Биологический каталог




Основы биохимии. Том 3

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

о спирта.

Ретиналь и ретинол содержат 5 двойных связей и могут находиться в различных конфигурациях. Синтетический ретинол

витамин А, (ретинол)

1520

[V. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

100-

о.

СП

Рис. 40.1. Сравнение светочувствительности палочек и поглощения родопсина при разных длинах волн. Кривая светочувствительности построена с учетом эффектов, возникающих при прохождении света через оптические среды глаза. / — светочувствительность палочек; 2 — поглощение родопсина. [Hecht S., Shlaer S., Pirenne ??. ?., I. Gen. Physiol., 25,

819 (1942).]

0

400

500

600

Длина волны, нм

(витамин ??), ретинол из печени млекопитающих, а также рети-наль, освобождающийся при диссоциации родопсина, имеют полностью гранс-грорму. гранс-Ретиналь не может соединяться с оп-сином; родопсин образуется при связывании опсина с И-цис-ретя-налем. Эти структуры приведены ниже; атомы водорода не указаны.

При низких температурах (—268 °С) можно проводить наблюдения за трансформацией родопсина при его облучении короткими вспышками интенсивного света определенной длины волны (рис. 40.2). Путем постепенного повышения температуры раствора оказалось возможным идентифицировать ряд промежуточных веществ, которые образуются из продукта начального фотохимического процесса в результате тепловых реакций. Цифра-индекс около названия каждого вещества означает длину волны в максимуме поглощения данного соединения. В итоге происходит диссоциация гранс-ретиналя и опсина. На рис. 40.2 приведена схема процесса, протекающего в основном одинаково в сетчатке и растворе.

С

полностью гррэнс-ретиналь

с=о

л'-цис-ретинаггь

40. ГЛАЗ

1521

I---------(П-цисУрооопсин506(-2681,С}

грелюмироЭопсин ^"""?—550 ^ nr^°«T^~

транс-батородопсин548 1—268 С) _^- гипороЗогСИН^ (—2.68 CJ

?—430 нм

>-140°С

-^.

ЛК>мироЗог1син497 (~50°С)

>-40°С

мертароЭопсин 418I (+ 3°c) ?

" H+> -15°C

метароЭопсин 350П (*¦" 3°.C) I

*

мегпароаопсин4б5 Ш (+3°.C) ! -3°C

pH>7.7

ли NRO4,0^===— щелочной NRO pH < 5,5

|h2o

36.5

изомераза

-т*>янс-ретиналъз81 "t" опсин

Рис. 40.2. Стадии обесцвечивания родопсина. Индексы указывают длину волны максимума поглощения каждого интермедиата. Первый интермедиат, прелюми-родопсин или батородопсии548, содержит тракс-ретиналь. NRO — ?-ретинилиденоп-син — интермедиат, в котором связь между ретиналем и опсином (шиффово основание) может быть восстановлена боргидридом. NRO меняет окраску при изменении рН среды и спонтанно гидролизуется с образованием опсина и транс-ретиналя. [Abrahamson ?. W., Асе. Chem. Res., 8, 101 (1975).]

Превращение родопсина в опсин и ретиналь является эндерго-ническим процессом, протекающим за счет энергии поглощения фотона. После образования батородопсина (прелюмиродопсина) путем изомеризации одной двойной связи все последующие стадии протекают спонтанно.

При обработке родопсина боргидридом в темноте никакой обнаруживаемой реакции не происходит. Однако на свету воздействие того же реагента приводит к образованию стабильной связи ретинил—СН2—NH—опсин между ретиналем и ?-аминогруппой остатка лизина. Это показывает, что восстановление может происходить только после конформационных изменений белка. Действительно, результаты сравнения обесцвеченного и необеспеченного родопсина методами дисперсии оптического вращения, циркулярного дихроизма и данные сопоставления спектров поглощения согласуются с представлением о конформационных изменениях белка. Далее, опсин легче, чем родопсин, денатурируется кислота-

24—1503

1522

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

ми, щелочами и при нагревании. Обесцвечивание сопровождается экспонированием двух сульфгидрильных групп и одной протон-связывающей группы с р/С'= 6,6, вероятно имидазола остатка гистидина. В то же время природа связи между 11-г{ыс-ретиналем и опсином не установлена; in vivo родопсин находится в окружении липидов, среди которых преобладают фосфоглицериды; они могут иметь существенное значение для связывания.

Регенерация родопсина — экзергонический процесс, который протекает спонтанно в результате реакции между опсином и 11-^ис-ретиналем. Поскольку конечным продуктом обесцвечивания является трснс-ретиналь, то должны быть механизмы для реизо-меризации хромофора. Самый простой путь изомеризации осуществляется в результате поглощения грснс-ретиналем сравнительно коротковолнового света (380 нм). Однако этот процесс протекает медленно и только при очень интенсивном освещении. В сетчатке обнаружена дегидрогеназа, катализирующая следующую реакцию:

ретиналь-

Ci„H27CH=0 + NADH(n.in NADPH) + Н+ <—*¦

редуктаза

гетиналь ^=>C19H27CH2OH+NAD+(n.4n NADP+)

ретинол

Ретиналь-редуктаза сходна с одним из изоферментов алкогольде-гидрогеназы печени, которая также способна in vitro катализировать эту реакцию. В изолированной системе равновесие реакции сильно смещено в сторону образования спирта.

