Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Фотоизомеризация ретиналя

Рис. 1.1а. Обесцвечивание родопсина. Вслед за фотоизомеризацией ретиналя (И-Чис-ретниаль- полностью-транс-ретиналь), которая индуцирует последовательность конформационных изме.чений опсина, происходит диссоциация комплекса белка (опсина) и хромофора. Индивидуальные конформации были стабилизированы при очень низких температурах и затем их удалось охарактеризовать по спектрам поглощения. Нервные импульсы возникают до диссоциации (обесцвечивания), вероятно, на стадии метародопсина II (по Г. Вальду). Рис. 1.1а. Обесцвечивание родопсина. Вслед за фотоизомеризацией ретиналя (И-Чис-ретниаль- <a href="/info/1434501">полностью-транс</a>-ретиналь), которая <a href="/info/1121318">индуцирует последовательность</a> конформационных изме.чений опсина, происходит <a href="/info/1320805">диссоциация комплекса белка</a> (опсина) и хромофора. Индивидуальные конформации были стабилизированы при <a href="/info/928464">очень низких температурах</a> и затем их удалось охарактеризовать по <a href="/info/2753">спектрам поглощения</a>. <a href="/info/1871661">Нервные импульсы возникают</a> до диссоциации (обесцвечивания), вероятно, на стадии <a href="/info/1099356">метародопсина</a> II (по Г. Вальду).

    Под действием света ретиналь отщепляется от родопсина, аналогичные процессы протекают и в трех других случаях (см. табл. 14.3). Одновременно происходит фотоизомеризация ретиналя. [c.471]

    Теперь мы обратимся к краткому рассмотрению того, как описанные фотохимические изменения превраш,аются в электрический импульс, который стимулирует мозг. Существуют доказательства, что одиночный квант света может вызвать раздражение палочки сетчатки. Однако поглощение одного кванта еще не создает эффекта зрения. Для этого требуется попадание нескольких квантов (согласно разумной оценке, от двух до шести квантов) в одну и ту же палочку в течение относительно короткого временного промежутка. Но даже в этом случае процесс весьма эффективен, а энергия конечной реакции существенно превосходит энергию, поглощенную зрительным пигментом. Поглощение света инициирует цепь реакций, черпающих энергию из метаболизма. Тем самым зрительное возбуждение является результатом усиления светового сигнала, попадающего в сетчатку. Фоторецептор служит биологическим эквивалентом фотоумножителя, который преобразует кванты света в электрический сигнал с большим усилением и низким шумом (см. гл. 7). И фоторецептор, и фотоумножитель достигают большого коэффициента усиления с помощью каскада стадий усиления. Зрительные пигменты представляют собой интегральные мембранные белки, которые находятся в плазме и мембранах дисков внешнего сегмента фоторецептора. Фотоизомеризация ретиналя вызывает серию конформационных изменений в связанном с ним белке и тем самым образует или раскрывает ферментативный активный центр. Следует каскад ферментативных реакций, которые в конце концов дают нервный импульс. Электрический ответ начинается с кратковременной гиперполяризации, вызванной закрытием нескольких сотен натриевых каналов в плазматической мембране. Таким способом молекулы-посредники (мессенджеры) передают информацию от диска рецептора к мембране плазмы. Вероятным кандидатом на роль мессенджера является богатый энергией циклический фосфат цГМФ (гуанозин-3, 5 -цикломонофосфат), возможно, в сочетании с ионами Са +. Было показано, что катионная проводимость плазматических мембран палочек и колбочек прямо контролируется цГМФ. Таким образом светоиндуцированные структурные изменения диска активируют механизм преобразования, который сам генерирует потенциал, распространяющийся по плазматической мембране. В настоящее время детали механизмов преобразования и усиления продолжают исследоваться. Была предложена схема, основной упор в которой делается на центральную роль фосфодиэстеразы в процессе контроля за кон- [c.241]


    В этом конформационном состоянии (конформация Е) протон шиффова основания координационно связан с Асп 85 и находится в контакте с наружной стороной мембраны. Фотоизомеризация ретиналя смещает шиффово основание относительно Асп 85, но возникающие в молекуле Бр напряжения способствуют переносу [c.395]

    Первичный акт фотопроцесса Бр, природу которого мы более детально рассмотрим ниже, включает фотоизомеризацию транс-13-цис ретиналя. В результате изменения конфигурации ретиналя шиффово основание смещается в гидрофобную область белка с более низким значением диэлектрической постоянной. Это приводит к увеличению взаимодействия между положительным протоном основания и отрицательным зарядом противоиона Асп 85, в результате чего рК шиффова основания уменьшается. Теперь протон может перейти на отрицательно заряженный остаток Асп 85 и протонировать его. Изменения электростатических взаимодействий, индуцированные актом транс-13-цис-фотоизомеризации ретиналя тесно сопряжены с поляризацией и соответствующими конформационными изменениями белка Бр. [c.397]

