Участник:Миг/Идентификация разновидностей йодопсина — цианолаба

 → Опсины

 → Колбочки (сетчатка)

Фотопигменты Опсины — G-белки фотосинтеза и зрения. Опсины пигменты группы рецепторных белков семейства ретинолидов с молекулярной массой 35‒55 кДа, связанных с мембраной G-протеинов (G protein-coupled). Обнаружены в мембране галобактерий, в светочувствительных фоторецепторных клетках беспозвоночных и позвоночных животных (сетчатка), фотосинтезирующих организмах, в светочувствительном пигменте меланофоров кожи земноводных, радужке лягушки и т. д.

Разновидность опсинов содержит четыре группы фотопигментов колбочек, участвующих в цветном зрении:

• Четыре типа опсинов колбочек (фотопсины) — экспрессируются в колбочках, участвующих в цветном зрении с общим названием йодопсины:
  • Чувствительные в области длинных волн (Long Wavelength Sensitive, LWS, OPN1LW) опсины — λ_max в красном диапазоне
  • Чувствительные в области волн средней длины (Middle Wavelength Sensitive, RH2 или MWS) опсины — λ_max в зеленой части спектра
  • Чувствительные в области коротких волн 2 (SWS2) опсины — λ_max в синем диапазоне
  • Чувствительные в области коротких волн 1 (SWS1) опсины — λ_max в фиолетовой и ультрафиолетовой части диапазона.

Виды фотопигментов колбочек

 → Опсины

 → Йодопсин

 → Цианолаб

Различные опсины отличаются аминокислотами в составе молекул, и поглощают свет в несколько различном диапазоне длин волн, как ретиналь-связанные молекулы.

У человека идентифицировано три вида йодопсина (фотопсина):

• 560 нм: красно-чувствительный L-иодопсин с L-фотопсином. Дефекты гена OPN1LW являются причиной протанопии (красный цвет).
• 530 нм: чувствительный к зеленому M-иодопсин с M-фотопсином. Дефекты гена OPN1MW являются причиной дейтеранопии (зелёный цвет).
• 420 нм: сине-чувствительный S-йодопсин с S-фотопсином. Дефекты гена OPN1SW являются причиной тританопии (синий, УФ цвет).

Тип колбочки	Название	Диапазон	Пиковая длина волны
S (OPN1SW — ген для нормального цветного зрения (S)) — «тритан», «цианолаб»	β	400—500 нм	420‒440 нм (УФ, синий)
M (OPN1MW — ген для нормального цветного зрения (M)) — «деутан», «хлоролаб»	γ	450—630 нм	534‒545 нм (зелёный)
L (OPN1LW — ген для нормального цветного зрения (L)) — «протан», «эритролаб»	ρ	500—700 нм	564‒580 нм (красный)

История открытия

Рис. 1. Кривые спектральной чувствительности колбочковых приёмников нормального трихромата, определённые колориметрическим методом (А), и спектры поглощения, измеренные в наружных сегментах одиночных колбочек макаки (Б), где:S—445нм, M—535нм, L—570нм. (По. Marks et al., 1964). Сплошные кривые на А представляют результат расчёта кривых спектральной чувствительности по кривым сложения нормального трихромата (Бонгард, Смирнов, 1955); кружки — результаты опытов с дихроматами .

Важная работа Уолда. о применении интенсивного адаптирующего жёлтого, пурпурного и синего фона, позволило Уолду получить три разные пороговые кривые. Делая поправку на поглощение в передних средах глаза (хрусталик и жёлтый макулярный пигмент), Уолд называет в качестве максимумов трёх «приёмников» (он обнаружил не приёмники, а только максимумы поглощения тканями сетчатки, хотя тканями сетчатки впоследствии оказались приёмники — фоторецепторы сетчатки колбочки) 430, 540 и 575 нм.

На рис. 1. Кривые спектральной чувствительности пигментов глаза нормального трихромата, определённые колориметрическим методом (А), и спектры поглощения, но измеренные в наружных сегментах одиночных экстерорецепторов колбочек макаки (Б).(По. Marks et al., 1964). Сплошные кривые на А представляют результат расчёта кривых спектральной чувствительности по кривым сложения нормального трихромата (Бонгард, Смирнов, 1955); кружки — результаты опытов с дихроматами

Индентификация фотопигментов опсинов фоторецепторов животных

 → Опсины

Недавно были опубликованы работы в которых были предложены возможные механизмы трансдукции колбочки сетчатки рыбы как образца (Kawamura и др., 2004; Shimauchi-Matsukawa и др., 2005; Tachibanaki и др., 2005; Tachibanaki и др., 2001; Wada и др., 2006). Однако, несмотря на изучение фототрансдукции палочки за счёт комбинации генетики мыши и микро электродов, позволяющих делать запись нервных импульсов на примерах сетчатки мыши, была до недавнего времени ограничена исследованиями ЭРГА. Это связано с тем, что процент колбочек в сетчатке мал (~3 %) и недолговечность внешней доли (мембраны) связана с её высокой хрупкостью.