Предполагается, что грснс-ретинол превращается в \\-цис-форму ретинолизомеразой, но об этом ферменте ничего неизвестно. Главным местом превращения как спирта, так и альдегида в цис-изомеры является, вероятно, печень, где этот процесс должен протекать при участии фермента. Рассматриваемые превращения изображены на рис. 40.3.

Из печени ретинол транспортируется в виде комплекса с рети-нолсвязывающим белком (разд. 29.2.3) плазмы (РСБ). Этот комплекс быстро захватывается пигментным эпителием — одиночным слоем клеток, прилегающим к наружным сегментам фоторецептор-ных клеток, которые обладают специфическими рецепторами к комплексу РСБ-ретинол. РСБ может связывать различные изомеры ретинола и ретиналя в соотношении 1:1.

В сетчатке интактных животных при постоянном освещении имеет место устойчивое равновесие, при котором скорость обесцвечивания родопсина равна скорости его регенерации. В темноте регенерация родопсина достигает максимума. При недостатке в пище витамина А развивается ночная слепота (никталопия). При этом в сетчатке понижено содержание родопсина, и его регенерация протекает значительно медленнее, чем в норме.

Содержание витамина А в пище можно оценить по величине зрительного порога, который определяется по минимальной интен-

40. ГЛАЗ

1523

РОДОПСИН

S С1

Н-ццс-ретиналь -(-опсин

NAD+

ретинапь-

транс-ретиналь + опсин

NADH

NADH

1

цж -ретинол

NAD*

трянс-регпинол

Рис. 40.3. Превращения каротиноидов в зрительном цикле.

сивности света, вызывающей зрительные ощущения. Темновая адаптация заключается в снижении величины порога, она наступает после некоторого времени пребывания в темноте. У человека максимальная темновая адаптация развивается приблизительно за 25 мин. У людей, .находившихся на диете с пониженным содержанием витамина А, происходит возрастание зрительного порога, т. е. для возникновения зрительного ощущения необходимо более интенсивное освещение. В клинических случаях недостаточности витамина А зрительный порог после полной темновой адаптации может оказаться в 100 и более раз выше, чем в норме.

С давних времен известно, что развившуюся у человека ночную слепоту можно вылечить, принимая с пищей печень или экстракт печени. Но только в 1920—1925 гг. было показано, что лечебным фактором при такой диете является необходимый для человека витамин А. Ночная слепота обычна при голодании, она может наблюдаться в тех районах земного шара, где потребление витамина А недостаточно (гл. 51).

40.2.1.2. Порфиропсин

Сетчатка млекопитающих, птиц, амфибий, морских рыб и беспозвоночных содержит родопсин с максимумом поглощения около 500 нм, в сетчатке же всех истинно пресноводных рыб находится светочувствительный пигмент с максимумом поглощения около 522 нм. Этот пигмент назван порфиропсином. Сетчатка лососевых рыб, которые развиваются в пресной воде и мигрируют в море, содержит оба пигмента, но преимущественно порфиропсин. Сетчатка взрослой лягушки содержит родопсин, однако в сетчатке головастика лягушки-быка находится порфиропсин. Изменения в зрительной системе происходят в процессе превращения головастика в лягушку.

24*

1524

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

Подобно родопсину, система порфиропсина претерпевает циклические изменения обесцвечивания и регенерации, в которых ретинол2 и ретиналь2 заменяют соответствующие аналоги системы родопсина. Порфиропсин представляет собой конъюгированный белок, содержащий каротиноид ретиналь2, максимум поглощения которого смещен по сравнению с ретиналеМ] приблизительно на 22 нм в сторону красного цвета. Смещение того же порядка обнаружено и в спектрах поглощения соответствующих спиртов. Витамин А2 отличается от ?? тем, что содержит дополнительную сопряженную двойную связь в кольце.

В случае порфиропсина, так же как и всех других изученных пигментов (см. ниже иодопсин), в состав светочувствительного белка входит 11-1<«с-ретиналь. Все зрительные пигменты содержат ретинали, являющиеся производными витаминов либо ??, либо А2; различия между пигментами у животных разных видов обусловлены опсинами.

40.2.2. Образование нервного импульса

В палочковых клетках позвоночных родопсин составляет более половины всех белков «колонки», которая состоит из приблизительно 1000 тонких дисков (в каждом диске около 30 000 молекул родопсина), уложенных друг на друга перпендикулярно длинной оси наружного сегмента клетки. Эти диски образуются на протяжении всей жизни организма, перемещаются по клетке вверх и на самом удаленном ее конце отделяются и фагоцитируются близлежащими клетками пигментного эпителия. У крыс вся колонка обновляется каждые 2—3 недели. Диск представляет собой миниатюрный закрытый мешочек, способный работать как осмометр, съеживаясь или разбухая при изменениях внешнего осмотического давления. Молекулы родопсина должны лежать в плоскости диска перпендикулярно электрическому вектору проходящего света, но неупорядоченно, поскольку глаз не отличает плоскополяризован-ный и неполяризованный свет (рис. 40.4,с). Липиды мембраны диска представлены в основном фосфоглицеридами с высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот, преимущественно докозагексеноевой кислоты с шестью двойны

страница 79
< 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 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 3" (10.5Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(12.11.2019)