Биофизический механизм зрения

Зрение на разных уровнях организации:

1. органный – глаз

2. тканевой – сетчатка

3. клеточный – фоторецепторные клетки (палочки и колбочки)

4. субклеточный – внешние сегменты, диски, фоторецепторные мембраны

5. молекулярный – зрительные пигменты (родопсин и йодопсин)

Фоторецепторная система глаза – сетчатка – многослойная структура, наружные слои которой образованы нервными клетками, а внутренние – фоторецепторными клетками и пигментным эпителием.

Фоторецепторные клетки 2-х типов: палочки и колбочки.

Палочки:

Ø чёрно-белое (серое, ахроматическое) зрение

Ø сумеречное зрение (низкий порог чувствительности)

Колбочки:

Ø дневное

Ø цветовое зрение – три сорта колбочек с максимумами поглощения в трех разных частях спектра.

В фоторецепторных клетках – внутренние и наружные (внешние) сегменты. В наружных сегментах – стопочки параллельных дисков. Диски – внутриклеточные органеллы, образованные двойными мембранами, билипидный слой которых пронизывают молекулы зрительных белков (прошивающие белки).

Зрительный пигмент – сложный белок, состоящий из двух частей: белка опсина и небелковой части – альдегида ретиналя, близкого по структуре к витамину А.

Зрительные пигменты палочек и колбочек отличаются белковыми частями. Зрительный пигмент палочек родопсин, пигменты колбочек – йодопсины.

Максимумы поглощения у человека:

родопсин – в голубой части спектра около 500 нм

йодопсины – в сине-фиолетовой, зелёной и жёлто-зелёной – 445, 535 и 570 соответственно.

Хромофорная группа, ответственная за поглощение видимого света – ретиналь. Опсин и ретиналь в темноте ковалентно связаны.

Молекулярный механизм фоторецепции:

Фотофизическая стадия – переход ретиналя в возбуждённое состояние: Р + hv → Р (S).

Фотохимическая стадия – изомеризация ретиналя за счёт энергии света: Р^*-цис → Р-транс (квантовый выход реакции = 0,5-0,7). Для изомеризации одной молекулы необходимо 2 кванта света.

Ø изомеризация ретиналя

Ø нарушение структурного соответствия между ним и опсином

Ø изменение конформации опсина

Ø отщепление ретиналя от опсина, погружение опсина внутрь билипидного слоя (из-за низкой вязкости фоторецепторной мембраны)

Ø структурная перестройка фоторецепторной мембраны

Ø изменение её ионной проницаемости

Ø через медиаторов – изменение проницаемости и электрического состояния плазматической мембраны наружного сегмента

Ø распространение рецепторного потенциала по плазматической мембране до синаптического контакта с нервным волокном на внутреннем сегменте

Ø возникновение электрического импульса в нервном волокне

Ø передача импульса в мозг

Ø возникновение оптического изображения на пигментном эпителии

Ø ферментативное восстановление в темноте ретиналя в его цис-форме и соединение её с опсином.

Дата добавления: 2014-01-04