Это препятствие было, наконец, преодолено Pugh и коллегами (Никонов и др., 2005; Никонов и др., 2006). Они применили более совершенную систему исследований процесса фототрансдукции в палочкаж и колбочках мышей применив введения техники регистрации всасывающих электродов, которая вовлекает попадание ПЗУ в пипетку всасывания, и при этом не допускалось разрушение внешних мембран колбочек и палочек как хрупких элементов. Вместо этого Pugh и коллеги тянули часть внутренней доли мембраны («РОТ») фоторецептора колбочки, относящейся к сетчатке глаза в виде мембранной пластины, позволяя длинную, устойчивую регистрацию. Предварительно показано, что та же самая информация могла быть получена, делая запись или от внешней или от внутренней доли мембран земноводных палочек и колбочек (Yau и др., 1981), где как ожидается от природы наличие циркулирующего потока.

Чтобы преодолевать трудность идентификации колбочек с ~3 % в сетчатке мыши, Pugh и коллеги использовали три различных вида мышей. ([1])

• Первый вид испытывает недостаток в нервном лейциновом факторе транскрипции застежки — молнии (Nrl) (Mears и др., 2001), который решительно изменяет судьбу клетки фоторецепторов палочки, превращая их в подобные колбочке фоторецепторы (Даньеле и др., 2005; Никонов и др., 2005).
• Второй EGFP экспрессов в кодбочках мыши, который облегчает/проверяет их идентификацию (Fei и Hughes, 2001).
• Третий испытывает недостаток в палочке transducin α-subunit (gnat1-/-), который блокирует фототрансдукцию прута (Calvert и др., 2000).

Иллюстрация 16.

• Иллюстрация 16. Ответы вспышки фоторецепторов кобочек мыши от различных генотипов.

• a. Сравнение среднего ответа Булочек (Колбочек-S) при вспышках с 361 нм и М. колбочек при вспышках с 510 нм
• b. Сравнение средних ответов вспышки на вспышки с 361 нм дикого типа S-колбочек, gnat1-/- или Nrl-/- колбочки, и палочки, зарегистрированные под тем же самым «РТОМ» — тем же самым условием — пипеткой всасывания. Каждый след измерен с одиночной вспышкой в его пике. Данные от рис. 4E и F (Никонов и др., 2006) опубликованы с разрешением из Университетской Прессы Rockefeller.

В случае линии мыши EGFP, фоновый свет подбирался таким, чтобы подавить ответ палочки, и чтобы ответ колбочки мог быть изолирован. В результате ответ колбочки немного приспособлен подбором света, и поэтому был немного более быстр и меньшим для данной интенсивности испытательной вспышки, чем это от gnat1-/- или Nrl-/- колбочки. Когда этот фактор был учтен, легкие свойства ответа колбочек мыши, зарегистрированных от трех mouselines, очень подобны и как ожидалось они относятся к колбочкам млекопитающих (иллюстрация 16, Стол 3) (Никонов и др., 2006). Видно, что среди этих особенностей — то, что колбочки мыши намного более терпимы, чем палочки мыши к обесцвеченному пигменту. Темный поток света (меньшая освещённость) воспринимается более существенно в обоих колбочках типа S и M. после воздействия сильных лучей вспышек, которые отбеливают существенную фракцию фотопигмента. Однако, одно обнаруженное удивление состоит в том, что инактивация М. пигмента более задержана, чем от от пигмента S в отсутствии GRK1, предлагая существование GRK1-независимого механизма инактивации для пигмента S.(синего) Nrl-/- колбочки отличаются от дикого типа в определенных отношениях. Их внешние доли короче, более беспорядочны и подвергаются медленному вырождению (Даньеле и др., 2005). Кроме того, в отличие от дикого типа, Nrl-/- колбочки выражают намного более высокий процент активности от S-opsin. Таким образом, трансгенные мыши, выражающие EGFP в их колбочках и gnat1-/- мыши лучше, чем Nrl-/- мыши для того, чтобы изучать физиологию колбочки. Таким образом получена зависимость активности трансгенных колбочек и диких в зависимости от разновидности пигмента кон-опсина, и следовательно имеется связь между видом колбочек S,M.,L и видом пигмента в каждой из них! Т.е. имеется синяя колбочка, а главное имеется соответствующий пигмент. (Необходимое замечание).

Таблица 3.

• Таблица 3. Динамика и параметры чувствительности палочек и колбочек мыши.

