الصباغ البصري. تضخيم الإشارة في سلسلة cGMP

يعد النقل الضوئي المرئي عبارة عن مجموعة معقدة من العمليات المسؤولة عن التغيير (التحول الضوئي) للأصباغ وتجديدها اللاحق. وهذا ضروري لنقل المعلومات من العالم الخارجيإلى الخلايا العصبية. بفضل العمليات البيوكيميائية، وتحت تأثير الضوء بأطوال موجية مختلفة، تحدث تغييرات هيكلية في بنية الأصباغ الموجودة في منطقة الطبقة الدهنية الثنائية من أغشية الفص الخارجي لمستقبل الضوء.

التغيرات في المستقبلات الضوئية

يمكن للمستقبلات الضوئية لجميع الفقاريات، بما في ذلك البشر، الاستجابة لأشعة الضوء عن طريق تغيير الأصباغ الضوئية، الموجودة في أغشية ثنائية الطبقة في منطقة الفص الخارجي للمخاريط والقضبان.

الصباغ البصري نفسه عبارة عن بروتين (أوبسين)، وهو مشتق من فيتامين أ. ويوجد البيتا كاروتين نفسه في الأطعمة ويتم تصنيعه أيضًا في خلايا الشبكية (طبقة مستقبلة للضوء). يتم وضع هذه الأوبسينات أو الكروموفورات في حالة مقيدة عميقًا في الأقراص ثنائية القطب في منطقة الفصوص الخارجية لمستقبلات الضوء.

يتم احتواء حوالي نصف الأوبسينات في طبقة دهنية ثنائية، متصلة خارجيًا بواسطة حلقات بروتينية قصيرة. يحتوي كل جزيء رودوبسين على سبع مناطق عبر الغشاء تحيط بالكروموفور في الطبقة الثنائية. يقع الكروموفور أفقياً في غشاء مستقبلات الضوء. يحتوي القرص الخارجي لقسم الغشاء عدد كبير منجزيئات الصباغ البصرية. بعد امتصاص فوتون من الضوء، تنتقل المادة الصبغية من شكل إسوي إلى آخر. ونتيجة لذلك، يخضع الجزيء لتغييرات توافقية، ويتم استعادة بنية المستقبل. في هذه الحالة، يقوم الميتارودوبسين بتنشيط البروتين G، الذي يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية.

تؤثر فوتونات الضوء على الصبغة البصرية، مما يؤدي إلى تنشيط سلسلة من التفاعلات: الفوتون - رودوبسين - ميتارودوبسين - ترانسدوسين - إنزيم يتحلل cGMP ونتيجة لهذه السلسلة يتكون غشاء مغلق على المستقبل الخارجي، والذي يرتبط بـ cGMP وهو المسؤول عن تشغيل قناة الكاتيون.

في الظلام، تخترق الكاتيونات (أيونات الصوديوم بشكل رئيسي) عبر القنوات المفتوحة، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب الجزئي للخلية المستقبلة للضوء. في الوقت نفسه، يطلق هذا المستقبل الضوئي وسيطًا (الحمض الأميني الغلوتامات)، والذي يؤثر على النهايات غير الملائمة للخلايا العصبية من الدرجة الثانية. عند تحفيز الضوء الطفيف، يتصاوغ جزيء رودوبسين في الشكل النشط. وهذا يؤدي إلى إغلاق قناة الأيونات عبر الغشاء، وبالتالي توقف تدفق الكاتيون. ونتيجة لذلك، فإن الخلية المستقبلة للضوء مفرطة الاستقطاب، ويتوقف إطلاق الوسطاء في منطقة الاتصال بالخلايا العصبية من الدرجة الثانية.

