Rodopsin se sastoji od. Uloga vizualnog analizatora u životu životinja

Rhodopsin(zastarjelo, ali još uvijek korišteno ime je vizuelno ljubičasta) - glavni vizuelni pigment. Sadrži u retinalnim šipkama morskih beskičmenjaka, riba, gotovo svih kopnenih kralježnjaka i ljudi. Odnosi se na kompleksne proteine ​​- hromoproteine. Modifikacije proteina karakteristične za različite biološke vrste mogu značajno varirati u strukturi i molekularnoj težini.

Funkcije rodopsina

Pod uticajem svetlosti fotosenzitivni vizuelni pigment se menja i jedan od međuproizvoda njegove transformacije direktno je odgovoran za nastanak vizuelne stimulacije. Vizualni pigmenti sadržani u vanjskom segmentu fotoreceptorske ćelije su proteini kompleksne boje (hromoproteini). Njihov dio koji apsorbira vidljivu svjetlost naziva se hromofor. Ovo hemijsko jedinjenje je vitamin A aldehid, ili retinal. Protein u vizualnim pigmentima s kojima je povezana mrežnica naziva se opsin.

Rodopsin pripada GPCR (G protein-coupled receptor) superfamiliji transmembranskih receptora. Kada se svjetlost apsorbira, mijenja se konformacija proteinskog dijela rodopsina i on aktivira G-protein transducin, koji aktivira enzim cGMP fosfodiesterazu. Kao rezultat aktivacije ovog enzima, koncentracija cGMP u ćeliji se smanjuje i cGMP-ovisni natrijumski kanali se zatvaraju. Budući da ATPaza konstantno ispumpava ione natrijuma iz ćelije, koncentracija natrijumovih jona unutar ćelije opada, uzrokujući njenu hiperpolarizaciju. Kao rezultat, fotoreceptor oslobađa manje inhibitornog transmitera glutamata, a nervni impulsi nastaju u bipolarnoj nervnoj ćeliji, koja je "dezinhibirana".

Spektar apsorpcije rodopsina

Datoteka:Rodopsin.GIF

Rice. Slika 1. Spektar apsorpcije rodopsina iz žabe Rana temporaria u ekstraktu digitonina. Dva maksimuma apsorpcije su vidljiva u vidljivom (500 nm) i ultraljubičastom (280 nm) području. 1 - rodopsin (obnovljeni pigment); 2 - žuti indikator (promjenjen pigment). Osa apscise je talasna dužina (λ); duž ordinate - optička gustina (D).

Specifični apsorpcijski spektar vizualnog pigmenta određen je kako svojstvima kromofora i opsina, tako i prirodom kemijske veze između njih (za više detalja pogledajte recenziju:). Ovaj spektar ima dva maksimuma - jedan u ultraljubičastom području (278 nm), zbog opsina, a drugi u vidljivom području (oko 500 nm), - apsorpcija hromofora Sl. 1. Transformacija vizuelnog pigmenta pod dejstvom svetlosti do konačnog stabilnog proizvoda sastoji se od niza veoma brzih međufaza. Proučavanjem spektra apsorpcije međuproizvoda u ekstraktima rodopsina na niskim temperaturama na kojima su ovi proizvodi stabilni, bilo je moguće detaljno opisati cijeli proces izbjeljivanja vizualnog pigmenta.

U živom oku, uz razgradnju vidnog pigmenta, naravno, stalno je u toku proces njegove regeneracije (resinteze). Tokom adaptacije na tamu, ovaj proces se završava tek kada se sav slobodni opsin spoji sa retinom.

Dnevni i noćni vid

Iz spektra apsorpcije rodopsina jasno je da je smanjeni rodopsin (pod slabim "sumračnim" osvjetljenjem) odgovoran za noćni vid, a tokom dnevnog "vida u boji" (jako svjetlo) se razgrađuje i maksimum njegove osjetljivosti se pomjera u plavu regiju. . Uz dovoljno osvjetljenja, štap radi zajedno sa konusom, kao prijemnik plavog područja spektra. . Potpuna obnova rodopsina kod ljudi traje oko 30 minuta.

Rodopsin i vid

Laboratorija je uronjena u mrak. Samo u dva ugla velike prostorije, obložene policama s instrumentima, lampioni slabo svijetle crvenim svjetlom, što bi se češće moglo vidjeti u sobi fotografa. Naviknuvši se na mrak, počinjete da razlikujete lica ljudi, obasjana zelenkastim treperavim svetlom koje struji sa ekrana osciloskopa i kompjuterskih displeja. U toku je eksperiment na vizuelnom rodopsinu.

