Зрительный пигмент. Химики показали, как синий свет разрушает сетчатку История изучения родопсина

Родопсин — основной зрительный пигмент клеток сетчатки глаза позвоночных (в том числе людей). Он относится к сложным белкам хромопротеинам и ответствен за «сумеречное зрение». Для того чтобы давать мозгу возможность анализировать зрительную информацию, сетчатка глаза преобразует свет в нервные сигналы, определяя чувствительность зрения в диапазоне освещенности — от звездной ночи до солнечного полдня. Сетчатку образуют два главных типа зрительных клеток — палочки (около 120 млн клеток на сетчатку человека) и колбочки (около 7 млн клеток). Колбочки, сконцентрированные преимущественно в центральной области сетчатки, функционируют только при ярком свете и отвечают за цветовое зрение и чувствительность к мелким деталям, а более многочисленные палочки ответственны за зрение в условиях слабой освещенности и отключаются при ярком освещении. Таким образом, в сумерках и ночью глаза не способны четко определять цвет предмета, так как клетки-колбочки не работают. Зрительный родопсин как раз содержится в светочувствительных мембранах клеток-палочек.

Родопсин обеспечивает способность видеть тогда, когда «все кошки серы».

Под действием света светочувствительный зрительный пигмент изменяется, и один из промежуточных продуктов его превращения непосредственно ответствен за возникновение зрительного возбуждения. После передачи возбуждения в живом глазу идет процесс регенерации пигмента, который затем снова участвует в процессе передачи информации. Полное восстановление родопсина у человека занимает около 30 минут.

Заведующему кафедрой медицинской физики Санкт-Петербургской государственной педиатрической медицинской академии Андрею Струцу и его коллегам из Университета Аризоны удалось прояснить механизм действия родопсина, исследовав белковую структуру с помощью метода ЯМР-спектроскопии. Их работу публикует Nature Structural and Molecular Biology .

«Эта работа является продолжением серии публикаций по исследованиям родопсина, который является одним из рецепторов, сопряженных с G-белком. Эти рецепторы регулируют множество функций в организме, в частности, родопсиноподобные рецепторы регулируют частоту и силу сердечных сокращений, иммунные, пищеварительные и другие процессы. Сам родопсин является зрительным пигментом и отвечает за сумеречное зрение позвоночных. В этой работе мы публикуем результаты исследований динамики, молекулярных взаимодействий и механизма активации родопсина. Нами впервые были получены экспериментальные данные о подвижности молекулярных групп лиганда в связывающем кармане родопсина и их взаимодействии с окружающими аминокислотами.

На основе полученной информации мы также впервые предложили механизм активации рецептора»,

— рассказал «Газете.Ru» Струц.

Исследования родопсина полезны как с точки зрения фундаментальной науки для понимания принципов функционирования мембранных белков, так и в фармакологии.

«Поскольку белки, принадлежащие тому же классу, что и родопсин, являются объектом воздействия 30—40% разрабатываемых в настоящее время лекарственных препаратов, то результаты, полученные в этой работе, также могут быть использованы в медицине и фармакологии для разработки новых препаратов и методов лечения»,

— объяснил Струц.

Исследования родопсина были проведены международным коллективом ученых в Университете Аризоны (Тусон), однако Андрей Струц намерен продолжать эту работу в России.

«Мое сотрудничество с руководителем группы профессором началось в 2001 году (до этого я работал в Научно-исследовательском институте физики Санкт-Петербургского государственного университета и в Университете Пизы, Италия). С тех пор состав международной группы неоднократно менялся, в нее входили специалисты из Португалии, Мексики, Бразилии, Германии. Работая все эти годы в США, я оставался гражданином России и не терял связей с физическим факультетом СПбГУ, выпускником которого я являюсь и в котором я защитил кандидатскую диссертацию. И здесь я должен особо отметить всеобъемлющую и всестороннюю подготовку, которую я получил на физическом факультете СПбГУ и конкретно на кафедре молекулярной оптики и биофизики, что позволило мне легко влиться в новый для меня коллектив и успешно заняться новой тематикой, освоить новое для меня оборудование.

В настоящее время я избран заведующим кафедрой медицинской физики Санкт-Петербургской государственной педиатрической медицинской академии (СПбГПМА) и возвращаюсь на родину, однако мое сотрудничество с профессором Брауном будет продолжаться не менее активно. Более того, я надеюсь, что мое возвращение позволит наладить сотрудничество Университета Аризоны с СПбГУ, СПбГПМА, РГГМУ и другими вузами России. Такое сотрудничество было бы полезно обеим сторонам и позволило бы способствовать развитию отечественной биофизики, медицины, фармакологии и т. п.

