Биологический каталог




Биохимия природных пигментов

Автор Г.Бриттон

ан только ll-^wc-ретинальдегид (по-видимому, может связываться также его искаженный 6-5-^#с-изомер). Результаты, полученные с помощью резонансной рамановской спектроскопии и кругового дихроизма, свидетельствуют против считавшегося ранее вероятным связывания 12-s-t(«c-H30Mepa (9.6). Полностью транс-ре-тинальдегид не связывается с опсином, и изомеризация связанного 11-^ис-ретинальдегида в полностью транс-изомер в процессе зрительного цикла (разд. 9.4) приводит к отщеплению ретинальдегида от опсина.

9.3.4. Свойства

Стабильность. Хранящиеся в темноте экстракты зрительных пигментов очень стабильны. Опсин, освобожденный из пигментного комплекса, гораздо менее стабилен и легко разру

(9 6) Изогнутая 6-s-uuc, 12-5-уис-конформация 11 уис-ретинальдегида

CH=N—R

(9.7) N-Ретинилиденальдимин

шается как in vitro, так и in vivo. Его стабильность восстанавливается после инкубации с 11-ц«с-ретинальдегидом. (При инкубации с 9-^«с-ретинальдегидом также образуется стабильный, хотя и не встречающийся в природе комплекс — изородопсин.) Родопсин стабилен в широком диапазоне рН (~5—10), тогда

?как свободный опсин сохраняет нативность в значительно более узком диапазоне величин рН.

Поглощение света. Спектры поглощения света П-цис-рети-нальдегида и родопсина из палочек сетчатки быка приведены на рис. 9.10. Для того чтобы объяснить, каким образом связывание с опсином вызывает столь значительный сдвиг максимума поглощения света, была проделана огромная работа; свободный 11-ц«с-ретинальдегид поглощает при ~375 нм, а зрительные пигменты — при значительно больших длинах волн, например бычий родопсин — при ~500 нм. Этот феномен нельзя объяснить лишь одним образованием шиффова основания, поскольку простые N-ретинилиденальдимины (9.7) поглощают в диапазоне 360—380 нм. При протонировании альдимина (9.8) длина волны максимума поглощения увеличивается до 440— 450 нм, но это все еще меньше 500 нм —длины волны, при которой поглощает нативный родопсин. Сдвиг Хтах дальше в красную область, вероятно, обусловлен вторичными взаимодействиями между опсином и полиеновой цепью ретинальдегидного хромофора. В настоящее время считается вероятным, что в данном случае имеет место механизм, согласно которому поляризацию

Родопсин

X

I

о

о

/ \

/

_1_

220

300

400

I I I

н

600

Длина волны, нм

Рис. 9.10. Спектры поглощения света 11-цис-ретинальдегидом (в гексане; /) и родопсином палочек быка (в водном растворе; II).

хромофора вызывают отрицательный заряд белка при С-13 и противоион у протонированного атома азота шиффова основания. Вариации этих взаимодействий главным образом и обусловливают различия максимумов поглощения зрительных пигментов. 3,4-Дидегидроретннальдегид поглощает при несколько большей длине волны (393 нм для 11-ц«с-изомера), чем ретинальдегид, а порфиропсин с дидегидроретинальдегидом в качестве хромофора поглощает при соответственно больших длинах волн, чем родопсин, содержащий ретинальдегид.

В УФ-части спектра зрительного пигмента обычно присутствуют также две полосы. ^-Полоса с Ятах при 280 нм обусловлена ароматическими аминокислотами (тирозином и триптофаном) белка, в то время как имеющая низкую интенсивность р-полоса при 330 нм обычно рассматривается как «цис-полоса», обусловленная тем, что ретинальдегидные хромофоры имеют ^«с-конфигурацию (ср. «цис-шш» каротиноидов; разд. 2.3.3). Имеются доказательства, что фотохимическая активность связана с (З-полосой поглощения.

9.4. Функционирование зрительных пигментов; циклы превращений

В сетчатке позвоночных палочки ответственны за ско* топическое, или «ночное», зрение, т. е. улавливание света низкой интенсивности. Это весьма чувствительный процесс, однако он не включает никакого механизма различения цветов и потому является монохроматическим или почти монохроматическим. При более высоких интенсивностях освещения имеет место фотопическое зрение, за которое ответственны колбочки. Последние содержат ряд зрительных пигментов (иногда называемых фотопсинами в отличие от скотопсинов палочек), которые максимально реагируют на свет разных длин волн, благодаря чему возможно различение цветов. К настоящему времени исследован лишь механизм скотопического зрения в палочках сетчатки позвоночных; однако выявленные главные особенности этого механизма свойственны и фотопическому зрению в колбочках, и зрительному процессу в глазах беспозвоночных. В связи с этим в данной книге будут подробно освещены функционирование родопсина и некоторые аспекты цветового зрения.

9.4.1. Обесцвечивание родопсина

Вопрос о том, что происходит, когда фотон света поглощается зрительным пигментом родопсином, весьма сложен и до сих пор до конца не выяснен. Экспериментальные исследования затруднены тем, что ряд стадий этого процесса протекает за очень короткое время (порядка миллисекунд-пикосе-кунд). В приведенном ниже описании суммированы некоторые современные взгляды на функционирование родопсина, однако по большинству проблем фотохимии нет единой точки зрения.

