صبغة بصرية. تضخيم الإشارة في سلسلة cGMP

إن عملية التحويل الضوئي المرئية عبارة عن مجموعة من العمليات المسؤولة عن التغيير (التحويل الضوئي) للأصباغ وتجديدها اللاحق. من الضروري نقل المعلومات من العالم الخارجيإلى الخلايا العصبية. بسبب العمليات الكيميائية الحيوية ، وتحت تأثير الضوء بأطوال موجية مختلفة ، تحدث تغييرات هيكلية في بنية الأصباغ الموجودة في منطقة الدهون ثنائية الطبقة لأغشية الفص الخارجي للمستقبلات الضوئية.

التغييرات في المستقبلات الضوئية

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

الصباغ البصري نفسه هو بروتين (opsin) ، وهو مشتق من فيتامين أ. يوجد بيتا كاروتين نفسه في الأطعمة ، ويتم تصنيعه أيضًا في خلايا الشبكية (طبقة مستقبلة للضوء). يتم ترجمة هذه الأوبسين أو الكروموفورات في حالة ملزمة في أعماق الأقراص ثنائية القطب في منطقة الفصوص الخارجية للمستقبلات الضوئية.

يوجد حوالي نصف الأوبسين في الطبقة الدهنية ثنائية الطبقة ، والتي ترتبط خارجيًا بحلقات بروتين قصيرة. يحتوي كل جزيء رودوبسين على سبع مناطق عبر الغشاء تحيط بالكروموفور في الطبقة الثنائية. يقع Chromophore أفقياً في غشاء المستقبلات الضوئية. القرص الخارجي لمنطقة الغشاء له عدد كبير منجزيئات الصباغ البصرية. بعد امتصاص فوتون من الضوء ، تنتقل المادة الصبغية من شكل إسوي إلى آخر. نتيجة لذلك ، يخضع الجزيء لتغييرات توافقية ، ويتم استعادة بنية المستقبل. في الوقت نفسه ، ينشط metarhodopsin بروتين G ، الذي يطلق سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية.

تعمل فوتونات الضوء على الصبغة المرئية ، مما يؤدي إلى تنشيط سلسلة من التفاعلات: الفوتون - رودوبسين - ميتارودوبسين - ترانسدوسين - إنزيم يحلل cGMP. ونتيجة لهذه السلسلة ، يتم تكوين غشاء إغلاق على المستقبل الخارجي ، المرتبط بـ cGMP والمسؤول عن تشغيل قناة الكاتيون.

في الظلام ، تخترق الكاتيونات (بشكل رئيسي أيونات الصوديوم) من خلال القنوات المفتوحة ، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب الجزئي لخلية المستقبلات الضوئية. في الوقت نفسه ، يطلق هذا المستقبل الضوئي وسيطًا (غلوتامات الأحماض الأمينية) ، والذي يعمل على النهايات غير المشدودة للخلايا العصبية من الدرجة الثانية. مع الإثارة الخفيفة الخفيفة ، يتحول جزيء رودوبسين إلى الشكل النشط. يؤدي هذا إلى إغلاق قناة الغشاء الأيوني ، وبالتالي يوقف تدفق الكاتيون. ونتيجة لذلك ، فإن الخلية المستقبلة للضوء تفرط في الاستقطاب ، ويتوقف إطلاق الوسطاء في منطقة التلامس مع الخلايا العصبية من الدرجة الثانية.

في الظلام ، يتدفق الصوديوم (80٪) والكالسيوم (15٪) والمغنيسيوم وكاتيونات أخرى عبر قنوات الغشاء. لإزالة الكالسيوم والصوديوم الزائدين أثناء الظلام ، يعمل مبادل الكاتيون في الخلايا المستقبلة للضوء. كان يعتقد سابقًا أن الكالسيوم متورط في عملية التمثيل الضوئي للرودوبسين. ومع ذلك ، يوجد الآن دليل على أن هذا الأيون يلعب أدوارًا أخرى في النقل الضوئي. نظرًا لوجود تركيز كافٍ من الكالسيوم ، تصبح المستقبلات الضوئية للقضيب أكثر تقبلاً للضوء ، كما يزداد تعافي هذه الخلايا بعد الإضاءة بشكل كبير.