Конкретные научные планы включают продолжение исследования мембранных белков, которые в настоящее время мало изучены, а также применение магнитно-резонансной томографии для диагностики опухолей.

В этой области у меня также имеется определенный задел, полученный за время моей работы в медицинском центре Университета Аризоны», — пояснил Струц.

Зрительная фототрансдукция представляет собой комплекс процессов, который отвечает за изменение (фототрансформацию) пигментов и последующую их регенерацию. Необходимо это для передачи информации из внешнего мира к нейронам. Благодаря биохимическим процессам, при влиянии света с различной длиной волны, возникают структурные изменения в строении пигментов, которые находятся в бислойном липидном участке мембран внешней доли фоторецептора.

Изменения в фоторецепторах

Фоторецепторы всех позвоночных животных, включая человека, могут реагировать на световые лучи путем изменения фотопигментов, которые располагаются в бислойных мембранах в области внешней доли колбочек и палочек.

Сам зрительный пигмент представляет собой белок (опсин), который является производным витамина А. Сам бета-каротин содержится в пищевых продуктах, а также синтезируется в клетказ сетчатки (фоторецептоный слой). Эти опсины ил хромофоры в связанном состоянии локализуются в глубине биполярных дисков в зоне внешних долей фоторецепторов.

Около половины опсинов приходится на бислойный липидный слой, который связан снаружи короткими петлями белка. Каждая молекула родопсина имеет в своем составе семь трасмембранных участков, которые окружают хромофор в бислое. Хромофор располагается горизонтально в мембране фоторецептора. Внешний диск мембранного участка имеет большое количество зрительных молекул пигмента. После того, как был поглощен фотон света, вещество пигмента переходит из одной изоформы в другую. В результате этого молекула претерпевает конформационные изменения, а структура рецептора восстанавливается. При этом метародопсин активирует G-белок, что запускает каскад биохимических реакций.

Фотоны света воздействуют на зрительный пигмент, что приводит к активации каскада реакций: фотон - родопсин - метародопсин - трансдуцин - фермент, который гидролизует цГМФ.В результате этого каскада формируется закрывающаяся мембрана на внешнем рецепторе, которая связана с цГМФ и отвечает за работу катионного канала.

В темноте через открытые каналы проникают катионы (в основном ионы натрия), которые приводят к частичной деполяризации ячейки фоторецептора. При этом этот фоторецептор выбрасывает медиатор (глутамат аминокислоты), который воздействует на инаптические окончания нейронов второго порядка. При незначательном световом возбуждении молекула родопсина изомеризуется в активную форму. Это приводит к закрытию ионного трансмембранного канала, и, соответственно, останавливает катионный поток. В результате клетка фоторецептора гиперполяризуется, а медиаторы перестают выделяться в зоне контакта с нейронами второго порядка.

В темноте через трансммбранные каналы осуществляется поток ионов натрия (80%), кальция (15%), магния и других катионов. Чтобы удалить избыток кальция и натрия во время темноты, в клетках фоторецепторов действует катионный обменник. Ранее считалось, что кальций участвует в фотоизомерации родопсина. Однако в настоящее время получены доказательства того, что этот ион играет и другие роли в фототрансдукции. За счет присутствия достаточной концентрации кальция, палочковые фоторецепторы становятся более восприимчивыми к свету, а также значительно увеличивается восстановление этих клеток после освещения.

Колбочковые фоторецепторы способны приспособиться к уровню освещения, поэтому человеческий глаз способен воспринимать объекты при разном освещении (начиная от теней под деревом и заканчивая предметов, расположенных на блестящем освещенном снегу). Палочковые фоторецепторы имеют меньшую приспособляемость к уровню освещения (7-9 единиц и 2 единицы для колбочек и палочек, соответственно).

Фотопигменты экстерорецепторов колбочек и палочек сетчатки глаза

К фотопигментам колбочкового и палочкового аппарата глаза относят:

• Йодопсин;
• Родопсин;
• Цианолаб.

Все эти пигменты отличаются друг от друга аминокислотами, которые входят в состав молекулы. В связи с этим пигменты поглощают определенную длину волны, точнее диапазон длин.

Фотопигменты экстерорецепторов колбочек

В колбочках сетчатки глаза располагается йодопсин и разновидность йодопсина (цианолаб). Все выделяют три типа йодопсина, которые настроены на длину волны в 560 нм (красный), 530 нм (зеленый) и 420 нм (синий).

