Rhodopsin je sestavljen iz. Vloga vidnega analizatorja v življenju živali

Rhodopsin(zastarelo, a še vedno uporabljeno ime je vizualno vijolična) - glavni vizualni pigment. Vsebuje ga retinalne palice morskih nevretenčarjev, rib, skoraj vseh kopenskih vretenčarjev in ljudi. Nanaša se na kompleksne beljakovine - kromoproteine. Proteinske modifikacije, značilne za različne biološke vrste, se lahko zelo razlikujejo po strukturi in molekulski masi.

Funkcije rodopsina

Pod vplivom svetlobe se fotosenzitivni vidni pigment spremeni in eden od vmesnih produktov njegove transformacije je neposredno odgovoren za pojav vidne stimulacije. Vidni pigmenti, ki jih vsebuje zunanji segment fotoreceptorske celice, so kompleksne obarvane beljakovine (kromoproteini). Njihov del, ki absorbira vidno svetlobo, imenujemo kromofor. Ta kemična spojina je aldehid vitamina A ali retinal. Beljakovina v vidnih pigmentih, s katerimi je povezana mrežnica, se imenuje opsin.

Rhodopsin spada v superdružino transmembranskih receptorjev GPCR (G protein-coupled receptor). Ko se svetloba absorbira, se konformacija proteinskega dela rodopsina spremeni in aktivira G-protein transducin, ki aktivira encim cGMP fosfodiesterazo. Zaradi aktivacije tega encima se koncentracija cGMP v celici zmanjša in od cGMP odvisni natrijevi kanali se zaprejo. Ker ATP-aza nenehno črpa natrijeve ione iz celice, koncentracija natrijevih ionov v celici pade, kar povzroči njeno hiperpolarizacijo. Posledično fotoreceptor sprosti manj inhibitornega prenašalca glutamata in živčni impulzi nastanejo v bipolarni živčni celici, ki je "dezinhibirana".

Absorpcijski spekter rodopsina

Datoteka: Rodopsin.GIF

riž. Slika 1. Absorpcijski spekter rodopsina iz žabe Rana temporaria v ekstraktu digitonina. V vidnem (500 nm) in ultravijoličnem (280 nm) območju sta vidna dva absorpcijska maksimuma. 1 - rodopsin (obnovljen pigment); 2 - rumeni indikator (razbarvan pigment). Na abscisni osi je valovna dolžina (λ); po ordinati - optična gostota (D).

Specifični absorpcijski spekter vizualnega pigmenta je določen tako z lastnostmi kromoforja in opsina kot tudi z naravo kemične vezi med njima (za več podrobnosti glejte pregled:). Ta spekter ima dva maksimuma - enega v ultravijoličnem območju (278 nm), zaradi opsina, in drugega v vidnem območju (približno 500 nm), - absorpcija kromoforja Sl. 1. Pretvorba vidnega pigmenta pod delovanjem svetlobe v končni stabilen produkt je sestavljena iz številnih zelo hitrih vmesnih stopenj. S preučevanjem absorpcijskih spektrov vmesnih produktov v ekstraktih rodopsina pri nizkih temperaturah, pri katerih so ti produkti stabilni, je bilo mogoče podrobno opisati celoten proces beljenja vizualnega pigmenta.

V živem očesu poleg razgradnje vidnega pigmenta seveda nenehno poteka tudi proces njegove regeneracije (resinteze). Med prilagoditvijo na temo se ta proces konča šele, ko se ves prosti opsin združi z mrežnico.

Dnevni in nočni vid

Iz absorpcijskih spektrov rodopsina je razvidno, da je zmanjšan rodopsin (pri šibki "mračni" osvetlitvi) odgovoren za nočni vid, med dnevnim "barvnim vidom" (močna svetloba) pa se razgradi in maksimum njegove občutljivosti premakne v modro območje. . Pri zadostni osvetlitvi palica deluje skupaj s stožcem in je sprejemnik modrega območja spektra. . Popolna obnova rodopsina pri ljudeh traja približno 30 minut.