    Транс-13-цис-фотоизомеризация ретиналя в исходном Бр д сопряжена с изменениями плоскостного расположения и небольшими изгибами полиеновой цепи и по другим связям. Наблюдаемый красный сдвиг спектра 570 610 нм в состоянии вызван отмеченным выше ослаблением взаимодействия шиффова основания с отрицательным противоионом (Асп 85 ) и увеличенной делокализацией л-электронов. [c.397]

    Очевидно, начальный этап фотоизомеризации ретиналя происходит за время 100-200 фс при адиабатическом переходе вдоль поверхности потенциальной энергии возбужденного состояния. [c.402]

    Скорость фотоизомеризации ретиналя (т 200 фс) в плотном белке Бр намного выше, чем изолированного ретиналя в растворе ( 10 с). Эта особенность определяется, очевидно, своеобразием белкового окружения и взаимодействием ретиналя с аминокислотными остатками, которое ответственно за форму кривой потенциальной энергии состояния Бр.  [c.403]

    Очевидно, фотоизомеризация ретиналя является тем триггером, который исходно вызывает соответствующие электростатические взаимодействия в активном центре Бр. Последние уже непосредственно регулируют каскад конформационных изменений белка, необходимых для переноса протона. Таким образом принцип электронно-конформационных взаимодействий справедлив и в случае Бр. [c.405]

    Очевидно, фотоизомеризация ретиналя в мембране дисков может приводить к закрытию натриевых каналов во внешней мембране палочки лишь при участии большого числа (более 100) молекул особого внутриклеточного медиатора (посредника), находящихся в цитоплазме наружного сегмента. [c.412]

    Сложная последовательность реакций запускается при фотоизомеризации ретиналя в родопсине и переводе родопсина К в активированное состояние К. Активированный родопсин мигрирует латерально в фоторецепторной мембране, обладающей крайне низкой вязкостью, и образует комплекс с трансдуцином [c.413]

    Численное моделирование динамики цмс-т/7а с-фотоизомеризации ретиналя [c.4]

    ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ 1 мс./п/ аис ФОТОИЗОМЕРИЗАЦИИ РЕТИНАЛЯ [c.158]

    Одно иэ важнейших событий, происходящих вслед за фотоизомеризацией ретиналя,— поляризация плазматической мембраны зрительной клетки. Эта мембрана в темноте проницаема для ионов натрия. Существующий в темноте градиент ионов натрия поддерживается Na ,K -зaви имoй АТФазой, расположенной в плазматической мембране внутреннего сегмента. Поглощение кванта света каким-то непонятным до сих пор механизмом блокирует поступление ионов натрия в клетку. Понижение скорости поступления ионов натрия внутрь клетки приводит к избыточному отрицательному заряду на внутренней стороне плазматической мембраны, т. е. гиперполяризации кпетки. Именно этот сигнв . [c.613]

    Фотоцикл Бр не включает каких-либо окислительно-восстановительных реакций, где подобно фотосинтезу, происходил бы отрыв и перенос электрона между разными молекулами. Под действием поглощенного кванта света в Бр лишь смещается электронная плотность вдоль полиеновой цепи при возбуждении ароматического кольца ретиналя. Происходящая в результате транс-цис фотоизомеризация ретиналя является триггером, запускающим всю дальнейшую цепь последовательных превращений фотоцикла Бр. [c.400]

    Однако эта последовательность событий включает и другие сверхбыстрые структурные изменения, сопровождающие фотоизомеризацию ретиналя. Они затрагивают молекулы ретиналя и аминокислотные остатки ближайшего белкового окружения, взаимодействие с которыми играет важную роль в обеспечении высокой скорости и эффективности фотоизомеризации. Оказалось, что динамика начальных спектральных изменений поглощения Бр в диапазоне до 100 фс носит колебательный характер, связанный с когерентными колебаниями ядерного волнового пакета при движении вдоль потенциальной поверхности возбужденного состояния в первые 100-200 фс (ср. рис. ХХУП1.37, 38). Моделирование такого рода движений ядер на частоте торсионных колебаний при 187 см показало, что поворот на 90° действительно может завершиться за 100-200 фс (Воршел). [c.402]

    В темноте ретиналь-хромофор родопсина находится в 11-цис-положении. Поглощение кванта света переводит его в транс-состояние (рис. XXIX. 13). Фотоизомеризация ретиналя и дает начало последовательности событий, ведущих к появлению зрительного пигмента. Мембрана палочки обладает селективной проницаемостью для разных ионов. В состоянии покоя это приводит к поляризации мембраны и созданию разности потенциалов между протоплазмой палочки и наружной средой (—40 мВ). Освещение палочки вызывает увеличение исходного отрицательного потенциала внутри клетки, т.е. гиперполяризацию клеточной мембраны (до —80 мВ). Это происходит вследствие того, что под действием света резко уменьшается проницаемость клеточной мембраны для ионов натрия, несущих положительный заряд. Поглощение только одного кванта приводит к закрытию 100-300 натриевых каналов в наружной мембране. Возникающий светоиндуцированный электрический сигнал гиперполяризации передается от наружного сегмента к синаптическому окончанию на внутреннем сегменте палочки и приводит к появлению нервного импульса. Таким образом, в основе нейрофизиологического зрительного сигнала лежит индуцированное фотоизомеризацией ретиналя изменение проницаемости наружной мембраны палочки для ионов натрия. [c.412]