О существовании и идентификации цианолаба

Цианолаб представляет собой разновидность йодопсина. В сетчатке глаза синие колбочки располагаются регулярно в периферической зоне, зеленые и красные колбочки локализуются хаотично по всей поверхности сетчатки. При этом плотность распределения колбочек с зеленым пигментов больше, чем красных. Наименьшая плотность отмечается у синих колбочек.

В пользу теории трихромазии свидетельствуют следующие факты:

• Была определена спектральная чувствительность двух пигментов колбочки при помощи денситометрией.
• С использованием микроспектрометрии было определено три пигмента колбочкового аппарата.
• Был идентифицирован генетический код, ответственный за синтез красных, синих и зеленых колбочек.
• Ученым удалось изолировать колбочки и измерить их физиологический ответ на облучение светом с определенной длинной волны.

Теория трохромазии раньше была не в состоянии объяснить наличие четырех основных цветов (синий, желтый, красный, зеленый). Также было затруднительно объяснить, почему люди-дихроматы способны различать белый и желтый цвета. В настоящее время открыт новый фоторецептор сетчатки, в котором роль пигмента исполняет меланопсин. Это открытие расставило все по местам и помогло ответить на многие вопросы.

Также в недавних исследованиях при помощи флуоресцентного микроскопа были изучены срезы сетчатки птиц. При этом было выявлено четыре типа колбочек (фиолетовая, зеленая, красная и синяя). За счет оппонентного цветного зрения фоторецепторы и нейроны дополняют друг друга.

Фотопигмент палочек родопсин

Родопсин относится к семейству G-связанных белков, который так назван из-за механизма трансмембранной передачи сигнала. При этом в процесс вовлекаются G-белки, расположенные в примембранном пространстве. При исследовании родопсина была установлена структура этого пигмента. Это открытие очень важно для биологии и медицины, потому что родопсин является родоначальником в семействе GPCR-рецепторов. В связи с этим его строение используется в изучении всех остальных рецепторов, а также определяет функциональные возможности. Родопсин назван так, потому что имеет ярко-красную окраску (с греческого он дословно переводится как розовое зрение).

Дневное и ночное зрение

Изучая спектры поглощения родопсина, можно заметить, что восстановленный родопсин отвечает за восприятие света в условиях низкой освещенности. При дневном свете этот пигмент разлагается, и максимальная чувствительность родопсина смещается в синюю спектральную область. Это явление получило название эффект Пуркинье.

При ярком освещении палочка перестает воспринимать дневные лучи, а эту роль на себя берет колбочка. При этом происходит возбуждение фоторецепторов в трех областях спектра (синий, зеленый, красный). Далее эти сигналы преобразуются и направляются в центральные структуры мозга. В результате формируется цветное оптическое изображение. Для полного восстановления родопсина в условиях низкой освещенности требуется коло получаса. В течение всего этого времени происходит улучшение сумеречного зрения, которое достигает максимума по окончании периода восстановления пигмента.

Биохимик М.А. Островский провел ряд фундаментальных исследований и показал, что палочки, содержащие пигмент родопсин, участвуют в восприятии объектов в условиях низкого освещения и отвечают за ночное зрение, которое имеет черно-белую окраску.

Все мы конечно же слышали про витамин А – что он содержится в морковке и чрезвычайно важен для зрения. А употребляя морковный фреш, стоит запивать его свежими сливками. Но так ли прост этот витамин А?

На самом витамин А не похож на другие известные нам витамины. Это не какое-то отдельное химическое вещество, а обобщающее название различных соединений, обладающих общим биологическим действием. Одна группа, которая включает в себя ретинол, ретиналь и ретиноевую кислоту, образует А-витаминный комплекс и называется ретиноиды . Другая группа – про-витамины каротиноиды (в первую очередь β-каротин) способны в организме человека трансформироваться в ретинол (однако всего 10%). Несмотря на то, что обе группы веществ оказывают однонаправленное действие, организм получает их из разных источников. Общим у них является также и то, что они всасываются при участии жиров (поэтому витамин А – жирорастворимый витамин).

Источником ретиноидов являются животные продукты. Особенно богаты ретинолом рыбий жир, яйца, сливочное масло, молоко, говяжья печень. Количество ретиноидов в продуктах может значительно снижаться при неправильном хранении, при порче (прогоркании) жиров. К этому же результату приводит перегревание (длительное кипение) жира в процессе приготовления пищи. Кулинарные потери ретинола при тепловой обработке продуктов могут достигать 40 %.