Выводы

В последнее десятилетие был достигнут большой прогресс в использовании мышечных моделей для выяснения механизмов активации и прекращения пути фототрансдукции палочки. Несмотря на имеющиеся вопросы о путях стержня, на которые нужно ответить, это воспроизводимость однофотонного отклика, о текущей границы исследований фототрансдукции в колбочках, которые для человеческого зрения на много важнее палочек. Недавний успех в регистрации фототрансдукции от одиночных колбочне мыши открывает новую эру в исследованиях фототрансдукции позвоночных колбочек. Многие давние вопросы, например, механизмы огромной способности колбочек адаптироваться к свету и различия между палочками и колбочками в чувствительности и кинетике, теперь могут быть решены с помощью комбинации генетики мыши и электрофизиологии.

Модель мышиной фототрансдукции конуса

Дан оригинал источника.[2] (нажми править).

Денситометрия при нахождении фотопигментов колбочек

 → Денситометрия и фотопигменты колбочек

 → Йодопсин

Йодопсин — общее название зрительных пигментов колбочек сетчатки, участвующих в механизме цветного зрения.

История

Впервые существование колбочкого пигмента (косвенным образом) было обнаружено Уолдом, который и дал ему название йодопсин.. В 1967 г. за эти работы ему была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.

Работа Уолда. Применение интенсивного адаптирующего жёлтого, пурпурного и синего фона, позволило Уолду получить три разные пороговые кривые. С учётом поправок на поглощение в передних средах глаза (хрусталик и жёлтый макулярный пигмент), Уолд фиксирует максимумы трёх «приёмников» (хотя реально он обнаружил не приёмники, а только максимумы поглощения тканями сетчатки) 430, 540 и 575 нм., где как оказалось впоследствии, максимум 430нм — показатель длины волны синей колбочки, которую, обнаружили учёные Лаборатории Р. Е. Марка, например, Доктор Kalloniatis теперь Роберт г. Leitl профессор Оптометрии кафедры Оптометрии и Видение Науки, университет Auckland (См. Визуальное цветное зрение).

Первые попытки найти три пигмента и, как предполагалось три типа колбочек проводились Раштоном, который довёл до совершенства методику Денситометрии для прижизненного измерения коэффициентов поглощения света с различной длиной волны — в слое фоторецепторов сетчатки. Было показано, что у цветоаномалов отсутствует один из пигментов, имеющихся у людей с нормальным зрением: «эритролаб» (максимум около 585 нм.) у протанопа и «хлоролаб» (максимум около 540 нм.) — у дейтеранопа.

Современные методы исследований фотопигментов колбочек

Денситометрия клеток сетчатки глаза

 → Денситометрия

Прибор для определения плотностей веществ методом денситометрии

Например, в медицине в общей и дифференциальной диагностике, при патологии и лечении различных заболеваний зрительной системы, используются разнообразные электрофизиологические методы исследования — ЭРГ. Выбор метода определяется происхождением биоэлектрической активности в пигментном эпителии, тех или иных слоях и нейронах сетчатки, центральном отделе зрительного анализатора зрительной коры.

Определение состояния вообще или локализации заболеваний, когда проводят электрофизиологическое (ЭОГ, dc ЭРГ, с-волна) тестирование методом денситометрии, может быть следующей:

• Пигментный эпителий сетчатки (ЭОГ, dc ЭРГ, с-волна);
• Наружный сегмент фоторецепторов (мембраны колбочек, палочек)(ранний, рецепторный потенциал — денситометрия), определение способности оппонентно выделять сфокусированные основные цвета предметной точки колбочками и палочками (RGB),
  • рецепторный слой (а-волна в общей ЭРГ),
  • колбочковая система (фотопическая ЭРГ, тесты на цветовое зрение, мелькающая ЭРГ),
  • палочковая система (палочковая изолированная ЭРГ на слабый голубой или белый стимул ниже колбочкового порога, тесты на темновую адаптацию),
• средние слои сетчатки, клетки Мюллера (b-волна общей ЭРГ), *амакриновые и биполярные клетки (осцилляторные потенциалы, Р50-компонент паттерн-ЭРГ, порог негативного ответа);
• слой ганглиозных клеток сетчатки (паттерн ЭРГ), макулярная область (локальная, макулярная ЭРГ);
• зрительный тракт (зрительные вызванные корковые потенциалы).

Если первые попытки найти три пигмента и, как предполагалось три типа колбочек проводились Раштоном, который довёл до совершенства методику Денситометрии для измерения коэффициентов поглощения света с различной длиной волны — в слое фоторецепторов сетчатки и было показано, что у цветоаномалов отсутствует один из пигментов, имеющихся у людей с нормальным зрением: «эритролаб» (максимум около 585 нм.) у протанопа и «хлоролаб» (максимум около 540 нм.) — у дейтеранопа, то сейчас при помощи специальных методов динстометрии с применением современных денситометров учёным удаётся определить работу колбочек и палочек в состоянии нормальной деятельности и диагностике их заболеваний.

См. также

• Теория многокомпонентного цветного зрения
• Денситометр
• Йодопсин

Источники

Категория:Зрительные пигменты Категория:GPCR Категория:Рецепторы нейронов Категория:Белки