في الظلام، تتدفق أيونات الصوديوم (80٪)، والكالسيوم (15٪)، والمغنيسيوم والكاتيونات الأخرى عبر قنوات الغشاء. لإزالة الكالسيوم والصوديوم الزائد أثناء الظلام، يعمل مبادل كاتيوني في الخلايا المستقبلة للضوء. كان يُعتقد سابقًا أن الكالسيوم يشارك في عملية التحلل الضوئي للرودوبسين. ومع ذلك، هناك الآن دليل على أن هذا الأيون يلعب أدوارًا أخرى في النقل الضوئي. نظرًا لوجود تركيز كافٍ من الكالسيوم، تصبح المستقبلات الضوئية العصية أكثر تقبلاً للضوء، ويزداد بشكل كبير تعافي هذه الخلايا بعد الإضاءة.

المستقبلات الضوئية المخروطية قادرة على التكيف مع مستويات الضوء، لذا فإن العين البشرية قادرة على إدراك الأشياء في ظروف الإضاءة المختلفة (بدءًا من الظلال تحت شجرة إلى الأشياء الموجودة على ثلج لامع ومضيء). تتمتع المستقبلات الضوئية العصية بقدرة أقل على التكيف مع مستويات الضوء (7-9 وحدات ووحدتان للأقماع والقضبان، على التوالي).

الأصباغ الضوئية للمستقبلات الخارجية للأقماع والقضبان في شبكية العين

تشمل الصبغات الضوئية لجهاز المخروط والقضيب في العين ما يلي:

• اليودوبسين.
• رودوبسين.
• سيانولاب.

وتختلف كل هذه الأصباغ عن بعضها البعض في الأحماض الأمينية التي يتكون منها الجزيء. وفي هذا الصدد، تمتص الأصباغ طولًا موجيًا معينًا، أو بالأحرى مجموعة من الأطوال الموجية.

الأصباغ الضوئية المخروطية الخارجية

تحتوي مخاريط الشبكية على اليودوبسين ونوع من اليودوبسين (سيانولاب). وتميز جميعها ثلاثة أنواع من اليودوبسين، والتي يتم ضبطها على أطوال موجية تبلغ 560 نانومتر (أحمر)، و530 نانومتر (أخضر)، و420 نانومتر (أزرق).

على وجود وتحديد السيانولاب

سيانولاب هو نوع من اليودوبسين. في شبكية العين، توجد المخاريط الزرقاء بانتظام في المنطقة المحيطية، وتتوضع المخاريط الخضراء والحمراء بشكل عشوائي على كامل سطح الشبكية. وفي الوقت نفسه، تكون كثافة توزيع المخاريط ذات الصبغات الخضراء أكبر من كثافة توزيع المخاريط ذات الصبغات الحمراء. لوحظت أدنى كثافة في المخاريط الزرقاء.

الحقائق التالية تدعم نظرية ثلاثية الألوان:

• تم تحديد الحساسية الطيفية للصبغتين المخروطيتين باستخدام قياس الكثافة.
• تم التعرف على ثلاثة أصباغ للجهاز المخروطي باستخدام قياس الطيف المجهري.
• تم التعرف على الشفرة الوراثية المسؤولة عن تخليق المخاريط الحمراء والزرقاء والخضراء.
• وتمكن العلماء من عزل المخاريط وقياس استجابتها الفسيولوجية للإشعاع باستخدام ضوء بطول موجي محدد.

لم تكن نظرية التركروماسيا في السابق قادرة على تفسير وجود أربعة ألوان أساسية (الأزرق، الأصفر، الأحمر، الأخضر). كان من الصعب أيضًا تفسير سبب قدرة الأشخاص ثنائيي اللون على التمييز بين اللون الأبيض واللون الأبيض الألوان الصفراء. حاليًا، تم اكتشاف مستقبل ضوئي جديد لشبكية العين، حيث يلعب الميلانوبسين دور الصباغ. وضع هذا الاكتشاف كل شيء في مكانه الصحيح وساعد في الإجابة على العديد من الأسئلة.

وقد فحصت الدراسات الحديثة أيضًا أجزاء من شبكية عيون الطيور باستخدام المجهر الفلوري. وفي هذه الحالة تم التعرف على أربعة أنواع من المخاريط (البنفسجي، الأخضر، الأحمر، الأزرق). بسبب رؤية الألوان للخصم، فإن المستقبلات الضوئية والخلايا العصبية تكمل بعضها البعض.