Rodopsin in vid

Laboratorij je potopljen v temo. Le v dveh kotih velike sobe, obložene s policami z inštrumenti, svetijo z bledo rdečo svetlobo lampijoni, ki bi jih pogosteje videli v fotografski sobi. Ko se navadiš na temo, začneš razlikovati obraze ljudi, osvetljene z zelenkasto utripajočo svetlobo, ki teče iz zaslonov osciloskopov in računalniških zaslonov. Poteka poskus na vizualnem rodopsinu.

Ja, nekoč smo morali priti do tega problema. Navsezadnje, če je bilo bakteriorodopsinu vloženega toliko truda, potem obstaja velika skušnjava, da bi enako opremo uporabili za njegov živalski dvojnik, še posebej, ker je z njim povezana ena najstarejših in najbolj neverjetnih skrivnosti fiziologije.

Živalski rodopsin je bil odkrit sto let prej kot bakterijski rodopsin. Pa vendar do danes o njegovi funkciji še marsikaj ne vemo. Ali torej ni vredno primerjati obeh rodopsinov, saj je funkcija bakterijske beljakovine trdno uveljavljena?

Toda kaj imata lahko skupnega generator toka protona 4 v membrani halofilnih bakterij in vizualna vijoličasta barva v mrežnici?

Oba rodopsina loči ogromna razdalja. Pa vendar se izkaže, da sta si zelo podobna! Tu so glavne značilnosti te podobnosti. Oba proteina se ukvarjata s svetlobo, oba absorbirata to svetlobo z retinalom, ki je na protein pritrjen preko aldimina. Ta aldimin se v obeh primerih v temi protonira in pod vplivom svetlobnega kvanta deprotonira, kar povzroči izomerizacijo retinala. Poleg tega sta oba membranska proteina, zapakirana tako, da oba konca polipeptidne verige štrlita na nasprotnih straneh membrane. Polipeptidne verige obeh rodopsinov vsebujejo veliko število spiralnih regij.

Rodopsin in vid

Izkazalo se je, da sta živalski in bakterijski rodopsin pravzaprav dvojčka! Kako to uskladiti z dejstvom, da prvi sodeluje pri vidu živali, drugi pa pri oskrbi bakterij z energijo? Seveda se zgodi, da si dvojčki izberejo različne poklice. To pa se lahko zgodi le pod pritiskom ekstremnih življenjskih okoliščin, menijo strokovnjaki iz raziskovalnega centra Twin v Minnesoti. Običajno se dvojčki posvečajo podobnim področjem dejavnosti.

Torej je morda vizualni rodopsin fotoelektrični generator kot bakteriorhodopsin?

Na prvi pogled se lahko takšna ideja zdi nenavadna iz enega preprostega razloga: vizualni rodopsin, ki absorbira kvant, se sproži samo enkrat. Za razliko od bakterijskega rodopsina se nepopravljivo obarva, ko je izpostavljen svetlobi, izgubi svoj mrežnični ostanek, ki se sprosti v vodo. Regeneracija obarvanega rodopsina traja nekaj minut in je zato ni mogoče primerjati s ciklom bakteriorodopsina, merjenega v milisekundah. Jasno je, da živalski rodopsin, v nasprotju z bakterijskim, ne more ustvariti stabilnega toka.

In vendar je neke vrste fotoelektrična aktivnost lastna tudi vidnemu rodopsinu. Že leta 1964 sta K. Brown in M. Murakami opisala zelo hiter dvofazni premik potencialne razlike na membrani fotoreceptorske celice mrežnice ob prižigu svetlobe. Prva faza se je zgodila v času, krajšem od mikrosekunde, in jo je bilo mogoče povezati le s prvim udeležencem fotoreceptorskega sistema, to je z rodopsinom. Druga faza se je razvila v milisekundni lestvici. Usmerjen je bil nasprotno od prve faze. Fiziologi učinku (imenovali so ga zgodnji receptorski potencial, skrajšano RRP) niso pripisovali velikega pomena zaradi majhne amplitude: tudi pri močni osvetlitvi potencial ni presegel dveh do treh milivoltov.

