Родопсин — це зоровий пігмент. Характеристика та роль у фоторецепції

Родопсин — це поширений зоровий пігмент, що входить до складу паличковидних зорових рецепторів сітківки очі хребетних тварин. Ця речовина має дуже високу фоточутливість і є ключовим компонентом фоторецепції. Інша назва родопсину — зоровий пурпур.

Зараз до родопсинам відносять пігменти не тільки паличок, але і рабдомерных зорових рецепторів членистоногих.

Загальна характеристика пігменту

По хімічної природі родопсин — це мембранний білок тваринного походження, що містить у своїй структурі хромофорную групу. Саме вона зумовлює здатність пігменту поглинати кванти світла. Білок родопсин має молекулярну масу приблизно 40 кДА і містить 348 амінокислотних ланок.

Спектр світлопоглинання родопсину складається з трьох смуг:

  • α (500 нм);
  • β (350 нм);
  • γ (280 нм).

Промені γ поглинаються ароматичними амінокислотами в складі поліпептидного ланцюга, а β і α — хромофорной групою.

Родопсин — це речовина, здатна розпадатися під дією світла, що запускає электротонический шлях передачі сигналу по нервовим волокнам. Дана властивість характерно і для інших пігментів фоторецепторів.

Структура родопсину

За хімічною структурою родопсин — це хромогликопротеид, до складу якого входять 3 компонента:

  • хромофорная група;
  • 2 олигосахаридные ланцюжка;
  • водонерозчинний білок опсин.

Як хромофорной групи виступає альдегід вітаміну А-ретиналь), який знаходиться в 11-цисформе. Це означає, що довга частина ланцюжка ретиналю вигнута і скручена з утворенням нестабільною конфігурації.

В просторовій організації молекули родопсину виділяють 3 домену:

  • внутримембранный;
  • цитоплазматичний;
  • внутридисковый.

Хромофорная група розташований у внутримембранном домені. Її зв’язок з опсином здійснюється через Шиффово основу.

Схема фотопревращения

Механізм фотопревращения пігменту родопсину під дією світла заснований на реакції цис-транс-ізомеризації ретиналю — тобто на конформационном переході 11-цис-форми хромофорной групи в випрямлену транс-форму. Цей процес здійснюється з величезною швидкістю (менше 0,2 пикосекунды) і активує ряд подальших перетворень родопсину, які відбуваються вже без участі світла (темнова фаза).

Дивіться також:  Простетичної група – це небілковий компонент складних речовин

Утворюється під дією світлового кванта продукт називають фотородопсином. Його особливість у тому, що транс-ретиналь ще пов’язаний з поліпептидного ланцюгом опсина.

Від завершення першої реакції до кінця темнової фази родопсин послідовно зазнає наступний ряд перетворень:

  • фотородопсин;
  • батородопсин;
  • люмиродопсин;
  • метародопсин Ia;
  • метародопсин Ib;
  • метародопсин II;
  • опсин і повністю-транс-ретиналь.

Ці перетворення супроводжуються стабілізацією, отриманої від світлового кванта енергії, і конформационной перебудовою білкової частини родопсину. В результаті хромофорная група остаточно відокремлюється від опсина і тут же видаляється з мембрани (транс-форма володіє токсичною дією). Після цього запускається процес регенерації пігменту у вихідне стан.

Регенерація родопсину відбувається завдяки тому, що за межами мембрани транс-ретиналь знову набуває цис-форму, а потім повертається назад, де знову утворює з опсином ковалентную зв’язок. У хребетних відновлення має характер ферментативного ресинтезу і відбувається з витратою енергії, а у безхребетних здійснюється за рахунок фотоизомеризации.

Механізм передачі сигналу від пігменту у нервову систему

Діючим компонентом запуску фототрансдукции є метародопсин II. В такому стані пігмент здатний взаємодіяти з білком трансдуцином, тим самим активуючи його. В результаті пов’язаний з трандуцином ГДФ замінюється на ГТФ. На даній стадії відбувається одночасна активізація величезного числа молекул трансдуцина (500-1000). Цей процес називають першим етапом посилення світлового сигналу.

Потім молекули активованого трансдуцина вступають у взаємодію з фотодиэстэразой (ФДЕ). Цей фермент в активному стані здатний дуже швидко руйнувати з’єднання цГМФ, необхідне для підтримки у відкритому стані іонних каналів у мембрані рецептора. Після викликаної трансдуцином активізації молекул ФДЕ, концентрація цГМФ падає до такого рівня, що канали закриваються, і в клітку перестають надходити іони натрію.

Зменшення концентрації Na+ в цитоплазмі зовнішньої частини рецептора призводить цитоплазматичну мембрану в стан гиперполяризации. В результаті виникає трансмембранний потенціал, який поширюється до пресинаптичного закінчення, зменшуючи викид медіатора. Саме це і є смисловим підсумком процесу всіх перетворень в зоровому рецепторі.

Дивіться також:  Що це - конус? Визначення, властивості, формули і приклад розвязання задачі