Ретинол играет важнейшую роль в процессе развития клеток кожи и костной ткани, а также обеспечивает работу зрительного анализатора, включаясь в состав зрительного пигмента радопсина, обеспечивающего фоторецепцию на сетчатке глаза. Синтез радопсина особенно повышается в условиях низкой освещенности, обеспечивая темновую адаптацию. Ретиноевая кислота - необходимый компонент биохимических реакций с участием тиреоидных гормонов и витамина D. Эти процессы обеспечивают правильное внутриутробное развитие, стимулируют рост, влияют на развитие клеток крови, способствуют мобилизации депонированного железа для синтеза гемоглобина. Дефицит витамина А в питании ускоряет развитие железодефицитной анемии и препятствует дополнительному поступлению железа с пищей. Кроме того важнейшей функцией ретинола является его антиоксидантная активность.

Как уже говорилось, основными источниками ретинола являются животные продукты. При этом, чем больше продукт содержит жира, тем больше в нем витамина А. С гигиенических позиций это означает, что не следует увеличивать поступление ретинола за счет пищевых источников. Однако, не все так плохо – про-витамины А, каротиноиды, способны превращаться в организме в ретиноиды, таким образом, недостаток витамина А можно восполнить через растительную пищу.

В связи с этим скажем о каротиноидах . Название их происходит от латинского carota - наименования семейства моркови, из которой они впервые были выделены. К каротиноидам относятся как вещества с различной А-витаминной активностью: каротин, криптосантин, а так же соединения, не относящиеся к провитаминам: лютеин, зеаксантин и ликопин. Наиболее высокой витаминной активностью среди других каротиноидов обладает β-каротин. Каротиноиды выполняют в организме несколько важных функций: А-витаминную, антиоксидантную и регуляторную (на клеточном уровне). Несмотря на то, что у β-каротина низкая активность (по сравнению с ретинолом), каротиноиды вносят большой вклад в поддержание витаминного статуса. Лютеин и зеоксантин обеспечивают защиту сетчатки глаза, избирательно поглощая синий интервал светового излучения в видимом спектре.

Основным источником каротиноидов являются растительные продукты, как правило, красные и желтые овощи и фрукты . Однако в некоторых листовых растениях, в частности шпинате , обилие хлорофилла маскирует желто-оранжевый пигмент и придает им зеленый цвет. Главными пищевыми источниками β-каротина являются морковь, тыква, абрикосы, курага, шпинат. Ликопин поступает в организм с томатами . Лютеином и зеоксантином особенно богаты брокколи, тыква, кабачки, шпинат . Для обеспечения реальной потребности в каротиноидах недостаточно постоянно употреблять любую растительную продукцию - необходимо следить за регулярным включением в рацион именно перечисленных продуктов. Кулинарные потери каротиноидов при тепловой обработке продуктов также могут достигать 40 %. Особенно нестойки каротиноиды на свету.

Сочетание продуктов, содержащих каротиноиды, с пищевыми жирами увеличивает доступность этих витаминов, поэтому целесообразно использовать в питании, например, следующие блюда: тертая морковь или овощной салат с 10% сметаной, молочная тыквенная каша со сливочным маслом. Правильным также будет включение в виде третьего блюда в обед абрикосов, апельсинов, арбуза, персиков.

Учитывая тот факт, что ретиноиды и каротиноиды поступают в организм с совершенно разными источниками, в настоящее время они классифицируются отдельно. Делаются попытки установить их самостоятельные нормативы поступления в организм, хотя обычно пользуются общим суммарным физиологическим уровнем их суточной потребности, который выражается в ретиноловом эквиваленте . Это показатель имеет половую дифференцировку и для мужчин составляет 1 мг/сут, а для женщин - 0,8 мг/сут. Потребность собственно в самом ретиноле устанавливается в количестве 40 % от ретинолового эквивалента, что соответствует 0,4 мг для мужчин и 0,32 мг для женщин. А потребность в β-каротине установлена на уровне 5 мг/сут.

Глубокий дефицит витамина А в питании (авитаминоз) развивается при отсутствии животной и разнообразной растительной пищи, т.е. в условиях голода. В развивающихся бедных странах, на фоне общей белково-энергетической недостаточности очень часто у детей поражается орган зрения - ксерофтальмия с развитием слепоты. При этом развивается также вторичный иммунодефицит, сопровождающийся чаще всего инфекциями дыхательных путей и мочеполовой системы.