Zanimanje za RRP se je ponovno pojavilo, ko je bilo dokazano, da je funkcija bakteriorhodopsina ustvarjanje potenciala in toka. Leta 1977 je M. Montal poročal o fotoelektričnem učinku pri obsevanju teflonskega filma, prevlečenega z živalskim rodopsinom. Potencial je bil še majhen.

Istočasno in neodvisno so M. Ostrovsky in njegovi sodelavci z Inštituta za kemijsko fiziko v Moskvi poskušali uporabiti našo metodo, s katero smo zabeležili električni fotoodziv bakteriorhodopsina, na živalski rodopsin. Porozni filter smo impregnirali z raztopino fosfolipidov, nato pa smo na eni strani dodali fotoreceptorske diske - ploščate membranske vezikle, ki polnijo paličaste celice mrežnice. V membrani diskov je koncentrirana večina zalog rodopsina. V prisotnosti kalcijevih ionov smo diske prilepili na filter, nato pa smo prižgali luč.

Kot so pokazale meritve, je v takem sistemu mogoče doseči pomemben fotoelektrični učinek (okoli 20 milivoltov). Res je, potencial je sčasoma hitro padel in nekaj sekund po vklopu luči popolnoma izginil. Toda takšna dinamika na splošno ni presenetljiva, glede na to, da se rodopsin na svetlobi nepopravljivo obarva.

Na žalost samo dejstvo generiranja potencialne razlike pod vplivom svetlobe, ki jo absorbira protein, še ne zadostuje za sklep, da je funkcija tega proteina reducirana na pretvarjanje svetlobne energije v električno. Ameriški biofizik X. Tien je na primer opisal fotoelektrični učinek pri obsevanju z ultravijoličnim sevanjem ploščate fosfolipidne membrane, ki je absorbirala kimotripsin, prebavni encim, ki nima nobene zveze s procesi pretvorbe svetlobne energije, čeprav le zato, ker deluje v celoti. tema – v črevesju.

Očitno je svetloba povzročila gibanje nekaterih nabitih skupin v molekuli kimotripsina, kar je povzročilo nastanek potenciala.

Tovrstni fotoefekti nastanejo ob prižigu luči in med osvetljevanjem hitro izginejo, saj v sistemu ni pravega prenosa naboja skozi membrano in ustvarjanja enosmernega toka. Ni presenetljivo, da je bil fotoelektrični učinek v Tienovih poskusih s kimotripsinom majhen, le nekaj milivoltov.

V poskusih Ostrovskega je bil električni odziv rodopsina na osvetlitev večkrat večji od odziva Thiena. Pa vendar je nevarnost artefakta »a la Tien« ostala.

Da bi razumeli to zadevo, smo se odločili preučiti dinamiko potencialne tvorbe vizualnega rodopsina pod enakimi pogoji, kot so bili uporabljeni za bakteriorodopsin.

Poskus je trajal dva dni. Začelo se je v laboratoriju M. Ostrovskega, kamor so zjutraj iz mesnopredelovalnice pripeljali šestdeset očes sveže zaklanih bikov. Iz oči so izrezali mrežnico, ločili zunanje segmente paličastih celic in iz teh segmentov pridobili fotoreceptorske diske, v membrani katerih je bil lokaliziran rodopsin. Vse to je trajalo en dan. Naslednje jutro se je v našem laboratoriju pojavil energičen črnobradi moški s kovčkom. Njegov prihod smo vedno pozdravili z navdušenjem.

Griša Kalamkarov! Z diski! - prvi, ki je prišel nasproti moškemu s kovčkom, je kričal na hodniku.

Prihod Kalamkarova je pomenil, da bo poskus izveden. Njegovi udeleženci so se zbrali v sobi 434: L. in A. Drachev, A. Kaulen.

Najprej so bila okna tesno zastrta in prižgane rdeče luči. Rhodopsin se boji bele svetlobe. Dovolj je, da diske enkrat osvetlite - in celotne izkušnje ni več! Zato delo z živalskim rodopsinom navzven spominja na nekakšen zakrament, ki se izvaja v rdečem mraku. Rdeče svetlobe rodopsin ne absorbira in je zato varna zanj.

