Відкриття групи вчених на чолі з фізиком із Сіракузького університету (Syracuse University, SU) проливає нове світло на те, як ініціюється зоровий процес

Протягом майже 50 років вчені вважали, що світлові сигнали не можуть ініціювати зорове сприйняття, якщо спеціальні молекули світлових рецепторів у клітинах сітківки спочатку не змінили свою форму в ході процесу, званого изомеризацией. Проте група дослідників з SU, включала вчених з Колумбійського університету (Columbia University), продемонструвала, що зорові сигнали можуть бути ініційовані у відсутності ізомеризації.

«Ми показали, що хромофорам (поглинає світло речовин у фоторецепторах сітківки) не потрібно міняти форму, щоб викликати зоровий сигнал», – говорить Кеннет Фостер (Kenneth Foster), професор фізики Коледжу Мистецтв і Наук SU. «Зміна форми, що є результатом ізомеризації, насправді – другий етап цього процесу. Історично склалося так, що вчені зосередили свою увагу на ізомеризації, не розуміючи, що існує більш ранній і більш важливий етап».

Хромофоры поглинають світло після його попадання в око, викликаючи надзвичайно швидку серію складних молекулярних змін, що дозволяють світловим сигналами бути переданими, і проинтерпретированными, в мозок, в результаті чого ми можемо зорово сприймати навколишній світ. Зорові хромофоры складаються з ретиналю (альдегіду вітаміну А), який, зв’язуючись з білком опсином, утворює родопсин.

Група Фостера встановила, що зоровий процес ініціюється перерозподілом електронів хромофору, яке відбувається протягом перших фемтосекунд (одна квадриллионная частка секунди після того, як світло потрапляє в око. Експерименти показали, що поглинання хромофором фотона світла викликає переміщення електронів від його «вільного» кінця до місця, де він пов’язаний з опсином. Рух електронів викликає зміну електричного поля, що оточує хромофорів. Це зміна вловлюється високочутливими до електричних явищ амінокислотами. У свою чергу, амінокислоти дають сигнал решті частини молекули родопсину ініціювати зоровий процес.

«Ми встановили, що повне блокування ізомеризації хромофору не виключало зорового сприйняття на наших модельних організмах», – говорить Фостер. «Цей сигнал викликається електронним взаємодією, а не геометричним зміною структури хромофору, як передбачалося раніше. Ми вважаємо, що це універсальний механізм, який активує родопсины всіх організмів – від бактерій до ссавців».

Поглинання фотона (синусоїдальна хвиля) хромофором (помаранчевий) призводить до порушеній станом,
при якому електронна щільність (e−) зміщується до лизину (К) N-кінця родопсину, що викликає
поляризацію сусідніх залишків триптофану (Trp, або W) та тирозину (Tyr, або Y) і змінює Н-зв’язку.
Виникає в результаті обертання цих поляризованих залишків і зсув Н-зв’язків,
як видається, грають головну роль в ініціюванні активації родопсину.
(Фото: обкладинка журналу Chemistry and Biology, cell.com/chemistry-biology)

Це відкриття стало можливим завдяки новим технологіям та наукової інформації, недоступної 50 років тому, коли вчені тільки починали розуміти, як ми бачимо, вважає Фостер.

«П’ятдесят років тому вчені мало знали про структуру родопсину», – говорить учений. «Досягнення в технології дозволили вченим визначити структуру родопсину на рівні амінокислот, що дало нам можливість розробити чутливі експерименти для перевірки нашої гіпотези».

Стаття про дослідження опублікована в журналі Chemistry and Biology, а її анонс вміщений на обкладинці його номера від 24.06.2011 р.

Дослідження фінансувалося Національним інститутом охорони здоров’я (National Institutes of Health) США.

Анотація до статті

Evidence from Chlamydomonas on the Photoactivation of Rhodopsins without Isomerization of Their Chromophore

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *