Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Животный родопсин, подобно бактерио- и галородопсинам, оказался способным к генерации за счет энергии света [24, 25, 130., 240, 338, 491, 492, 940, 941, 1412, 1519, 1520].
Детальное сравнение электрогенных свойств животного и бактериального родопсинов, сорбированных на коллодиевой пленке, было проведено нашей группой совместно с лабораторией М. А. Островского [130, 492, 1412]. Опыты выявили следующие черты сходства двух родопсинов (некоторые из них иллюстрируются рис. 68): 1) первая вспышка лазера вызывает генерацию ДЧ^- значительной величины (/> 30 мВ); 2) электрогенный процесс включает противоположно направленные стадии переноса заряда, причем более быстрая стадия (т < 50 не) имеет гораздо меньшую ампли-ТУДУ> чем более медленная; 3) главная электрогенная стадия развивается в миллисекундной шкале и сопровождается поглощением иона Н+ из среды; 4) направление фотопотенциала, образуемого на медленной стадии, таково, что отрицательно заряжается та поверхность мембраны, куда экспонирован С-конец полипептидной цепи белка; 5) разряд фотопотенциала в темноте занимает около секунды; 6) освещение коротковолнового интермедиата фотоцикла образует потенциал противоположного направления; 7) отщепление гидрофильных участков молекулы белка протеоли-зом не снимает фотоэлектрической активности той части полипептида, которая остается в мембране.
Функциональные различия животного и бактериального пигментов связаны главным образом с судьбой коротковолнового интермедиата (МП или М412).
Рис. 67. Аминокислотная последовательность бычьего родопсина (по: Ов чинников [1146])
182
3. Первичные ЛрСН-генераторы
Рис. 68. Генерация фотоэлектрических потенциалов животным родопсином (а) и бактериородопсином (б)
Бычьи фоторецепторные диски (о) или пурпурные бляшки из Н. halobium (б) сорбировали на коллодиевой пленке, пропитанной раствором фосфолипидов в декане. А1®1 измеряли двумя электродами, помещенными в растворы по обе стороны пленки. Вертикальная стрелка означает вспышку лазера (йд = 15 не) (по: Драчев и др. [492, 494])
3.5. Бактериородопсин
183
1. Образование этого интермедиата, в обоих случаях сопровождающееся депротонированием Шиффова основания, приводит к выделению Н+ в воду бактериальным, но не животным родопсином.
2. В случае животного родопсина интермедиат М II живет минуты. Время жизни бактериородопсинового М412 измеряется миллисекундами.
3. М II не может спонтанно превращаться в исходную форму родопсина. Он распадается на свободный полностью транс-ретиналь и опсин, который требует 11-^мс-ретиналь, чтобы регенерировать родопсин.
4. Родопсин, превратившись в М II, приобретает способность специфически взаимодействовать с другим белком, названным трансдуцином.
Такое взаимодействие приводит к замене GDP, связанного с трансдуцином, на GTP. Это событие имеет следствием следующие процессы. Комплекс трансдуцин-GTP активирует фосфодиэстера-зу, расщепляющую cGMP. В результате снижается концентрация cGMP и закрываются ^+-каналы плазматической мембраны, требующие cGMP в качестве активатора [558]. Закрытие каналов повышает сопротивление этой мембраны, что, в свою очередь, ведет к повышению AY. Последняя постоянно генерируется Na+ / К+—АТРазой (см. обзоры: [822, 1412]).
Следует отметить, что цепь событий, описанная выше, очень напоминает таковую при действии гормонов на клетку-мишень. Например, адреналин, соединяясь с белком—(3-рецептором в плазматической мембране определенных типов клеток, вызывает замену GDP на GTP в так называемом G-белке, функциональном аналоге трансдуцина. Комплекс G-белок • GTP активирует один из ферментов, имеющих дело с внутриклеточными медиаторами гормонального сигнала. В случае |3-рецептора этим ферментом служит аденилатциклаза, образующая сАМР из АТР. Образованный сАМР воздействует на протеинкиназы, регулирующие группу ферментов внутри клетки [220].
Другим хорошо известным медиатором гормональных сигналов служит ион Са2+. Например, тот же адреналин, влияя на а-ре-цепторы плазматической мембраны, вызывает в одних тканях открытие Са3+-каналов в этой мембране и поступление Са2+ из межклетника в цитоплазму, а в других тканях — гидролиз фосфа-тидилинозитдифосфата (Р1Р2) на диацилглицерид и инозиттри-фосфат (1Р3). Последний открывает Са2+-каналы во внутриклеточных кальциевых депо (см. раздел 7.5). В цитозоле ионы Са2+ взаимодействуют с особым Са2+-связывающим белком кальмодулином, который, будучи в комплексе с Са2+, изменяет активность определенных ферментов.
В зрении роль стимула играет не молекула гормона, а квант света, причем родопсин служит белком-рецептором. Здесь также есть свидетельство того, что не только циклический нуклеотид,
184
3. Первичные ДцН-генераторы
но и ион Са2+ может как-то участвовать в рецепции стимула (света) или в адаптации клетки к действию стимула (см. обзоры: [40, 130, 1412]). Недавно был опубликован целый ряд указаний на участие фосфатидилинозитной системы в фоторецепции животных [313, 314, 551, 696, 817, 1360, 1549, 1571, 1640].
Предполагается, что все эти системы необходимы для размножения (амплификации) светового сигнала. Например, в более изученном cGMP-пути есть по крайней мере два этапа амплификации: 1) одна молекула долгоживущего интермедиата М II способна заменить GDP на GTP в сотнях молекул трансдуцина; 2) одна молекула активного тройного комплекса фосфодиэстераза'трансду-цин-GTP успевает расщепить сотни молекул cGMP, пока связанный GTP не гидролизуется до GDP и фосфата, что приводит к развалу комплекса. Приняв во внимание все эти обстоятельства, мы можем объяснить, каким образом клетке палочки удается отвечать возбуждением на такую минимальную порцию световой энергии, как одиночный фотон.