Kaulen doda suspenzijo diskov v celico, razdeljeno na dva dela s kolodijevim filmom, ki je bil predhodno impregniran z raztopino fosfolipida v dekanu. Sledita dve uri mučnega čakanja: po naključju naleteli na kolodijev film, se diski nanj prilepijo. Počakati morate, da je celotna površina filma prekrita s plastjo diskov.

In končno se na vratih moje pisarne pojavi zajetna postava Kaulena. Dolgo sem čakal na ta trenutek in gledal na uro: nepotrpežljivost do izkušnje mi preprečuje, da bi sogovornika, ki udobno sedi nasproti mene, očitno dolgo poslušal.

Vladimir Petrovič, začnimo,« reče Kaulen na videz ravnodušno. Vem pa, da komaj čaka, da se čim prej loti posla.

No, konec pogovora! Doživetje se začne!

Nekako se je izkazalo, da so poskusi z živalskim rodopsinom postali še posebej vznemirljivi za vse nas: Dračeve, Kaulenove, Ostrovske, Kalamkarove.

To se je verjetno zgodilo zato, ker so že prvi dan na nas deževala nova opažanja, ki jih je A. Drachev takoj računalniško obdelal, tako da je skoraj vsak poskus v bistvu izpadel kot majhno, a popolno znanstveno delo. Potem je bilo treba poskus večkrat ponoviti, potem pa se vsaj usesti in napisati članek.

Toda takrat nismo težili k ponovitvam, nismo pisali člankov, ampak smo izvajali vedno več novih poskusov, katerih ideja je izhajala iz pravkar pridobljenega rezultata. Poskus nas je vodil, a kam? Verjeli smo: razvozlati skrivnost vidnega rodopsina in s tem rešiti problem primarnega mehanizma vida.

Ventilator nekje v trebuhu laserske instalacije prede z eno noto. Računalnik skrivnostno prisluškuje: A. Drachev in stroj vodita dialog med gluhima. Računalnik od časa do časa na zaslon natisne odgovore na vprašanja osebe in svoja vprašanja zanj.

Kaulen pritisne na gumb - laserski blisk. Slepeči zeleni žarek je švignil proti celici s kolodijevim filmom in diski. V isti sekundi se je na zaslonu osciloskopa pojavila zapletena krivulja: zelo hitro navzdol, nato počasi navzgor in zelo počasi še navzgor.

"Zelo hitro" je hitrejše od 0,2 mikrosekunde. "Počasneje" - 500 mikrosekund. "Zelo (!) počasi" - 10 milisekund.

To so torej tri faze fotoelektričnega učinka bakteriorodopsina!

Res, podobnost v odzivih obeh rodopsinov je izjemna! Šele po natančnem ogledu in posvetu z računalnikom opazimo podrobnost, ki ju razlikuje: pri živalskem rodopsinu se izkaže, da je povečanje potenciala v drugi fazi počasnejše kot pri bakterijskem rodopsinu. Ostalo je povsem podobno.

Podobni so se izkazali: smer faz (prva je nasprotna drugi in tretji), razmerje amplitud teh faz (amplituda narašča od prve do tretje faze), skupna velikost odziv, hitrost upadanja potenciala, smer gibanja nabojev skozi membrano.

Vsi ti parametri so kot potni list generatorja beljakovin. Odvisni so od zasnove generatorja. Zato morajo imeti različni proteini različne "podatke o potnem listu". To smo lahko preverili že pred poskusi z vizualnim rodopsinom, ko smo preučevali klorofilno-proteinske komplekse fotosintetskih bakterij.