Da, morali smo jednog dana doći do ovog problema. Na kraju krajeva, ako je toliko truda uloženo u bakteriorhodopsin, onda postoji veliko iskušenje da se ista oprema primijeni na njegov životinjski pandan, pogotovo jer je s njim povezana jedna od najstarijih i najnevjerovatnijih misterija fiziologije.

Rodopsin životinja otkriven je stotinu godina ranije nego bakterijski rodopsin. Pa ipak, do danas, mnogo toga ne znamo o njegovoj funkciji. Pa zar nije vredno porediti dva rodopsina, pošto je funkcija bakterijskog proteina čvrsto uspostavljena?

Ali šta može imati zajedničko generator struje protona 4 u membrani halofilnih bakterija i vizuelna ljubičasta u retini?

Dva rodopsina su razdvojena velikom razdaljinom. A ipak, ispostavilo se da su vrlo slični! Evo glavnih karakteristika ove sličnosti. Oba proteina se bave svjetlošću, oba apsorbuju ovu svjetlost sa retinalom, koji je vezan za protein preko aldimina. Ovaj aldimin se u oba slučaja protonira u mraku i deprotonira pod djelovanjem svjetlosnog kvanta, uzrokujući izomerizaciju retine. Povrh svega, oba su membranski proteini, upakovani na takav način da dva kraja polipeptidnog lanca vire na suprotnim stranama membrane. Polipeptidni lanci oba rodopsina sadrže veliki broj spiralnih regija.

Rodopsin i vid

Ispostavilo se da su životinjski i bakterijski rodopsini zapravo blizanci! Kako se to može pomiriti s činjenicom da je prva uključena u viziju životinja, a druga u opskrbu bakterija energijom? Naravno, dešava se da blizanci biraju za sebe različita zanimanja. Međutim, to se može dogoditi samo pod pritiskom ekstremnih životnih okolnosti, smatraju stručnjaci iz Twin Research Centra u Minnesoti. Tipično, blizanci se posvećuju sličnim područjima aktivnosti.

Dakle, možda je vizuelni rodopsin fotoelektrični generator poput bakteriorhodopsina?

Na prvi pogled, takva ideja može izgledati čudno iz jednog jednostavnog razloga: vizuelni rodopsin, nakon što je apsorbovao kvant, pali samo jednom. Za razliku od bakterijskog rodopsina, on postaje nepovratno obezbojen kada je izložen svetlosti, gubi svoj ostatak u retini, koji se oslobađa u vodu. Regeneracija obojenog rodopsina traje nekoliko minuta i stoga se ne može uporediti sa ciklusom bakteriorhodopsina, mjerenim u milisekundama. Jasno je da životinjski rodopsin, za razliku od bakterijskog rodopsina, nije u stanju da generiše stabilnu struju.

Pa ipak, vidnom rodopsinu je svojstvena i neka vrsta fotoelektrične aktivnosti. Davne 1964. K. Brown i M. Murakami opisali su vrlo brz dvofazni pomak u razlici potencijala na membrani fotoreceptorske ćelije retine kada je svjetlo uključeno. Prva faza se odvijala u vremenu kraćem od mikrosekunde i mogla se povezati samo sa prvim učesnikom fotoreceptornog sistema, odnosno sa rodopsinom. Druga faza se razvila u milisekundnoj skali. Bila je usmjerena suprotno od prve faze. Fiziolozi nisu pridavali veliki značaj efektu (nazvan je rani potencijal receptora, skraćeno RRP) zbog njegove male amplitude: čak i uz snažno osvjetljenje, potencijal nije prelazio dva do tri milivolta.

Interes za RRP se ponovo pojavio kada je dokazano da je funkcija bakteriorhodopsina stvaranje potencijala i struje. Godine 1977. M. Montal je izvijestio o fotoelektričnom efektu pri zračenju teflonskog filma obloženog životinjskim rodopsinom. Potencijal je još uvijek bio mali.