После достаточно долгого пребывания в темноте сетчатка адаптируется к ней и молекулы зрительных пигментов находятся в полностью регенерированной форме (см. ниже), т. е. хромофор 11-цис-ретинальдегид связан с белком опсином в специфической 6-8-цис, 12-5-т/ш«с-конформации. Молекулы пигментов в рецепторной мембране ведут себя как самостоятельные функциональные единицы. Попадающий в глаз свет падает на рецепторные клетки сетчатки и поглощается молекулами зрительного пигмента. Затем происходит обесцвечивание пурпурного зрительного пигмента в ходе серии изменений, которую мы все еще не в состоянии описать на молекулярном уровне. Вместе с тем в общих чертах стадии процесса уже выяснены (рис. 9.11).

Первым событием является поглощение фотона света \ \-цис-ретинальдегидным хромофором родопсина. Это приводит к

Родопсин (11 цис)

\ +

СН—NH Опсин

hv

Изомеризация

Конформационные

изменения

Батородопсин ((полностью транс)

CH=N—0псин

H2N Опсин

Дальнейшие конформациоиныа изменения Депротонироваиие

транс Ретинальдегид

Рис 9.11. Молекулярные превращения в процессе обесцвечивания родопсина.

Родопсин (\так498нм)

Гипсородопсин (430 нм)

I

Батородопсин (543 нм; первоначально назывался прелюмиродопсином)

Люмиродопсин (497 нм)

Метародопсин I (478 нм)

Метародопсин II (380 нм)

Метародопсин Ш (465 нм) =|Парародопсин

Т -Н+

ToaHC-N-Ретинилиденопсин (440 365 нм)

трзис-Ретинальдегид (370 нм) + Опсин

Рис. 9.12. Предполагаемая последовательность промежуточных продуктов

при обесцвечивании родопсина.

электронному возбуждению, за которым следуют конформаци-онные изменения и изомеризация до полностью тракс-ретиналь-дегидной структуры. Последовательные изменения формы рети-нальдегидного хромофора сопровождаются рядом изменений конформации опсина. В результате по мере образования полностью TpaHC-N-ретинилиденопсина специфические взаимодействия между полиеновой системой и белком постепенно сходят на нет и в конце концов исчезают. В комплексе белка с хромофором интактной остается только ковалентная непротониро-ванная альдиминовая связь, которая затем легко и необратима расщепляется с образованием свободного полностью транс-ре-тинальдегида и опсина.

Многие промежуточные продукты последовательности обесцвечивания родопсина были идентифицированы с помощью спектроскопических методов. Полученные результаты дают представление о происходящих превращениях (рис. 9.12). Однако пока не удалось установить соответствия между различными промежуточными продуктами, выявленными по характерным для них спектральным свойствам, и теми или иными конфигурациями и конформациями комплекса ретинальдегид — опсин.

Свет, по-видимому, необходим только для превращения родопсина в батородопсин, вероятно, лишь для образования очень короткоживущего (3 пс) промежуточного продукта — пребато-родопсина. В альтернативном пути или в ответвлении главного пути превращений принимает участие гипсородопсин. Последующие превращения могут протекать и в темноте. Веские доказательства, полученные с помощью резонансной рамановской спектроскопии и кругового дихроизма, указывают на то, что изомеризация 1 l-^uc-хромофора в полностью трамс-форму происходит в ходе фотоконверсии родопсина в батородопсин, вероятно, через стадию пребатородопсина (достаточно четко установлено наличие в батородопсине изогнутого \\-транс-хромофора). В последующих продуктах—• люмиродопсине и метародопсине — ре-тинальдегидный хромофор, несомненно, содержится уже в полностью транс-форме, однако взаимодействия между полиеновой цепью и опсином еще в значительной степени сохраняются. Ме-тародопсин I и все предшествующие промежуточные продукты являются, по-видимому, протонированными альдиминами. Де-протонирование, сопровождающееся гипсохромным сдвигом, происходит на стадии превращения метародопсина I в метаро-допсин II. На этой же стадии происходит высвобождение ней-ромедиатора, инициируемое изменением конформации белка. Неожиданным и необъяснимым является батохромный сдвиг, происходящий при образовании парародопсина (или метародопсина III) из метародопсина II на пути N-ретинилиденопсину.

Совершенно очевидно, что для выяснения процесса обесцвечивания родопсина на молекулярном уровне необходимо затратить еще немалые усилия.

9.4.2. Нервный импульс

Поглощение света молекулой зрительного пигмента, приводящее к электронному возбуждению и последующим превращениям (результатом которых является обесцвечивание пигмента), тесно связано с возникновением нервного импульса, передаваемого в мозг. Исходное поглощение фотона света происходит практически мгновенно, в то время как последующие превращения молекул протекают в течение более длительного времени. Известно, что нервные импульсы возникают через несколько миллисекунд после поглощения света, и в настоящее время уже ясно, что генерация импульса происходит при переходе метародопсина I в метародопсин II. Мы не в состоянии пока ответить на вопросы, каким образом фотовозбуждение единственной молекулы пигме

страница 46
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

Скачать книгу "Биохимия природных пигментов" (3.06Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(19.08.2017)