Tukaj so indikatorji, ki so označevali sistem klorofil-protein pod pogoji, ki so enaki tistim, ki smo jih uporabili za rodopsine: zaznani smo bili le dve enosmerni fazi rasti fotopotenciala in prva faza (hitrejša od 0,2 mikrosekunde) je bila po amplitudi veliko večja od druge ( 20 mikrosekund). Dodatek nekaterih umetnih nosilcev elektronov je povzročil pojav druge faze, majhne amplitude, usmerjene v isto smer. Pri upadu fotopotenciala je prevladovala komponenta s časom približno 30 milisekund. (Za rodopsine je to sekunda.) Kot je razvidno, so se ti parametri močno razlikovali od tistih, ki so jih odkrili pri študiji bakterijskih in živalskih rodopsinov.

Tako oba rodopsina dajeta fotoelektrične odzive, katerih lastnosti so si bodisi podobne ali preprosto enake. Ker je funkcija bakteriorodopsina pretvarjanje svetlobne energije v električno obliko, je mamljivo domnevati, da je neznana funkcija živalskega rodopsina tudi proizvajanje elektrike iz svetlobe. Točno to delovno hipotezo smo sprejeli, potem ko smo se prepričali o podobnosti »podatkov o potnem listu« obeh rodopsinov.

V bakterijah se električna energija, ki nastaja v svetlobi, uporablja za sintezo ATP, transport ionov znotraj celice, vrtenje bakterijskih bičkov itd. Toda zakaj potrebujemo elektriko za vid?

Morda najbolj neverjetna lastnost vida je, da lahko paličasto celico vzbudi en sam kvant svetlobe. Jasno je, da lahko tako majhen delež energije aktivira mehanizem vzbujanja le, če se ukaz, ki ga daje svetloba, pomnoži.

Obstaja več konkurenčnih hipotez o načinu širjenja svetlobnega signala. Odločili smo se za eno od njih, tako imenovano kalcijevo. Kalcijevi ioni se kopičijo v fotoreceptorskih diskih znotraj paličaste celice (verjetno zaradi energije ATP). Ko molekula rodopsina, vgrajena v membrano diska, absorbira kvant svetlobe, se prevodnost te membrane za ione, zlasti za kalcij, poveča. Kalcijevi ioni zapustijo disk, kjer jih je veliko, v citoplazmo, ki obdaja disk, kjer jih je malo. Svetloba tako rekoč naredi luknjo v disku in ta vrečka kalcija začne "puščati".

Ker je na disku veliko kalcijevih ionov in vsi lahko "uhajajo" skozi eno samo luknjo, ki jo naredi svetlobni kvant, se signal "pomnoži": eno kvantno povzroči sproščanje v citoplazmo veliko kalcijevi ioni.

Naslednja predpostavka je, da sproščeni kalcij doseže zunanjo membrano celice in zapre v njej prisotne natrijeve kanalčke. Kation Na+ preneha vstopati v celico, kar poveča elektronegativnost znotrajcelične vsebine glede na medcelično okolje. To povečanje membranskega potenciala (minus znotraj celice) je vzbujanje. Novica o tem dogodku se nato prenese do končičev vidnega živca in naprej po živcu do možganov.

Nekateri vidiki te sheme so bili dokazani. Tako je znano, da kalcijevi ioni, nakopičeni v diskih v temi, izstopijo pod vplivom svetlobe; da kalcij, vnesen v celico, zapre natrijeve kanalčke, kar povzroči hiperpolarizacijo celične membrane in ekscitacijo; da je brez kalcija vzbujanje nemogoče itd.

Le prva stopnja celotne te dolge verige dogodkov je ostala popolnoma nejasna: zakaj absorpcija svetlobnega kvanta povzroči povečanje prepustnosti membrane diska in ali se to zgodi dovolj hitro (celoten vizualni akt od absorpcije kvanta do vzbujanja vidnega centra v možganih traja približno 100 milisekund, zato se morajo vsi procesi, vključeni v prenos signala, zgoditi v manj kot 100 milisekundah)?

Nepričakovano zase smo najprej dobili odgovor na drugo od zastavljenih vprašanj: ali se prevodnost membrane pod vplivom svetlobe hitro poveča?