Istovremeno i nezavisno, M. Ostrovsky i njegove kolege sa Instituta za hemijsku fiziku u Moskvi pokušali su da primene našu metodu, koja se koristi za snimanje električnog fotoodgovora bakteriorhodopsina, na životinjski rodopsin. Porozni filter je impregniran otopinom fosfolipida, a zatim su s jedne strane dodani fotoreceptorski diskovi - plosnate membranske vezikule koje ispunjavaju štapićaste stanice retine. U membrani diskova je koncentrisana većina zaliha rodopsina štapića. U prisustvu jona kalcijuma, diskovi su zalijepljeni za filter, nakon čega je uključeno svjetlo.

Kao što su mjerenja pokazala, u takvom sistemu može se dobiti značajan fotoelektrični efekat (oko 20 milivolti). Istina, potencijal je vremenom brzo opao i potpuno nestao nekoliko sekundi nakon paljenja svjetla. Ali takva dinamika generalno nije iznenađujuća, s obzirom da rodopsin postaje nepovratno obezbojen na svetlosti.

Nažalost, sama činjenica stvaranja razlike potencijala pod utjecajem svjetlosti koju apsorbira protein još uvijek nije dovoljna da se zaključi da se funkcija ovog proteina svodi na pretvaranje svjetlosne energije u električnu energiju. Na primjer, američki biofizičar X. Tien opisao je fotoelektrični efekat kada se ultraljubičastim zračenjem ravna fosfolipidna membrana koja je apsorbirala kimotripsin, probavni enzim koji nema nikakve veze s procesima transformacije svjetlosne energije, makar samo zato što djeluje u potpunosti. tama - u crevima.

Očigledno je svjetlost izazvala kretanje nekih nabijenih grupa u molekulu kimotripsina, što je dovelo do stvaranja potencijala.

Fotoefekti ovog tipa nastaju kada se svjetlo uključi i brzo nestaju tokom osvjetljenja, jer nema pravog prijenosa naboja kroz membranu i stvaranja jednosmjerne struje u sistemu. Nije iznenađujuće da je fotoelektrični efekat u Tienovim eksperimentima sa kimotripsinom bio mali, samo nekoliko milivolti.

U eksperimentima Ostrovskog, električni odgovor rodopsina na osvjetljenje bio je nekoliko puta veći od Thienovog. Pa ipak, opasnost od „a la Tien” artefakta je ostala.

Da bismo razumeli ovo pitanje, odlučili smo da proučimo dinamiku formiranja potencijala vizuelnim rodopsinom pod istim uslovima koji su korišćeni za bakteriorhodopsin.

Eksperiment je trajao dva dana. Počelo je u laboratoriji M. Ostrovskog, u koju je ujutro iz fabrike za preradu mesa dovezeno šezdeset očiju tek zaklanih bikova. Od očiju su secirane mrežnice, izdvojeni su vanjski segmenti štapićastih stanica i iz ovih segmenata dobijeni fotoreceptorski diskovi u čijoj je membrani lokaliziran rodopsin. Sve ovo je trajalo jedan dan. Sljedećeg jutra u našoj laboratoriji pojavio se energičan crnobradi čovjek s koferom. Njegov dolazak smo uvijek dočekivali sa oduševljenjem.

Grisha Kalamkarov! Sa diskovima! - vikala je u hodniku prva osoba koja je naišla na put muškarca sa koferom.

Dolazak Kalamkarova značio je da će se eksperiment održati. U sali 434 okupili su se njeni učesnici: L. i A. Dračev, A. Kaulen.

Pre svega, prozori su bili čvrsto zastrti i upaljene crvene lampe. Rodopsin se plaši belog svetla. Dovoljno je jednom osvijetliti diskove - i cijeli doživljaj je nestao! Zato rad sa životinjskim rodopsinom spolja podsjeća na neku vrstu sakramenta koji se izvodi u crvenom sumraku. Crveno svjetlo ne apsorbira rodopsin i stoga je sigurno za njega.

Kaulen dodaje suspenziju diskova u ćeliju podijeljenu na dva odjeljka kolodijskim filmom, prethodno impregniranim otopinom fosfolipida u dekanu. Slijede dva sata mučnog čekanja: nakon što su slučajno naišli na kolodijski film, diskovi se zalijepe za njega. Morate pričekati dok cijela površina filma ne bude prekrivena slojem diskova.

I konačno, glomazna figura Kaulena pojavljuje se na vratima moje kancelarije. Dugo sam čekao ovaj trenutak, gledajući na sat: nestrpljenje sa iskustvom me sprečava da slušam sagovornika, koji udobno i, izgleda, dugo sedi nasuprot mene.

Vladimire Petroviču, hajde da počnemo”, kaže Kaulen, naizgled ravnodušno. Ali znam da jedva čeka da što prije krene na posao.

Pa, kraj razgovora! Iskustvo počinje!

Nekako se pokazalo da su eksperimenti sa životinjskim rodopsinom postali posebno uzbudljivi za sve nas: Dračeve, Kaulena, Ostrovskog, Kalamkarova.

To se verovatno dogodilo zato što su od prvog dana na nas padala nova zapažanja, koja je A. Dračev odmah obradio na kompjuteru, tako da se skoro svaki eksperiment, u suštini, pokazao kao mali, ali celovit naučni rad. Zatim je eksperiment trebalo ponoviti nekoliko puta, a onda barem sjesti i napisati članak.

Ali tada nismo težili ponavljanjima, nismo pisali članke, već smo provodili sve više i više novih eksperimenata, čija je ideja proizašla iz rezultata koji smo upravo dobili. Eksperiment nas je vodio, ali kuda? Vjerovali smo: razotkriti misteriju vidnog rodopsina, a samim tim i riješiti problem primarnog mehanizma vida.

Ventilator negdje u trbuhu laserske instalacije prede na jednoj noti. Kompjuter misteriozno tapka: A. Dračev i mašina vode dijalog između gluvih. Računar s vremena na vrijeme ispisuje na ekran odgovore na pitanja osobe i svoja pitanja njemu.

Kaulen pritisne dugme - laserski blic. Zasljepljujući zeleni snop jurnuo je prema ćeliji s kolodijskim filmom i diskovima. U istoj sekundi, na ekranu osciloskopa pojavila se lukava kriva: vrlo brzo dolje, zatim polako gore i vrlo polako dalje.

"Vrlo brzo" je brže od 0,2 mikrosekunde. "Sporije" - 500 mikrosekundi. “Vrlo (!) polako” - 10 milisekundi.

Dakle, ovo su tri faze fotoelektričnog efekta bakteriorodopsina!

Zaista, sličnost u odgovorima dva rodopsina je izuzetna! Tek nakon dobrog pogleda i konsultacija s kompjuterom, primjećujemo detalj koji ih razlikuje: kod životinjskog rodopsina povećanje potencijala u drugoj fazi se ispostavlja sporije nego kod bakterijskog rodopsina. Ostalo je potpuno slično.

Ispostavilo se da je slično: smjer faza (prva je suprotna drugoj i trećoj), omjer amplituda ovih faza (amplituda raste od prve faze do treće), ukupna veličina odgovor, brzina raspada potencijala, smjer kretanja naelektrisanja kroz membranu.

Svi ovi parametri su poput pasoša generatorskog proteina. Zavise od dizajna generatora. Stoga različiti proteini moraju imati različite „podatke o pasošu“. To smo uspjeli provjeriti i prije eksperimenata s vizualnim rodopsinom, kada smo proučavali komplekse hlorofil-protein fotosintetskih bakterija.

Evo indikatora koji karakterišu sistem hlorofil-protein u uslovima identičnim onima koje smo koristili za rodopsine: detektovane su samo dve jednosmerne faze rasta fotopotencijala, a prva faza (brža od 0,2 mikrosekunde) bila je mnogo veća po amplitudi od druge ( 20 mikrosekundi). Dodavanje nekih vještačkih nosača elektrona dovelo je do pojave druge faze, male amplitude, usmjerene u istom smjeru. Raspadom fotopotencijala dominirala je komponenta sa vremenom od oko 30 milisekundi. (Za rodopsine, to je sekunda.) Kao što se može vidjeti, ovi parametri su se oštro razlikovali od onih koji su otkriveni u proučavanju bakterijskih i životinjskih rodopsina.

Dakle, oba rodopsina daju fotoelektrične odgovore, čije su karakteristike ili bliske ili jednostavno iste. Budući da je funkcija bakteriorhodopsina pretvaranje svjetlosne energije u električni oblik, primamljivo je pretpostaviti da je nepoznata funkcija životinjskog rodopsina da proizvodi električnu energiju iz svjetlosti. Upravo ovu radnu hipotezu usvojili smo nakon što smo se uvjerili u sličnost „podataka iz pasoša“ dva rodopsina.

U bakterijama se električna energija proizvedena u svjetlosti koristi za sintezu ATP-a, transport jona unutar ćelije, rotaciju bakterijskih flagela, itd. Ali zašto nam je potrebna električna energija za vid?