يمكن للمستقبلات الضوئية المخروطية التكيف مع مستوى الإضاءة ، بحيث تكون العين البشرية قادرة على إدراك الأشياء في ظروف الإضاءة المختلفة (من الظلال تحت الشجرة إلى الأشياء الموجودة على الثلج المضاء ببراعة). تتمتع المستقبلات الضوئية للقضيب بقدرة أقل على التكيف مع مستوى الإضاءة (7-9 وحدات و 2 وحدات للمخاريط والقضبان ، على التوالي).

تصبغات ضوئية للمستقبلات الخارجية لمخاريط وقضبان شبكية العين

تشمل عمليات التصبغ الضوئية لجهاز المخروط والقضيب للعين ما يلي:

• يودوبسين.
• رودوبسين.
• سيانولاب.

تختلف كل هذه الأصباغ عن بعضها البعض في الأحماض الأمينية التي يتكون منها الجزيء. في هذا الصدد ، تمتص الأصباغ طول موجي معين ، وبشكل أكثر دقة مجموعة من الأطوال الموجية.

ضوئي ضوئي للمستقبلات المخروطية

تحتوي مخاريط الشبكية على اليودوبسين ومجموعة متنوعة من اليودوبسين (السيانولاب). يميز الجميع ثلاثة أنواع من اليودوبسين ، والتي يتم ضبطها على طول موجة يبلغ 560 نانومتر (أحمر) و 530 نانومتر (أخضر) و 420 نانومتر (أزرق).

على وجود وتحديد السيانولالاب

السيانولاب هو نوع من اليودوبسين. في شبكية العين ، توجد المخاريط الزرقاء بانتظام في المنطقة المحيطية ، ويتم توطين المخاريط الخضراء والحمراء بشكل عشوائي على كامل سطح الشبكية. في الوقت نفسه ، تكون كثافة توزيع الأقماع ذات الصبغات الخضراء أكبر من كثافة توزيع المخاريط ذات الأصباغ الخضراء. المخاريط الزرقاء هي الأقل كثافة.

تشهد الحقائق التالية لصالح نظرية ثلاثية الألوان:

• تم تحديد الحساسية الطيفية لاثنين من الأصباغ المخروطية باستخدام مقياس الكثافة.
• باستخدام القياس الطيفي الدقيق ، تم تحديد ثلاثة أصباغ للجهاز المخروطي.
• تم تحديد الكود الجيني المسؤول عن تخليق المخاريط الحمراء والزرقاء والخضراء.
• تمكن العلماء من عزل المخاريط وقياس استجابتها الفسيولوجية للإشعاع بضوء ذو طول موجي محدد.

لم تكن نظرية التروكروماسيا في السابق قادرة على تفسير وجود أربعة ألوان أساسية (أزرق ، أصفر ، أحمر ، أخضر). كان من الصعب أيضًا تفسير سبب قدرة الأشخاص ثنائي اللون على التمييز بين الأبيض و الألوان الصفراء. حاليًا ، تم اكتشاف مستقبل ضوئي جديد في شبكية العين ، يلعب فيه الميلانوبسين دور الصباغ. وضع هذا الاكتشاف كل شيء في مكانه وساعد في الإجابة على العديد من الأسئلة.

أيضا في الدراسات الحديثة ، تمت دراسة أقسام من شبكية العين عند الطيور باستخدام مجهر الفلورسنت. كشف هذا عن أربعة أنواع من المخاريط (أرجواني ، أخضر ، أحمر ، أزرق). بسبب الرؤية اللونية للخصم ، تكمل المستقبلات الضوئية والخلايا العصبية بعضها البعض.