При длительном недостаточном поступлении витамина А (гиповитаминоз) первыми признаками дефицита ретинола являются фолликулярный гиперкератоз и общая сухость кожи, слизистых (например, конъюнктивы), снижение времени темновой адаптации глаза к сумеречным условиям (куриная слепота).

Чрезвычайный пищевой избыток ретинола (гипервитаминоз) может возникнуть в результате употребления с пищей таких продуктов, как печень белого медведя и некоторых морских млекопитающих - крайне редкий случай для современного человека. Описано также отравление ретинолом, избыток которого накопился в традиционном пищевом продукте - печени цыплят по причине технологических нарушений использования витамина в качестве кормовой добавки при выращивании птицы. Однако, гипервитаминоз А чаще всего встречается из-за дополнительного приема лекарственных препаратов в большой дозировке. При длительном поступлении многократно (более чем в 10-20 раз) превышающих физиологическую норму количеств ретинола отмечаются головная боль, диспепсические расстройства (тошнота, рвота), поражение кожи лица и волосистой части головы (зуд, шелушение, выпадение волос), боли в костях и суставах.

Несмотря на то что каротиноиды способны трансформироваться в ретинол, их избыток с пищей не превращается в витамин А при насыщении печеночного депо. При высоком поступлении β-каротина за счет лекарственных препаратов или в результате употребления большого количества богатых им продуктов (например, морковного сока) может развиваться каротинодермия - желтое окрашивание кожных покровов.

При изучении влияния больших доз (20-30 мг/сут) каротиноидов при многолетнем употреблении были получены данные об увеличении смертности от рака легких среди курильщиков со стажем, принимавших этот витамин. Данный результат подтверждает необходимость осторожного отношения к использованию БАД, в том числе витаминов, у лиц с риском развития онкологических заболеваний - практически любой стаж курения сопровождается такой опасностью.

Материал подготовлен на основе информации из открытых источников.

Несмотря на то, что негативному влиянию экранов на человека посвящены десятки научных работ, современные люди проводят всё больше и больше времени "в компании" телевизора, компьютера и смартфона. Впрочем, стоит заметить, что до настоящего времени оставалось непонятным, как именно свет дисплея . Но теперь химики из Университета Толедо, наконец, выявили механизм, с помощью которого синий свет, исходящий от цифровых устройств, превращает содержащиеся в сетчатке молекулы в настоящие убийцы клеток.

Важнейшую роль в процессе зрения играет ретиналь - одна из форм витамина А. Это вещество входит в состав основных зрительных пигментов и участвует в создании нервных сигналов, из которых мозг формирует изображение. И поскольку без ретиналя фоторецепторы становятся абсолютно бесполезными, он должен постоянно производиться в сетчатке глаза.

В новом исследовании команда под руководством Аджита Карунаратне (Ajith Karunarathne) обнаружила, что под действием синего света ретиналь запускает реакции, в ходе которых появляются вещества, токсичные для клеток сетчатки. Именно этот процесс приводит к возрастной дегенерации жёлтого пятна , когда иммунная система постепенно перестаёт защищать клетки от разрушения.

В ходе эксперимента учёные вводили ретиналь в самые разные типы клеток, включая сердечные, раковые и нервные, после чего воздействовали на образцы светом различной длины волны. И каждый раз под лучами синей части спектра клетки погибали, в то время как другие виды освещения не оказывали негативного эффекта.

"Это действительно токсично. Фоторецепторные клетки глаза не восстанавливаются, и когда они умирают, то это навсегда", - объясняет в пресс-релизе университета соавтор исследования Касун Ратнаяке (Kasun Ratnayake).

Но есть и хорошая новость: оказалось, что от проделок ретиналя спасает антиоксидант альфа-токоферол - производная витамина Е. К сожалению, со временем, когда организм начинает стареть или когда иммунная защита ослабевает, способность таким образом бороться с воздействием синего света пропадает.

Только в США ежегодно выявляется два миллиона новых случаев макулодистрофии - группы заболеваний, при которых происходит поражение сетчатки глаза и нарушается центральное зрение. Понимание того, каким именно образом вездесущий синий свет влияет на здоровье человека, даёт надежду на разработку способов защиты молодого поколения в мире высоких технологий.

В настоящее время исследователи измеряют интенсивность света, поступающего от экранов различных устройств, чтобы смоделировать реакцию глазных клеток на естественное облучение, с которым люди сталкиваются в повседневной жизни.