Možda je najnevjerovatnije svojstvo vida to što ćelija štapića može biti uzbuđena jednim kvantom svjetlosti. Jasno je da tako mali dio energije može aktivirati mehanizam pobude samo ako se naredba koju daje svjetlost pomnoži.

Postoji nekoliko suprotstavljenih hipoteza o načinu širenja svjetlosnog signala. Mi smo se zaustavili na jednom od njih, takozvanom kalcijumskom. Joni kalcija akumuliraju se u fotoreceptorskim diskovima unutar ćelije štapića (vjerovatno zbog energije ATP-a). Kada kvant svjetlosti apsorbira molekul rodopsina ugrađen u membranu diska, provodljivost ove membrane za jone, posebno za kalcij, raste. Joni kalcija napuštaju disk, gdje ih ima mnogo, u citoplazmu koja okružuje disk, gdje ih je malo. Svjetlo, takoreći, pravi rupu u disku i ova vrećica kalcijuma počinje da "curi".

Budući da u disku ima mnogo kalcijevih jona, i svi oni mogu „iscuriti“ kroz jednu rupu koju je napravio kvantum svjetlosti, signal se „umnožava“: jedan kvantni izaziva oslobađanje u citoplazmu mnogi joni kalcijuma.

Sljedeća pretpostavka je da oslobođeni kalcij dolazi do vanjske membrane ćelije i zatvara natrijumove kanale prisutne u njoj. Kation Na+ prestaje da ulazi u ćeliju, što povećava elektronegativnost intracelularnog sadržaja u odnosu na međućelijsku sredinu. Ovo povećanje membranskog potencijala (minus unutar ćelije) je ekscitacija. Vijest o ovom događaju će se zatim prenijeti do završetaka optičkog živca i dalje duž živca do mozga.

Određeni aspekti ove šeme su dokazani. Dakle, poznato je da ioni kalcija akumulirani u diskovima u mraku izlaze pod utjecajem svjetlosti; da kalcijum uveden u ćeliju zatvara natrijumove kanale, izazivajući hiperpolarizaciju ćelijske membrane i ekscitaciju; da je bez kalcijuma nemoguće uzbuđenje itd.

Samo je prva faza cijelog ovog dugog lanca događaja ostala potpuno nejasna: zašto apsorpcija svjetlosnog kvanta dovodi do povećanja permeabilnosti membrane diska i da li se to događa dovoljno brzo (cijeli vizualni čin od apsorpcije kvanta do ekscitacije vidnog centra u mozgu potrebno je oko 100 milisekundi, pa se stoga svi procesi uključeni u prijenos signala moraju dogoditi za manje od 100 milisekundi)?

Neočekivano za sebe, prije svega smo dobili odgovor na drugo od postavljenih pitanja: da li se vodljivost membrane brzo povećava pod utjecajem svjetlosti?

Naši prethodnici M. Montal, W. Hagens (autor hipoteze o "kalcijumu" vida) i drugi koristili su metode mjerenja koje su bile prespore. U našim eksperimentima, pokazalo se da je stopa raspada fotopotencijala nakon laserskog bljeska brz i osjetljiv indikator provodljivosti membrane. Što je veća provodljivost, fotopotencijal se brže smanjuje, što nije iznenađujuće: membrana koja propušta vodu ne može održati razliku potencijala nakon što se generator isključi.

Eksperimenti su pokazali da je najsporije smanjenje potencijala ono dobijeno tokom prvog bljeska svjetlosti. Već druga baklja daje brži pad, a do dvanaeste, pad fotopotencijala se ubrzava za oko stotinu puta. I ovdje se pokazalo da se ovaj efekat (ubrzanje opadanja) razvija u vremenskom periodu kraćem od 100 milisekundi. Stoga, povećanje provodljivosti zaista može učestvovati u glavnom lancu događaja procesa vizije.

Zanimljivo je da je ubrzanje pada fotopotencijala otkriveno zahvaljujući kompjuteru. Ponovljeni bljeskovi uvelike smanjuju amplitudu fotopotencijala (sa svakim sljedećim bljeskom, sve veći udio rodopsina postaje izbijeljen, odnosno izbačen iz igre). Možda nismo primijetili ubrzanje pada na pozadini naglog smanjenja amplitude samog efekta, pogotovo jer u početku niko nije razmišljao o analizi dinamike pada: sva je pažnja bila usmjerena na učinak same potencijalne generacije .