رودوبسين الصورة الضوئية رودوبسين

ينتمي رودوبسين إلى عائلة البروتينات المرتبطة بـ G ، والتي سميت بهذا الاسم بسبب آلية إرسال الإشارات عبر الغشاء. في الوقت نفسه ، تشارك بروتينات G الموجودة في الفضاء القريب من الغشاء في العملية. في دراسة رودوبسين ، تم إنشاء بنية هذا الصباغ. هذا الاكتشاف مهم جدًا لعلم الأحياء والطب ، لأن رودوبسين هو سلف عائلة GPCR من المستقبلات. في هذا الصدد ، يتم استخدام هيكلها في دراسة جميع المستقبلات الأخرى ، كما تحدد الوظيفة. سمي رودوبسين بهذا الاسم لأنه يحتوي على لون أحمر ساطع (من اليونانية يُترجم حرفياً إلى رؤية وردية).

رؤية ليلية ونهارية

من خلال دراسة أطياف امتصاص رودوبسين ، يمكن ملاحظة أن انخفاض رودوبسين هو المسؤول عن إدراك الضوء في ظروف الإضاءة المنخفضة. في ضوء النهار ، تتحلل هذه الصبغة ، وتتحول الحساسية القصوى للرودوبسين إلى المنطقة الطيفية الزرقاء. هذه الظاهرة تسمى تأثير بركنجي.

في الضوء الساطع ، يتوقف القضيب عن إدراك أشعة النهار ، ويتولى المخروط هذا الدور. في هذه الحالة ، يحدث إثارة المستقبلات الضوئية في ثلاث مناطق من الطيف (الأزرق والأخضر والأحمر). علاوة على ذلك ، يتم تحويل هذه الإشارات وإرسالها إلى الهياكل المركزية للدماغ. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل صورة بصرية ملونة. يستغرق الأمر حوالي نصف ساعة لاستعادة رودوبسين بالكامل في ظروف الإضاءة المنخفضة. خلال كل هذا الوقت ، هناك تحسن في رؤية الشفق ، والذي يصل إلى الحد الأقصى في نهاية فترة استعادة الصباغ.

عالم الكيمياء الحيوية M. عقد أوستروفسكي سلسلة البحوث الأساسيةوأظهرت أن العصي المحتوية على صبغة رودوبسين تشارك في إدراك الأشياء في ظروف الإضاءة المنخفضة وهي مسؤولة عن الرؤية الليلية وهي بالأبيض والأسود.

صبغة بصرية

الوحدة الهيكلية والوظيفية للغشاء الحساس للضوء للمستقبلات الضوئية (انظر المستقبلات الضوئية) لشبكية العين - القضبان والمخاريط. في Z. p. ، يتم تنفيذ المرحلة الأولى من الإدراك البصري - امتصاص كمات الضوء المرئي. يتكون جزيء Z. (الكتلة المولية حوالي 40000) من كروموفور ممتص للضوء وأوبسين ، وهو مركب من البروتين والدهون الفوسفورية. إن Chromophore لجميع Z.P. هو ألدهيد فيتامين A 1 أو A 2 - شبكية أو 3 dehydroretinal. نوعان من الأوبسين (قضيب ومخروط) ونوعان من شبكية العين ، عند الجمع بينهما في أزواج ، يشكلان 4 أنواع من زونا أوبسين ، والتي تختلف في طيف امتصاصها: رودوبسين (أكثر مناطق القضيب شيوعًا) ، أو الأرجواني البصري (أقصى امتصاص 500 نانومتر) ، اليودوبسين (562 نانومتر) ، البورفيروبسين (522 نانومتر) وسيانوبسين (620 نانومتر). يتكون الرابط الكيميائي الضوئي الأساسي في آلية الرؤية (انظر الرؤية) من أزمرة ضوئية لشبكية العين ، والتي ، تحت تأثير الضوء ، تغير تكوينها المنحني إلى شكل مسطح. يتبع هذا التفاعل سلسلة من العمليات المظلمة التي تؤدي إلى ظهور إشارة مستقبلات بصرية ، والتي تنتقل بعد ذلك بشكل متشابك إلى العناصر العصبية التالية في شبكية العين - الخلايا ثنائية القطب والأفقية.