قضيب رودوبسين الضوئي

ينتمي رودوبسين إلى عائلة البروتينات المرتبطة بـ G، والتي سميت بهذا الاسم بسبب آلية نقل الإشارة عبر الغشاء. في هذه الحالة، تشارك بروتينات G الموجودة في الحيز القريب من الغشاء في هذه العملية. عند دراسة رودوبسين، تم تحديد بنية هذه الصباغ. يعد هذا الاكتشاف مهمًا جدًا لعلم الأحياء والطب، لأن رودوبسين هو سلف عائلة مستقبلات GPCR. في هذا الصدد، يتم استخدام هيكلها في دراسة جميع المستقبلات الأخرى، وكذلك تحديد الوظيفة. تم تسمية رودوبسين بهذا الاسم لأنه يحتوي على لون أحمر ساطع (من اليونانية يُترجم حرفيًا على أنه رؤية وردية).

الرؤية ليلا ونهارا

من خلال دراسة أطياف امتصاص الرودوبسين، يمكن ملاحظة أن انخفاض الرودوبسين هو المسؤول عن إدراك الضوء في ظروف الإضاءة المنخفضة. في وضح النهار، تتحلل هذه الصباغ، وتتحول الحساسية القصوى للرودوبسين إلى المنطقة الطيفية الزرقاء. وتسمى هذه الظاهرة تأثير بوركينجي.

في الضوء الساطع، يتوقف القضيب عن إدراك أشعة ضوء النهار، ويتولى المخروط هذا الدور. في هذه الحالة، يتم تحفيز المستقبلات الضوئية في ثلاث مناطق من الطيف (الأزرق والأخضر والأحمر). ثم يتم تحويل هذه الإشارات وإرسالها إلى الهياكل المركزية للدماغ. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل صورة بصرية ملونة. يستغرق رودوبسين حوالي نصف ساعة للتعافي بالكامل في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة. خلال هذه الفترة بأكملها، هناك تحسن في رؤية الشفق، والتي تصل إلى الحد الأقصى في نهاية فترة استعادة الصباغ.

عالم الكيمياء الحيوية م.أ. أجرى أوستروفسكي سلسلة بحث أساسيوبينت أن العصي التي تحتوي على صبغة الرودوبسين تشارك في إدراك الأشياء في ظروف الإضاءة المنخفضة وهي المسؤولة عن الرؤية الليلية، وهي بالأبيض والأسود.

الصباغ البصري

الوحدة الهيكلية والوظيفية للغشاء الحساس للمستقبلات الضوئية (انظر المستقبلات الضوئية) للشبكية - العصي والأقماع. في المجال البصري، تحدث المرحلة الأولى من الإدراك البصري، وهي امتصاص كميات الضوء المرئي. يتكون جزيء Zp (الكتلة المولية حوالي 40.000) من كروموفور يمتص الضوء والأوبسين، وهو مركب من البروتين والدهون الفوسفاتية. كروموفور جميع المعادن هو ألدهيد فيتامين أ 1 أو أ 2 - الشبكي أو 3-ديهيدروتينال. نوعان من الأوبسين (العصوي والمخروطي) ونوعان من الشبكية، عند دمجهما في أزواج، يشكلان 4 أنواع من الأوبسين، تختلف في طيف الامتصاص: رودوبسين (البروتين العصوي الأكثر شيوعًا)، أو الأرجواني البصري (أقصى امتصاص 500). نانومتر) اليودوبسين (562 نانومتر) ، البورفيروبسين (522 نانومتر) والسيانوبسين (620 نانومتر). يتكون الرابط الكيميائي الضوئي الأساسي في آلية الرؤية (انظر الرؤية) من الأيزومرية الضوئية للشبكية، والتي، تحت تأثير الضوء، تغير تكوينها المنحني إلى شكل مسطح. يتبع هذا التفاعل سلسلة من العمليات المظلمة التي تؤدي إلى ظهور إشارة مستقبلية بصرية، والتي تنتقل بعد ذلك بشكل متشابك إلى العناصر العصبية التالية في شبكية العين - الخلايا ثنائية القطب والأفقية.

