89639

РЕАКЦИЯ РОДОПСИНА НА ДЕЙСТВИЕ СВЕТА

Доклад

Биология и генетика

Спектр поглощения родопсина имеет вид: Спектр поглощения родопсина Спектр поглощения родопсина хорошо приспособлен к восприятию света в достаточно широкой области солнечного излучения но лучше всего этот зрительный пигмент поглощает свет в зеленой части этого спектра 500 нм. Возможность поглощения фотонов родопсина близка к теоретически возможному значению. При поглощении фотона молекула родопсина претерпевает электрический переход при этом молекула родопсина оказывается в синглетном возбужденном состоянии.

Русский

2015-05-13

48.72 KB

1 чел.

РЕАКЦИЯ РОДОПСИНА НА ДЕЙСТВИЕ СВЕТА

Первичный механизм возбуждения П светом связан со сложными превращениями родопсина в фоторецепторной мембране. Родопсин – это высокомолекулярное соединение, состоящее из двух основных компонентов:

  1.  Альдегид витамина А (ретиналь).
  2.  Липопротеин под названием опсин (белок глаза).

Спектр поглощения родопсина имеет вид:

Спектр поглощения родопсина

Спектр поглощения родопсина хорошо приспособлен к восприятию света в достаточно широкой области солнечного излучения, но лучше всего этот зрительный пигмент поглощает свет в зеленой части этого спектра (500 нм). Красные и синие лучи он отражает, причем, в отраженном свете преобладает красный компонент, хотя присутствует и синий. Поэтому пигмент имеет пурпурный цвет, определивший и его название. Родопсин относится к наиболее интенсивно окрашиваемым соединениям из всех известных в настоящее время в органической химии. Возможность поглощения фотонов родопсина близка к теоретически возможному значению.

В темноте ретиналь пребывает в 11 цис-форме, для которой характерна некоторая скрученность молекулы. Скрученность объясняется тем, что в планарной форме между близко расположенными метильной группой у углерода (С13) и водородом у С10, возникает сильное отталкивание. Сила отталкивания не допускает плоского расположения -связи. Скрученность в молекуле 11 цис-ретиналя обеспечивает наибольшую энергию взаимодействия с опсином, вследствие чего их комплекс (ретиналя и опсина) весьма устойчив. Для его разрушения необходимо преобразовать 11 цис-ретиналь в другой изомер, в так называемый полностью транс-ретиналь. Такое преобразование из цис- в транс-ретиналь происходит под действием света. Этот процесс называется фотоизомеризацией.

При поглощении фотона (), молекула родопсина претерпевает электрический переход «», при этом, молекула родопсина оказывается в синглетном возбужденном состоянии. Необходимо отметить, что в органических молекулах -орбитали, которые свойственны основному энергетическому состоянию, являются связывающими, то есть, они стремятся к перекрытию и образованию второй связи. Напротив, -орбитали, характерные для возбужденного состояния молекулы, относятся к разрыхляющим орбиталям. Их перекрытие энергетически невыгодно. В силу чего, части молекулы, соединенные двойной связью с участием -орбитали, разворачиваются на 90 градусов, и двойная связь превращается в одинарную. В этой связи, в молекуле ретиналя, возбужденной светом, происходит поворот атомов вокруг двойной связи. Такое измененние пространственного расположения атомов, входящих в состав ретиналя, требует затрат энергии. Эти энергозатраты характеризуются преодолением потенциального барьера. Для разворота атома вокруг двойной связи в 11 цис-ретинале достаточно энергии одного фотона. Для фотоизомеризации достаточно и времени, в течение которого молекула родопсина пребывает в сигнетном возбужденном состоянии (с), поскольку цис-тран-изомеризация ретиналя происходит всего за 0,1-0,3 пс, квантовый выход фотоизомеризации 11 цис-ретиналя в родопсине достигает 0,7.

Фотоизомеризация – есть первая и единственная фотохимическая реакция в зрительном акте. Она протекает внутри отдельной молекулы родопсина и, в отличие от фотосинтеза, не сопровождается никакими химическими реакциями. Зрение отличается от фотосинтеза, который происходит в растениях, еще и тем, что между молекулами родопсина невозможен перенос энергии, так как, в фоторецепторной мембране молекулы родопсина удалены друг от друга на расстояние более 7 нм. Непосредственным следствием фотоизомеризации, приводящей к появлению у человека ощущения света, служат конформационные перестройки молекулы родопсина. Дело в том, что пространственно 11 цис-ретиналь точно соответствует конфигурации активного центра. При образовании транс-ретиналя, это соответствие (комплементарность) нарушается. В результате чего ретиналь отщепляется от опсина, и родопсин обесцвечивается, то есть, претерпевает фотолиз.

