Главная страница --> Медицинские термины

Химия зрения



Каждая палочка содержит светочувствительный пигмент, так называемый родопсин (зрительный пурпур) - соединение ретинена с бел-ком сетчатки, называемым опсином. Ретинен - это альдегидная форма, витамина А (см. разд. 231), образующаяся из витамина А в результате окисления, катализируемого алкоголь дегид-рогеназой. Ретинен может соединяться со специфическим опсином из палочек, образуя активный пигмент - родопсин, или с другим опсином, находящимся в колбочках, с которым он образует другой зрительный пигмент - йодоп-син (зрительный фиолетовый). Кванты света, поглощаемые палочками или колбочками, по-видимому, не выполняют никакой фотохимической работы, а просто играют роль пусковых механизмов, вызывающих генерацию нервного импульса рецепторной клеткой. Нервные структуры готовы к разрядке, будучи «заряжены» необходимой энергией в результате внутренних химических реакций. Таким образом, зрение существенно отличается от фотосинтеза {см. разд. 70), при котором свет служит источником энергии, необходимой для осуществления химических реакций.

Глазу приходится реагировать на свет самой различной интенсивности, и родопсиновая система специфически приспособлена для широкого диапазона реакций. В глазах моллюсков, членистоногих и позвоночных, возникавших в процессе эволюции совершенно независимо, происходит одна и та же основная химическая реакция - переход ретинена под дей-ствием света из ^ш?-формы в полностью транс-форму. Эта реакция сводится к простой перестройке молекулярной структуры, что может происходить очень быстро. Световая энергия превращает родопсин (содержащий ретинен в цис-форме) в люмиродопсин - неустойчивое соединение, содержащее ретинен в транс-фо^мъ; люмиродопсин превращается сначала в ме-тародопсин, а затем в свободный ретинен и опсин .

Возбуждение нервных импульсов палочками и зрительное ощущение возникают в том случае, если свет падает на родопсин; он вызывает быструю изомеризацию г^ш>ретинена в полностью шс-форму. Полностью транс-форма ретинена стереохимически не так точно соответствует определенному участку молекулы опсина, как изогнутая молекула цис-фоужы; поэтому люми- и метародопсин гидролизуются легче. Реакция отщепления ретинена от опсина протекает гораздо медленнее, чем изомеризация,- слишком медленно, чтобы можно было отнести за ее счет высокую скорость зрительного процесса.

Для ресинтеза родопсина из ретинена и опсина необходимо, чтобы ретинен сначала опять перешел в ^wc-форму. После этого ретинен вновь становится способным соединяться с опсином, образуя родопсин, что обеспечивает возможность повторного возбуждения палочек. Ро-допсин участвует в циклическом процессе: он непрерывно синтезируется и, после того как свет вызовет изомеризацию ^ис-ретинена в тр анс-форму, образуется люми-, а затем мета-родопсин, который расщепляется с образованием свободного ретинена и опсина. Затем свободная полностью транс-форма ретинена превращается в витамин А, снова изомеризуется в tyitc-форму, и только после этого он может реагировать с опсином, образуя новый родопсин.

Было показано, что поглощение одного кванта света одной молекулой родопсина ведет к возбуждению одной палочки. При воздействии на глаз вспышки света, продолжающейся лишь 0,000001 сек, мы видим свет в течение примерно 0,1 сек. На протяжении этого времени сетчатка остается возбужденной, и это, по-видимому, соответствует времени сохранения лю-миродопсина в палочках. Благодаря этой «инерции» изображений в сетчатке быстро сменяющие друг друга картины на экранах кино или телевизоров сливаются в глазу и создают впечатление непрерывности.

Способность видеть исключительно слабый свет определяется содержанием родопсина в палочках сетчатки, а оно в свою очередь зависит от относительной скорости синтеза и расщепления родопсина. На ярком свету большая часть родопсина расщепляется на свободный ретинен и опсин. Синтез родопсина - относительно медленный процесс, и концентрация родопсина в сетчатке никогда не бывает очень высокой, пока на глаз падает яркий свет Когда глаз достаточно защищен от света, расщепление родопсина прекращается, и его концентрация постепенно восстанавливается, пока по существу весь опсин не превратится в родопсин. Чувствительность глаза к свету (зависящая от количества наличного родопсина) может увеличиться в тысячу раз, если адаптация глаза к темноте продолжалась несколько минут, и в сотни тысяч раз - если глаза адаптировались в течение часа.

Относительно химизма колбочек и цветового зрения у нас сведений меньше; известно, однако, что колбочки содержат аналогичный светочувствительный пигмент йодопсин, состоящий из ретинена и другого опсина. Колбочки значительно менее чувствительны к свету, чем палочки, и не могут обеспечивать зрение при слабом освещении. Основная функция колбочек - воспринимать цвета. Данные психологических опытов подтверждают гипотезу о том, что существует 3 различных типа колбочек, реагирующих соответственно на синий, зеленый и красный свет. К гому же недавно было показано, что из сетчатки человека и обезьяны можно выделить цветовые рецепторы трех типов - для красного, зеленого и синего цвета. Каждый тип колбочек может еагировать на свет в пределах значительного участка спектра. Так, «зеленые» колбочки могут реагировать на свет с длиной волны от 450 до 675 м1, т. е. синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный, но на зеленый свет они реагируют сильнее, чем на любой другой. Промежуточные цвета (т. е. все цвета, кроме синего, зеленого и красного) воспринимаются при одновременном раздражении колбочек двух или более типов. Согласно этой теории, желтый свет (с длиной волны 550 M[i) вызывает возбуждение «зеленых» и «красных» колбочек приблизительно в равной степени, и мозг интерпретирует это как «желтый цвет». Цветовая слепота (см. разд. 332) объясняется отсутствием колбочек одного или нескольких типов, что связано с отсутствием определенного гена, необходимого для образования данного типа колбочек.



Возможно вам будет полезно:
Эндокринные железы
Газообмен в легких
Глотка
Иммунологическая толерантность
Каким образом микроорганизмы вызывают болезнь?
Кожа, кости и мышцы— органы механической защиты и локомоции
Кровообращение плода и изменения, наступающие после рождения
Главная страница сайта 0.006498