أشعل.:فسيولوجيا الأجهزة الحسية، الجزء الأول، ل.، 1971، ص. 88-125 (دليل علم وظائف الأعضاء)؛ والد جي، الأساس الجزيئي للإثارة البصرية، "الطبيعة"، 1968، ق. 219.

ماجستير أوستروفسكي.

الموسوعة السوفيتية الكبرى. - م: الموسوعة السوفيتية. 1969-1978 .

انظر ما هو "الصباغ البصري" في القواميس الأخرى:

الهيكلية والوظيفية الوحدة حساسة للضوء. أغشية المستقبلات الضوئية للشبكية من العصي والمخاريط. يتكون جزيء 3.p من كروموفور ممتص للضوء ومركب أوبسين من البروتين والدهون الفوسفاتية. ويمثل الكروموفور فيتامين أ1 ألدهيد... ... القاموس الموسوعي البيولوجي

رودوبسين (الأرجواني البصري) هو الصباغ البصري الرئيسي في قضبان شبكية العين لدى البشر والحيوانات. يشير إلى البروتينات المعقدة - البروتينات الكرومية. يمكن أن تختلف تعديلات البروتين المميزة للأنواع البيولوجية المختلفة بشكل كبير ... ويكيبيديا

الصبغات المرئية- شاهد الصبغة الضوئية... قاموسفي علم النفس

يوجد داخل القضبان صبغة شبكية العين، والتي تشمل الريتينالدهيد (الشبكية)، وفيتامين أ والبروتين. إن وجود رودوبسين في شبكية العين ضروري للرؤية الطبيعية في الضوء الخافت. تحت تأثير الضوء...... المصطلحات الطبية

رودوبسين، بيربل فيسوال- (أرجواني بصري) صبغة الشبكية الموجودة داخل العصي والتي تحتوي على الريتينالدهيد (الشبكية) وفيتامين أ والبروتين. إن وجود رودوبسين في شبكية العين ضروري للرؤية الطبيعية في الضوء الخافت. تحت… … القاموس التوضيحي للطب

- (أرجواني بصري)، حساس للضوء. بروتين معقد وأساسي الصباغ البصري للخلايا العصوية في شبكية العين في الفقاريات والبشر. من خلال امتصاص كمية من الضوء (أقصى امتصاص حوالي 500 نانومتر)، يتفكك R. ويسبب الإثارة... ... علم الطبيعة. القاموس الموسوعي

- (صبغة بصرية) بروتين حساس لعصي شبكية الفقاريات والخلايا البصرية لللافقاريات. R. بروتين سكري (وزن مولي حوالي 40 ألف؛ سلسلة بولي ببتيد تتكون من 348 بقايا حمض أميني)، تحتوي على... ... الموسوعة الكيميائية

- (من وردة رودون اليونانية ورؤية opsis) الأرجواني البصري، الصبغة البصرية الرئيسية لقضبان شبكية العين في الفقاريات (باستثناء بعض الأسماك والبرمائيات في المراحل الأولى من التطور) والحيوانات اللافقارية. حسب المادة الكيميائية...... الموسوعة السوفيتية الكبرى

- (الأرجواني البصري)، وهو بروتين معقد حساس للضوء، وهو الصبغة البصرية الرئيسية للخلايا العصوية في شبكية العين في الفقاريات والبشر. عن طريق امتصاص كمية من الضوء (أقصى امتصاص حوالي 500 نانومتر)، يتفكك الرودوبسين ويسبب... ... القاموس الموسوعي

المقال الرئيسي: العصي (شبكية العين) رودوبسين (اسم قديم ولكنه لا يزال يستخدم للأرجواني البصري) هو الصبغة البصرية الرئيسية. توجد في العصي الشبكية لدى اللافقاريات البحرية والأسماك وجميع الكائنات الأرضية تقريبًا... ... ويكيبيديا