Вне действия света, распавшийся родопсин восстанавливается. В ходе восстановления, транс-ретиналь преобразуется в цис-форму. Такой переход обратной фотоизомеризации называется реизомеризацией. У позвоночных животных транс-ретиналь, отщепившись от опсина, поступает в пигментный эпителий сетчатки, где подвергается ферментативным превращениям. Из пигментного эпителия фоторецептором (П, К) доставляется 11 цис-ретиналь. Каждая палочка ежесекундно синтезирует молекул родопсина из поступающего в нее 11 цис-ретиналя, который соединяется с опсином. Суточный синтез этого зрительного пигмента в целом оценивается величиной примерно молекул.

Конформационная перестройка родопсина, называющаяся фотоизомеризацией ретиналя, довольно существенна. Естественно, что перестройку сопровождают значительные изменения физико-химических свойств фоторецепторной мембраны, в которую встроен родопсин. Одним из важных последствий этих изменений служит сдвиг мембранного потенциала фоторецепторной клетки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19007. Интегралы движения. Однородность времени и закон сохранения энергии. Однородность пространства и закон сохранения импульса 328.5 KB
  Лекция 5. Интегралы движения. Однородность времени и закон сохранения энергии. Однородность пространства и закон сохранения импульса. Изотропность пространства и закон сохранения момента импульса Величины и меняются со временем. Однако существуют такие их комбина
19008. Общие свойства одномерного движения. Интегрирование уравнения одномерного движения. Период финитного движения в произвольном потенциале 301 KB
  Лекция 6. Общие свойства одномерного движения. Интегрирование уравнения одномерного движения. Период финитного движения в произвольном потенциале Одномерным называется движение системы с одной степенью свободы: . в самом общем виде функция Лагранжа выглядит так:
19009. Движение двух взаимодействующих частиц. Приведение к задаче о движении в цен-тральном поле. Общие закономерности движения в центральном поле 268 KB
  Лекция 7. Движение двух взаимодействующих частиц. Приведение к задаче о движении в центральном поле. Общие закономерности движения в центральном поле Полное аналитическое решение в общем виде допускает чрезвычайно важная задача о движении системы из взаимодействую
19010. Движение в центральном поле. Финитное и инфинитное движение. Падение на центр 828 KB
  Лекция 8. Движение в центральном поле. Финитное и инфинитное движение. Падение на центр Выберем начло координат в центре поля См. рисунок. В начальный момент времени частица находилась в какото точке имела импульс и следовательно имела относительно центра поля м...
19011. Общие закономерности движения частицы в кулоновском поле притяжения. Эффективный потенциал. Минимальное и максимальное расстояние до центра поля 1.28 MB
  Лекция 9. Общие закономерности движения частицы в кулоновском поле притяжения. Эффективный потенциал. Минимальное и максимальное расстояние до центра поля Рассмотрим движение частицы массы во внешнем поле ; 1 когда Это соответствует полю притяж...
19012. Движение в кулоновском поле притяжения (задача Кеплера). Классификация орбит при финитном и инфинитном движении 281 KB
  Лекция 10. Движение в кулоновском поле притяжения задача Кеплера. Классификация орбит при финитном и инфинитном движении В предыдущей лекции мы выяснили при каких значениях энергии движение будет инфинитным финитным а так же определили условия при которых траект
19013. Кинематика и динамика упругого столкновения частиц. Переход в Ц-систему. Импульсные диаграммы. Связь углов рассеяния в Л- и Ц-системах 1.06 MB
  Лекция 11. Кинематика и динамика упругого столкновения частиц. Переход в Цсистему. Импульсные диаграммы. Связь углов рассеяния в Л и Цсистемах Столкновение двух частиц называется упругим если оно не сопровождается изменением их внутреннего состояния в том числе не ...
19014. Дифференциальное сечение рассеяния частиц. Формула Резерфорда 2.55 MB
  Лекция 12. Дифференциальное сечение рассеяния частиц. Формула Резерфорда Для изучения характера взаимодействия частиц друг с другом обычно проводятся эксперименты по рассеянию целого пучка одинаковых частиц которые падают из бесконечности с одинаковой начальной с...
19015. Малые одномерные колебания (свободные и вынужденные). Вынужденные колебания под действием произвольной силы 2.55 MB
  Лекция 13. Малые одномерные колебания свободные и вынужденные. Вынужденные колебания под действием произвольной силы. Вынужденные колебания под действием гармонической силы. Резонанс. Затухающие колебания Распространенным движением в природе являются колебания те