A. Drachev, pokušavajući različite opcije za izračunavanje fotoelektričnog efekta, jednom je zatražio od mašine da normalizuje električne reakcije rodopsina njihovom amplitudom. I odmah je otkriveno da se sa svakom sljedećom epidemijom opadanje potencijala ubrzavalo.

Dakle, dvije su nove činjenice bile evidentne: jedno aktiviranje rodopsina dovodi, prvo, do stvaranja razlike potencijala na membrani diska i, drugo, do vrlo brzog povećanja permeabilnosti iste membrane.

Drugi od ovih efekata nije ništa drugo do narušavanje barijere koja drži jone kalcijuma unutar diska. Oslobađanje kalcijuma iz diska u citoplazmu je, prema hipotezi o „kalcijumu“, jedna od faza vizuelnog čina. Ali zašto se propusnost povećava i šta znači prvi efekat - stvaranje razlike potencijala?

Šta ako je prva posljedica uzrok, a druga posljedica? Uostalom, postoje slučajevi kada razlika potencijala na membrani kontrolira njenu propusnost, otvarajući jonske kanale. Upravo tako djeluju električno pobuđene membrane (na primjer, membrana nervnog vlakna - akson). Postoji još jedna vrsta membrane - hemijski ekscitabilna, kada se ionski kanali otvaraju pod uticajem posebnih hemijskih jedinjenja - medijatora. Primjer ove vrste bi bila membrana nervnog završetka.

Dakle, možda disk membrana spada u klasu električno pobuđivih? Tada se tajanstvena funkcija životinjskog rodopsina ne razlikuje od već poznate funkcije bakteriorhodopsina: to je proizvodnja električne energije zahvaljujući svjetlosti. Razlika između ova dva sistema biće samo u daljoj sudbini električne energije koju dobijaju rodopsini. Kod bakterija se razlika potencijala stvorena svjetlom koristi za sintezu ATP-a i osiguravanje drugih vrsta ćelijskog rada, a kod fotoreceptorskih diskova ta razlika potencijala otvara neku vrstu kapije u membrani, kroz koja ioni kalcija potom izlaze iz diska.

Jesmo li zaista sastavili kraj s krajem? Da, sada, očigledno, možemo objasniti sve glavne okolnosti slučaja.

Jasno je zašto su dva rodopsina toliko slična: na kraju krajeva, imaju zajedničku funkciju! Ili zašto kalcijum izlazi iz diskova na svetlosti: polje formirano od rodopsina preseca put ovom jonu u membrani. Jasno je i koji je bio razlog za neuspjehe naših prethodnika: dok su „podaci o pasošu“ generatora rodopsina ostali nepoznati, nije bilo razloga da se vizualnom rodopsinu pripiše funkcija koja je identificirana za bakterijski rodopsin.

ko će me uhvatiti...

Ali rani receptorski potencijal ćelija retine (RRP) otkriven je čak i prije otkrića bakteriorhodopsina, i bilo je osnova da se ovaj RRP pripiše rodopsinu. Pa zašto su fiziolozi oklevali da klasifikuju membranu fotoreceptora kao električno pobuđivu?

Danas možemo odgovoriti na ovo pitanje. Kvaka je bila u maloj vrijednosti fotopotencijala. RPP, čak i pri jakom osvjetljenju, nije prelazio nekoliko milivolti. Ali jedan kvant svjetlosti dovoljan je za uzbuđenje. Proračuni pokazuju da čak i ako svu energiju ovog kvanta pretvorimo u električnu energiju, razlika potencijala na membrani diska neće prelaziti 10 mikrovolti, pod pretpostavkom da je delokalizirana po cijelom disku. Ovo je mali iznos ako želite da postignete nešto korisno.

Ali ko je rekao da se potencijal rodopsina prvo delokalizuje, širi po celom disku, a zatim radi? Zašto ne raditi s lokalnim poljem koje nastaje na mjestu u membrani gdje je rodopsin prenosio naboj preko membrane?

Isti izračun za lokalno polje daje ogromnu vrijednost - oko 2 volta. Čak i ako uzmemo efikasnost generatora rodopsina samo 10 posto, lokalno polje će biti oko 200 milivolti. Ova razlika potencijala je više nego dovoljna da se otvori kalcijumski kanal, posebno ako je sadržan u samom molekulu rodopsina.