    В настоящее время можно считать полностью доказанным, что начальный этап фотоцикла и образование бато-продукта происходит в результате цис-транс-фото-изомеризации ретиналя. Однако доказательство этого факта потребовало не только больших экспериментальных исследований. Необходимо было также достичь теоретического понимания механизмов быстрой фотоизомеризации ретиналя в плотной белковой среде при участии и других молекулярных групп, со скоростями, превышающими таковые в модельных растворах с малой вязкостью. Мы остановимся кратко на развитии этого направления, где имеется много общего с соответствующими работами в области фотосинтеза и фотонревращений бактериородопсина. [c.420]

    В модельных системах скорость фотоизомеризации ретиналя намного ниже, чем в опсине. Так, в метаноле время образования фотопродукта 11-цис-ретиналя в комплексе с протонированным шиффовым основанием составляло 8 пс, а квантовый выход 0,15. Очевидно, опсин ускоряет фотоизомеризацию ретиналя. Это определяется особенностями белок-хромофорного вза-имодействия. Среди факторов, способствующих этому, можно назвать электростатическое отталкивание между 13—СН3-группой и 10—Н в родопсине, которое ускоряет скручивание скелета ретиналя и переход [c.423]

    Поверхности потенциальной энергии состояний So и Sl при фотоизомеризации ретиналя в фемтосекундном диапазоне (по G.G.Ko henderfer, R. A. Mathies, 1995). Показаны колебательные изменения поглощения при 530, 550, 580 нм. [c.423]

    С помощью флеш-фотолиза показано также, что вероятность синглет-триплетной интеркомбинационной конверсии ретиналя составляет 60% от общей вероятности дезактивации синглетного возбужденного состояния. Это удовлетворительно согласуется с величиной квантового выхода фотоизомеризации ретиналя (0,6—0,7) как в свободном состоянии, так и в составе родопсина. Однако предположению о триплетной природе реакции фото-изомеризацни ретиналя противоречат данные, полученные в лаборатории Ламолы с помощью пикосекундной спектроскопии удалось оценить время цис-транс-пр ъра,-щения ретиналя (около 6 пс), которое оказалось слишком коротким по сравнению со временем жизни триплетных состояний. [c.130]

    Остановимся более подробно на квантовых выходах фотоизомеризации ретиналя. Квантовый выход превращения -цис— -полностью транс-форма свободного ретиналя в гексановых растворах, по данным Уолда, сильно зависит от температуры. При температуре 25° С квантовый выход (при Я,= 365 нм) равен 0,2, в то время как при — 65° С — 0,6. Последняя величина совпадает с усредненным для трех длин волн видимого света (450, 500, 550 нм) значением квантового выхода изомеризации хромофора родопсина в дигитониновом растворе при 20° С. Это совпадение скорее всего означает, что свойства микроокру- [c.130]

    Таким оОразом, природа вторичных темновых реакций в комплексе опсин — липид—ретиналь, вызываемых первичной цис-транс-фотоизомеризацией ретиналя, сводится к цепи последовательных конформационных перестроек, приводяи их к изменению микроокружения хромофора, и заканчивается его отрывом от белка. Чрезвычайно существенно, что рассмотренная последовательность превращений зрительного пигмента характерна не только для дигитониновых экстрактов, но и для суспензии на- [c.135]

    Динамика фотоизомеризации ретиналя, происходящей под действием сверхкоротких световых импульсов, изучена методом волновых пакетов в рамках двухуровневой модели с квазипересечением электронных термов. Определена зависимость заселенностей электронных состояний от времени и дана классическая интерпретация полученным результатам. Рассчитана зависимость выхода реакции от параметров потенциала неадиабатического взаимодействия. Определены значения параметров, которые приводят к экспериментально наблюдаемому выходу. Показано, что классическое приближение качественно правильно описывает динамику движения по электронным термам и вероятность электронного перехода в области квазипересечения. Изучено влияние параметров светового импульса (длительности и чирпа) на форму волнового пакета и выход реакции изомеризации. [c.158]

    Сравнение результатов классического и квантового расчетов (рис. 4) показывает, что классическая теория дает качественно правильное описание процесса фотоизомеризации ретиналя в терминах заселенностей электронных состояний на ранней стадии (при первом прохождении точки квазипересечения термов). Это подтверждается сравнением классической траектории с траекторией движения центра волнового пакета по диабатическому терму (рис. 5). [c.162]

    Таким образом, в данной работе процесс фотоизомеризации ретиналя под действием светового импульса конечной длительности изучен в терминах движения волнового пакета в системе двух одномерных поверхностей потенциальной энергии с квазипересечением. Дальнейшее развитие модели возможно в следующих направлениях а) учет вышележащих электронных состояний, вклад кото- [c.162]


Смотреть страницы где упоминается термин Фотоизомеризация ретиналя: [c.135]    [c.630]    [c.264]    [c.112]    [c.131]    [c.164]    [c.164]   
Биофизика Т.2 (1998) -- [ c.412 ]




ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Ретиналь



© 2024 chem21.info Реклама на сайте