По словам Карунаратне защититься от естественного синего света можно с помощью солнцезащитных очков, которые отсеивают эти волны вместе с ультрафиолетом. Кроме того, многие производители гаджетов сегодня устанавливают на свои новые устройства соответствующие программные фильтры. На старые модели устройств программы, отсеивающие синию составляющую, пользователи могут установить самостоятельно.

Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться, прочитав , опубликованную в издании Scientific Reports.

Добавим также, что на сегодняшний день известны случаи восстановления сетчатки, например, с помощью и . Впрочем, пока это лишь экспериментальные разработки. Однако авторы проекта "Вести..

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

Таблица 7. Типы зрительных пигментов

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 до 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 -полосе (500 нм), -полосе (350 нм), у-полосе (278 нм) и -полосе (231 нм). Считается, что а- и -полосы в спектре обусловлены поглощением ретиналя, а и -полосы - поглощением опсина. Молярные экстинкции имеют следующие значения: при 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) и ультрафиолетовой (белокхромофорной) области Для наиболее очищенных препаратов родопсина эти значения соответственно равны и 0,168. Родопсин флуоресцирует в видимой области спектра с максимумом свечения при в дигитониновом экстракте и при 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 и С-концевых аминокислотных остатков, т. е. полипептидная цепь белка, по-видимому, циклизована. Аминокислотный состав опсина еще не определен. Изучение дисперсии оптического вращения препаратов опсина показало, что содержание -спиральных участков в опсине 50-60%.

В нейтральной среде молекула опсина несет отрицательный заряд и обладает изоэлектрической точкой при

Менее ясен вопрос о том, сколько молекул фосфолипидов связано с одной молекулой опсина. Согласно данным различных авторов, эта цифра сильно варьирует. По мнению Абрахамсона, в каждом липохромопротеиде с опсином прочно связано восемь молекул фосфолипидов (из них пять молекул фосфатидилэтаноламина). Кроме того, в комплекс входят 23 слабосвязанные молекулы фосфолипидов.

Рассмотрим теперь основной хромофор зрительного пигмента - 11-цис-ретиналь. На каждую молекулу белка в родопсине приходится лишь одна молекула пигмента. содержит в боковой цепи четыре сопряженные двойные связи, которые обусловливают цис-транс-изомерию молекулы пигмента. От всех известных стереоизомеров 11-цис-ретиналь отличается выраженной нестабильностью, что связано с уменьшением энергии резонанса, обусловленным нарушением компланарности боковой цепи.

Концевая альдегидная группа в боковой цепи обладает повышенной реакционной способностью и

реагирует с аминокислотами, их аминами и фосфолипидами, содержащими аминогруппы, например, фосфатидилэтанол-амином. При этом образуется альдиминная ковалентная связь - соединение типа Шиффова основания

Спектр поглощения обнаруживает максимум при Как уже упоминалось, тот же хромофор в составе зрительного пигмента имеет максимум поглощения при Такой большой батохромный сдвиг (около может быть обусловлен рядом причин: протонированием азота в альдиминной группе, взаимодействием ретиналя с -группами опсина, слабыми межмолекулярными взаимодействиями ретиналя с белком. Ирвинг считает, что основной причиной сильного батохромного сдвига в спектре поглощения ретиналя является высокая локальная поляризуемость среды вокруг хромофора. Такой вывод им был сделан на основании модельных опытов, в которых измерялись спектры поглощения протонированного производного ретиналя с аминосоединением в различных растворителях. Оказалось, что в растворителях с более высоким показателем преломления отмечался и более сильный батохромный сдвиг.

На решающую роль взаимодействий белка с ретиналем в определении положения длинноволнового максимума поглощения зрительного пигмента указывают также опыты Рэдинга и Уолда, в которых зарегистрировано обесцвечивание пигмента при протеолизе белкового носителя. С различиями во взаимодействиях ретиналя с микроокружением в пределах липопротеидного комплекса могут быть связаны наблюдающиеся довольно широкие вариации в положении максимумов спектров поглощения зрительных пигментов (от 430 до 575 нм) у различных видов животных.

Еще несколько лет назад сильные споры среди фотобиологов вызывал вопрос о природе партнера, с которым соединен ретиналь в зрительном пигменте. В настоящее время общепринята точка зрения о том, что ретиналь с помощью Шиффова основания связан с белком-опсином. При этом ковалентная связь замыкается между альдегидной группой ретиналя и -аминогруппой лизина белка.