина или в процессе синтеза новых дисков наружного слоя сетчатки.
Родопсин относится к суперсемейству трансмембранных рецепторов GPCR (рецепторов, связанных с G-белками) . При поглощении света конформация белковой части родопсина меняется, и он активирует G-белок трансдуцин, который активирует фермент цГМФ-фосфодиэстеразу. В результате активации этого фермента в клетке падает концентрация цГМФ и закрываются цГМФ-зависимые натриевые каналы. Так как ионы натрия постоянно выкачиваются из клетки АТФ-азой, концентрация ионов натрия внутри клетки падает. что вызывает её гиперполяризацию. В результате фоторецептор выделяет меньше тормозного медиатора глутамата, и в биполярной нервной клетке, которая «растормаживается» , возникают нервные импульсы.
Отвечает за ночное зрение, при ярком освещении разлагается, полное восстановление у человека занимает около 30 минут.
Исследователи изучили условия стабильного существования и диссоциации комплексов родопсина с трансдуцином. Те или иные нарушения этих молекулярных взаимодействий могут стать причиной слепоты. Но, по мнению ученых, полученные знания пригодятся и для изучения многих других заболеваний.
G-белки, к числу которых относится трансдуцин, активируясь через сопряженные рецепторы, участвуют в самых различных патологических процессах. Соответственно, они оказываются связанными с диабетом, аллергией, депрессией, сердечно-сосудистыми нарушения. И можно ожидать, что с другими молекулами G-белки взаимодействуют по сходным механизмам.
Строение сетчатки и зрительной клетки-фоторецептора — «палочки» . А. Сканирующая электронная микрофотография сетчатки мыши [5]. Палочки составляют ~70% из всех (6.4×106) клеток сетчатки, на долю колбочек приходится ~2%. Наружные сегменты палочек (НСП) содержат «диски» , мембрана которых обогащена родопсином, а внутренние сегменты (ВС) отвечают за обеспечение клетки энергией и питательными веществами. Б. Электронная микрофотография НСП, выделенного из сетчатки мыши [5]. Молярное соотношение между родопсином и фосфолипидами мембраны «дисков» — ~1:60; доля других белков в мембране невелика, и их роль в процессе зрения пока остаётся невыясненной. В. Схематичное изображение клетки-палочки. Под действием света проницаемость мембраны НСП для ионов падает, что приводит к гиперполяризации и возникновению нервного импульса. Г, Д. Квазитопографическое изображение поверхности родопсин-содержащей мембраны диска, полученное с помощью атомно-силовой микроскопии [6] в разном масштабе. Пунктирным овалом обведен димер родопсина, «выбившийся» из рядов, образуемых другими димерами. Считается, что активной формой рецептора, способной к реакции на свет, является именно димер.
Пространственная структура зрительного родопсина.
Трансмембранная топология родопсина.
Источник
Cтроение и функции палочек и колбочек сетчатки глаза
Все яркие оттенки окружающего мира, которые радуют нас в любое время суток, мы видим только за счет сетчатки глаза, а точнее особых фоторецепторов. Это палочки и колбочки.
Палочки и колбочки относятся к фотографическим рецепторам, и их строение обеспечивает максимальную степень чувствительности. Благодаря этому качеству колбочки и палочки сетчатки глаза трансформируют поступающие извне световые сигналы в особые импульсы, которые затем может воспринимать нервная система человека.
Особое строение каждого вида фоторецепторов позволяет им выполнять определенные функции. В светлое время дня большую нагрузку испытывают колбочки глаза. При снижении поступления светового потока, то есть в сумерках, свою работу начинают выполнять палочки сетчатки глаза.
Строение палочек и колбочек различно за счет того, что эти фоторецепторы имеют разный принцип работы и по-разному участвуют в световосприятии.
Палочки
Палочка сетчатки глаза по форме напоминает цилиндр с равномерным диаметром по всей его длине. Вся длина палочки превышает ее диаметр практически в 30 раз, что делает форму этого фоторецептора вытянутой. Строение палочек сетчатки представлено четырьмя элементами:
- мембранными дисками;
- ресничкой;
- митохондриями;
- нервной тканью.
Палочки обладают максимальной светочувствительностью, это обеспечивает их реагирование даже на самые минимальные внешние световые вспышки. Рецептор палочек начинает действовать даже при получении энергии в один фотон. Это особенность и позволяет палочкам обеспечивать сумеречное зрение и помогает максимально четко видеть объекты в вечерние часы.
Однако, поскольку в состав палочек сетчатки входит всего один пигментный элемент, обозначаемый как родопсин или зрительный пурпур, то оттенки и цвета различаться не могут. Белок палочек родопсин и не может так же быстро реагировать на световые раздражители, как делают это пигментные элементы колбочек.