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

م. أ. أوستروفسكي.

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

تعرف على "الصبغة المرئية" في القواميس الأخرى:

وظيفية هيكلية. وحدة حساسة للضوء. أغشية المستقبلات الضوئية العصوية والمخروطية في شبكية العين. يتكون الجزيء 3. p من كروموفور ممتص للضوء و opsin من مركب من البروتين و phospholipids. يمثل الكروموفور بفيتامين A1 ألدهيد ... ... القاموس الموسوعي البيولوجي

رودوبسين (اللون الأرجواني البصري) هو الصبغة البصرية الرئيسية في قضبان شبكية العين البشرية والحيوانية. يشير إلى بروتينات كروموبروتينات معقدة. يمكن أن تختلف تعديلات البروتين المميزة للأنواع البيولوجية المختلفة بشكل كبير ... ويكيبيديا

بصري (هـ) صباغ (ص)- انظر الصبغ الضوئي ... قاموسفي علم النفس

صبغة الشبكية الموجودة داخل القضبان ، والتي تشمل فيتامين (أ) الشبكية والبروتين. وجود رودوبسين في الشبكية ضروري للرؤية الطبيعية في الضوء الخافت. تحت تأثير الضوء ... ... المصطلحات الطبية

رودوبسين (رودوبسين) ، الأرجواني المرئي- صبغة شبكية (أرجوانية بصرية) موجودة داخل العصي والتي تشمل الشبكية (الشبكية) فيتامين أ والبروتين. وجود رودوبسين في الشبكية ضروري للرؤية الطبيعية في الضوء الخافت. تحت… … القاموس التوضيحي للطب

- (أرجواني بصري) ، حساس للضوء. بروتين معقد صبغة بصرية للخلايا العصوية في شبكية العين لدى الفقاريات والبشر. يمتص كمية من الضوء (بحد أقصى للامتصاص حوالي 500 نانومتر) ، يتفكك R. علم الطبيعة. قاموس موسوعي

- (صبغة بصرية) ، بروتين عصي حساس للضوء لشبكية العين لدى الفقاريات والخلايا البصرية لللافقاريات. R. glycoprotein (mol. m. حوالي 40 ألف ؛ تتكون سلسلة polypeptide من 348 من بقايا الأحماض الأمينية) ، تحتوي على ... ... موسوعة كيميائية

- (من الكلمة اليونانية rhódon rose و ópsis vision) الأرجواني البصري ، الصبغة البصرية الرئيسية لقضبان شبكية العين لدى الفقاريات (باستثناء بعض الأسماك والبرمائيات في المراحل الأولى من التطور) واللافقاريات. حسب المادة الكيميائية ... ... الموسوعة السوفيتية العظمى

- (أرجواني بصري) ، بروتين معقد حساس للضوء ، الصبغة البصرية الرئيسية للخلايا العصوية لشبكية العين في الفقاريات والبشر. امتصاص كمية من الضوء (أقصى امتصاص حوالي 500 نانومتر) ، يتحلل رودوبسين ويسبب ... ... قاموس موسوعي

المقال الرئيسي: رودوبسين Rods (شبكية العين) Rhodopsin (اسم أرجواني مرئي قديم ولكنه لا يزال مستخدمًا) هو الصبغة البصرية الرئيسية. تحتوي أعواد شبكية العين على اللافقاريات البحرية والأسماك وكلها تقريبا الأرضية ... ... ويكيبيديا