Jedini uslov za mehanizam koji koristi lokalno polje je brzina: mora raditi prije nego što se polje proširi preko diska. Kako postići maksimalan učinak? Morate imati spremnu nekakvu ne previše komplikovanu spravu koja će adekvatno reagovati na izgled terena.

Šta je lakše: kreirati određeni kanal ili probiti barijeru? Naravno, drugi. Razbijanje nije gradnja.

Naša hipoteza je da polje koje stvara molekul rodopsina uzrokuje električni kvar na samom mjestu membrane gdje se nalazi ovaj molekul. Slom znači povećanu propusnost membrane. Upravo ovaj efekat dovodi do odliva kalcijevih jona iz diska.

Zanimljivo je kako priroda žrtvuje manje aspekte da bi riješila glavni problem. Fotorecepcija je jedan od najosetljivijih i najbržih sistema u telu. Reaguje na tako slab uticaj kao što je apsorpcija jednog kvanta svetlosti, a primarni odgovor na svetlost se razvija u rekordnom vremenu. A ove dvije vodeće karakteristike: osjetljivost i brzina - žrtvuju druge parametre mehanizma, koji se ispostavljaju manje savršenim u odnosu na druge uređaje ovog tipa.

Dakle, vodljivost membrane koja se javlja na svjetlosti nije selektivna za jone kalcija, što je razumljivo ako govorimo o tako velikom oštećenju membranske barijere kao što je električni slom. Istovremeno, jonski kanali konvencionalnih ekscitabilnih membrana su selektivni, odnosno vrlo su izbirljivi u pogledu tipa jona koji se kreće kroz membranu. Za fotoreceptorski disk takav promiskuitet nije problem, jer je kalcij jedini tip jona koji se akumulira unutar diska.

Još jedan primjer iste vrste. Nakon što je jednom djelovao, životinjski rodopsin gubi svoj hromofor, retinu, i zbog toga privremeno ne uspijeva. Za naknadnu regeneraciju funkcionalnog rodopsina potreban je poseban enzimski sistem. Poređenja radi, prisjetimo se bakteriorhodopsina, kod kojeg se reverzna izomerizacija retine javlja spontano, tako da protein nikada ne gubi svoj hromofor.

I opet, kao iu slučaju ionske selektivnosti, ova nesavršenost se ispostavlja beznačajnom da bi vidni rodopsin obavljao svoju glavnu funkciju. Vjerovatnoća da drugi kvant svjetlosti udari u isti molekul rodopsina je toliko mala da složeni mehanizam regeneracije aktivnog rodopsina, općenito, ne bi trebao značajno otežati rad fotoreceptorske stanice u prirodnim uvjetima našeg života.

Jedino ograničenje je da ne treba dugo gledati direktno u sunce, inače će rodopsin promijeniti boju i doći će do trenutnog gubitka vida. Ali postavlja se pitanje koji je razlog da dugo buljimo u našu svjetiljku i da li je veliki problem ako rodopsin za to nije prilagođen?

Da, čini se da sve ide u prilog hipotezi da se bakterijski i životinjski rodopsin razlikuju samo u manjim aspektima i da su slični u glavnom, igrajući u principu istu ulogu kao fotoelektrični pretvarači energije.

„Za eksperimentatora... mnogo je isplativije raditi sa lošim hipotezama nego bez hipoteza uopšte, kada se ne zna šta treba testirati“, napisao je naš poznati biolog N. Kolcov.

Ako nam je hipoteza pomogla u praksi, zahvalni smo joj. Ali ne treba dozvoliti da se osjećaj zahvalnosti, koji je općenito sasvim opravdan, razvije u slijepu vezanost.

Ovdje se možemo prisjetiti jedne drevne hinduističke bajke, koju je za nas vaskrsao E. Rucker u svom članku o historiji bioenergije. Jednog dana lav je napao čoveka. Bježeći od njega, muškarac je pojurio do rijeke i uskočio u čamac koji se zatekao blizu obale. Tada je bio toliko zahvalan ovom čamcu da ga je nosio na leđima do kraja života.

Hipoteza funkcioniše ako se njena predviđanja ostvare. Do sada se dokazao “električni” model rodopsina. Šta će biti dalje?..

Vladimire Petroviču, počnimo! - flegmatično kaže Kaulen, gledajući u moju kancelariju.

Vrijeme je! Danas radimo sledeći eksperiment...