Колбочки
Согласованная работа палочек и колбочек, несмотря на то, что их строение существенно различается, помогает человеку видеть всю окружающую действительность в полном качественном объеме. Оба вида фоторецепторов сетчатки глаза дополняют в работе друг друга, это способствует получению максимально четкой, ясной и яркой картинки.
Колбочки получили свое название благодаря тому, что их форма сходна с колбами, используемыми в различных лабораториях. Сетчатка у взрослого человека умещает около 7 миллионов колбочек.
Одна колбочка, так же как и палочка, состоит из четырех элементов.
- Наружный (первый) слой у колбочек сетчатки глаза представлен мембранными дисками. Эти диски заполнены йодопсином – цветовым пигментом.
- Второй слой колбочек сетчатки глаза – это связующий ярус. Он выполняет роль перетяжки, что позволяет сформировать определенную форму этого рецептора.
- Внутренняя часть колбочек представлена митохондриями.
- В центре рецептора располагается базальный сегмент, выполняющий роль связующего звена.
Йодопсин подразделяется на несколько видов, что позволяет обеспечить полную чувствительность колбочек зрительного пути при восприятии различных частей светового спектра.
По доминированию разных видов пигментных элементов все колбочки можно подразделить на три типа. Все эти виды колбочек работают согласованно, и это позволяет человеку при нормальном зрении оценить все богатство оттенков видимых им предметов.
Строение сетчатки
В общем строении сетчатки палочки и колбочки занимают вполне определенное место. Наличие этих рецепторов на нервной ткани, из которой состоит глазная сетчатка, помогает быстро преобразовать получаемый световой поток в набор импульсов.
Сетчатка получает картинку, которая проектируется глазным участком роговицы и хрусталиком. После этого переработанное изображение в виде импульсов поступает при помощи зрительного пути в соответствующий отдел головного мозга. Сложная и полностью сформированная структура глаза позволяет совершить полную обработку информации за считанные мгновения.
Большая часть фоторецепторов сконцентрирована в макуле – центральной области сетчатки, которая за счет желтоватого оттенка носит также название желтого пятна глаза.
Функции палочек и колбочек
Особое строение палочек позволяет фиксировать малейшие световые раздражители при самой низкой степени освещенности, но при этом оттенки светового спектра эти рецепторы отличить не могут. Колбочки, напротив, помогают нам увидеть и оценить все богатство окружающих нас красок мира.
Несмотря на то, что, по сути, палочки и колбочки имеют разные функции, обеспечить бесперебойную работу всего глаза может только согласованное участие обеих групп рецепторов.
Таким образом, оба фоторецептора важны для нашей зрительной функции. Это позволяет нам всегда видеть достоверную картинку, независимо от погодных условий и времени суток.
Родопсин – строение и функции
Родопсин – это группа зрительных пигментов, по строению белок, относящийся к хромопротеинам. Свое название родопсин, или зрительный пурпур, получил за ярко-красный оттенок. Пурпурная окраска палочек сетчатки была обнаружена и доказана в ходе многочисленных исследований. Белок сетчатки родопсин состоит из двух компонентов – желтого пигмента и бесцветного белка.
Под воздействием света родопсин разлагается, и один из продуктов его разложения влияет на возникновение зрительного возбуждения. Восстановленный родопсин действует при сумеречном освещении, и отвечает белок в это время за ночное зрение. При ярком освещении родопсин разлагается и его чувствительность смещается в синюю область зрения. Белок сетчатки родопсин полностью восстанавливается у человека примерно за 30 минут. За это время сумеречное зрение достигает своего максимума, то есть человек начинает в темноте видеть все отчетливее.
Палочки и колбочки сетчатки глаза: строение и функции
Все оттенки и яркость окружающего мира, независимо от времени суток позволяют нам в полной мере оценить палочки и колбочки, расположенные в области глазной сетчатки. Данные рецепторы фотографического типа обладают достаточно высокой чувствительностью, благодаря чему могут трансформировать световые сигналы в импульсы нервного характера, которые воспринимает человеческая нервная система.
Важно отметить, что каждый вид рецепторов выполняет свою отдельную функцию, если в светлое время суток большая нагрузка ложиться на колбочки, то в условиях недостаточного светового потока в работу включаются палочки.
Что такое палочки и колбочки?
Палочки
Глазная палочка по своей форме похожа на цилиндр, диаметр которого равномерен по всей длине элемента.
Своей вытянутой формой подобная часть глазного аппарата обязана особенностям строения, ведь длина палочки больше ее диаметральной характеристики почти в тридцать раз. В основу конструкции здесь положено четыре основных элемента.
