Ученые расшифровали молекулярные процессы, которые происходят, когда свет впервые попадает на сетчатку глаза. За 10-12 секунды белок зрения как бы делает «вдох» и «выдох», увеличиваясь в размере и сжимаясь обратно. Эта пространственная трансформация необходима человеку, чтобы видеть. Статья опубликована в журнале Nature.
Цветное зрение человека возможно благодаря тому, что в сетчатке глаза находятся специальные фоточувствительные клетки (палочки), которые реагируют на попадание света на сетчатку. Фоторецепторы оказываются чувствительными к свету благодаря наличию в них специфического зрительного пигмента — родопсина. В середине родопсина закреплен хромофор ретиналь, известный и как альдегид витамина А. При попадании света на хромофорную часть белка ретиналь поглощает квант фотона, а затем белок изомеризуется из так называемой 11-цис-формы в транс-форму. Эта изомеризация заключается в том, что альдегидная группа как бы переворачивается, и из изогнутой молекула становится линейной.
Несмотря на сведения о двух пространственных формах, ученые до сих пор не обладали ясными экспериментальными данными о механизме этой реакции и о том, что же на самом деле происходит внутри родопсина при фотоактивации ретиналя. «Мы знали о начальной точке и конечном продукте трансформации родопсина, но до сих пор никому не удавалось наблюдать в режиме реального времени, как именно происходит изменение пигмента зрения», — пояснила Валери Паннильс из Института Пауля Шеррера.
Чтобы получить полную картину процесса, необходимы методы с высоким временным и пространственным разрешением. В этом исследовании международная группа ученых воспользовалась фемтосекундными рентгеновскими лазерами для сверхбыстрой кристаллографии. Исследователи выяснили, что белок родопсин поглощает энергию поступивших фотонов, из-за чего набухает. Это заставляет его по-другому соединяться с ретиналем. Он временно лишается большей части межмолекулярных взаимодействий с ним. Именно так ретиналь, свободный от пространственных препятствий, может перевернуться. Вскоре после этого белок снова сокращается и снова крепко держит ретиналь, но теперь хромофор находится уже в другой, более вытянутой форме. Преобразование ретиналя из изогнутой формы в удлиненную занимает всего одну пикосекунду, или одну триллионную секунды, что делает этот процесс одним из самых быстрых во всей природе.
Это микроскопическое изменение белка в нашей сетчатке и есть самый первый шаг в нашем восприятии света и способности видеть мир цветным. Исследование таких незаметных, но важных процессов помогает нам лучше понимать возможности собственного организма. Многие вопросы нашего зрения все еще остаются непонятыми, и это значительный шаг в развитии науки и медицины.
Автор: Нелли Чивилева.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