Первый сегмент состоит из мембранных дисков, второй связующий слой – это ресничка, третий внутренний уровень состоит из митохондрий и последний сегмент базального типа представляет собой нервную ткань.
Благодаря высокой светочувствительности палочки способны реагировать на очень малые световые вспышки. Даже энергия одного фотона способна пробудить рецептор к действию. Основываясь на такой особенности, именно подобная рецепторная группа отвечает за сумеречное зрение и позволяет видеть четкие очертания предметов в вечернее время.
Однако наличие в составе палочки всего одного пигментного компонента (родопсина), не позволяет различать цвета и оттенки таким элементам.
Так же важно отметить, что родопсин способен реагировать на световые раздражители гораздо медленнее, чем пигментное наполнение колбочек.
Колбочки
Обе рецепторные группы сетчатки удачно дополняют друг друга и способствуют получению органами зрения четкой и ясной картинки.
Свое название колбочки получили благодаря характерной форме, отдаленно напоминающей колбы, которые встречаются во многих лабораториях. Глазная сетчатка взрослого человека способна уместить около семи миллионов таких рецепторов.
Как и палочка, колбочка также состоит из четырех основных элементов. Первый наружный слой представляет собой набор мембранных дисков заполненных цветовым пигментом – йодопсином, второй связующий ярус исполняет роль перетяжки, формируя своеобразную форму рецептора.
Затем следует внутренняя часть, состоящая из митохондрий, и в центре конструкции располагается связующее звено под названием базального сегмента.
Особый красящий пигмент позволяет колбочкам выполнять все свои функции в полном объеме, ведь именно йодопсин, нескольких видов определяет чувствительность таких элементов зрительного пути к различным частям светового спектра.
Все колбочки, которые содержит сетчатка по доминированию того или иного вида пигментного вещества можно разделить на три разных типа.
Согласованная работа всех типов подобных рецепторов дает человеку возможность оценить все богатство красок и оттенков в окружающем пространстве.
Строение
Палочки и колбочки занимают свое особое место в строении сетчатки глаза.
Наличие подобных рецепторов на тонкой нервной ткани, из которой состоит данная глазная область, позволяет быстро трансформировать полученную световую информацию в набор нервных импульсов.
Сама по себе сетчатка получает картинку, спроектированную глазным отделом роговицы и хрусталиком. Затем переработанное изображение посредством зрительного пути передается в соответствующую область мозга человека. Благодаря весьма сложной структуре обработка всей увиденной глазом информации занимает считанные мгновения.
Основная часть фотографических рецепторов сетчатки сконцентрирована в небольшой центральной области желтоватого оттенка под названием макула.
Функции
Палочки и колбочки сетчатки глаза выполняют разные функции, однако обеспечить бесперебойную работу всего зрительного аппарата может только участие обеих групп фотографических рецепторов.
Если палочки благодаря своему строению способны воспринимать даже очень маленькие световые раздражители, при низкой степени освещенности, но совершенно не различают оттенки светового спектра, то колбочки напротив позволяют зрительной системе оценить все богатство цветовой палитры мира.
Поэтому обе рецепторные группы одинаково важны и необходимы нашему зрению для получения качественного достоверного изображения в любое время суток и, не взирая, на погодные условия.
Палочки и колбочки сетчатки глаза
Зрение – первое чувство, применяемое человеком для познания внешнего мира.
Сначала человек смотрит на объект интереса, затем трогает, ощущает, нюхает или пробует.
Это настолько естественный процесс, что трудно поверить в сложность его реализации зрительной системой. Она сложна, но от этого не менее интересна. Создание изображения претерпевает много этапов создания, один из которых – восприятие и обработка цветовых и световых раздражителей и превращение их в нервный импульс . Этой цели служит сетчатка глаза. Эта тонкая пластинка – самая важная составляющая глазного яблока, она является началом зрительного анализатора.
Сетчатка содержит множество чувствительных волокон, воспринимающих внешние раздражители. Волокна объединены в 3 нервных пучка:
- первый – палочки и колбочки;
- второй – биполярные клетки;
- третий – ганглионарные клетки.
Палочки и колбочки отвечают за фоторецепцию сетчатки и находятся в ее наружном слое.
Строение колбочек
Колбочки представляют собой конусовидные рецепторы, сосредоточенные в центре сетчатки. Это мелкие нейроны длиной до 50 мкм, диаметром 1-4 мкм. У здорового человека их насчитывается около 7 млн. клеток. Колбочки, как самостоятельные структуры, состоят из отельных частей, каждая из которых выполняет соответствующую функцию. 4 части колбочки:
- наружная часть;
- перетяжка;
- внутренний сегмент;
- синапс.
Источник