Naši predhodniki M. Montal, W. Hagens (avtor »kalcijeve« hipoteze o vidu) in drugi so uporabljali prepočasne merilne metode. V naših poskusih se je hitrost upadanja fotopotenciala po laserski bliskavici izkazala za hiter in občutljiv indikator prevodnosti membrane. Večja kot je prevodnost, hitreje se zmanjša fotopotencial, kar ni presenetljivo: "puščajoča" membrana ne more vzdrževati potencialne razlike po izklopu generatorja.

Poskusi so pokazali, da se potencial najpočasneje zmanjšuje pri prvem blisku svetlobe. Že drugi izbruh daje hitrejši upad, do dvanajstega pa se upad fotopotenciala pospeši za približno stokrat. In tukaj se je izkazalo, da se ta učinek (pospešek upadanja) razvije v času, krajšem od 100 milisekund. Zato lahko povečanje prevodnosti dejansko sodeluje v glavni verigi dogodkov v procesu vida.

Zanimivo je, da so pospešek upadanja fotopotenciala odkrili po zaslugi računalnika. Ponavljajoči se bliski močno zmanjšajo amplitudo fotopotenciala (z vsakim naslednjim bliskom se vse večji delež rodopsina pobeli, torej izloči iz igre). Morda nismo opazili pospeševanja upada v ozadju močnega zmanjšanja amplitude samega učinka, še posebej, ker sprva nihče ni razmišljal o analizi dinamike upadanja: vsa pozornost je bila osredotočena na učinek same potencialne generacije .

A. Drachev, ki je preizkušal različne možnosti za izračun fotoelektričnega učinka, je nekoč prosil stroj, naj normalizira električne odzive rodopsina glede na njihovo amplitudo. In takoj se je ugotovilo, da se z vsakim naslednjim izbruhom potencial pospešuje.

Tako sta bili očitni dve novi dejstvi: ena sama aktivacija rodopsina vodi, prvič, do generiranja potencialne razlike na membrani diska in, drugič, do zelo hitrega povečanja prepustnosti iste membrane.

Drugi od teh učinkov ni nič drugega kot prekinitev pregrade, ki zadržuje kalcijeve ione znotraj diska. Sproščanje kalcija iz diska v citoplazmo je po "kalcijevi" hipotezi ena od stopenj vizualnega akta. Toda zakaj se poveča prepustnost in kaj pomeni prvi učinek - nastanek potencialne razlike?

Kaj pa, če je prva posledica vzrok, druga pa posledica? Navsezadnje obstajajo primeri, ko potencialna razlika na membrani nadzoruje njeno prepustnost in odpira ionske kanale. Natančno tako delujejo električno vzdražne membrane (npr. membrana živčnega vlakna - akson). Obstaja še ena vrsta membrane - kemično vzdražljiva, ko se ionski kanali odprejo pod vplivom posebnih kemičnih spojin - mediatorjev. Primer te vrste bi bila membrana živčnega končiča.

Torej, morda membrana diska spada v razred električno vzburljivih? Potem se skrivnostna funkcija živalskega rodopsina ne razlikuje od že znane funkcije bakteriorodopsina: gre za proizvodnjo elektrike zaradi svetlobe. Razlika med obema sistemoma bo le v nadaljnji usodi električne energije, ki jo prejemajo rodopsini. Pri bakterijah se potencialna razlika, ki jo ustvari svetloba, uporablja za sintezo ATP in zagotavljanje drugih vrst celičnega dela, pri fotoreceptorskih diskih pa ta potencialna razlika odpre nekakšna vrata v membrani, skozi katera nato kalcijevi ioni zapustijo disk.

Sva res sšla konec s koncem? Da, zdaj očitno lahko razložimo vse glavne okoliščine primera.

Jasno je, zakaj sta si rodopsina tako podobna: navsezadnje imata skupno funkcijo! Ali zakaj kalcij prihaja iz diskov na svetlobi: polje, ki ga tvori rodopsin, reže pot temu ionu v membrani. Jasno je tudi, kaj je bil razlog za neuspehe naših predhodnikov: medtem ko so "podatki o potnem listu" generatorjev rodopsina ostali neznani, ni bilo razloga, da bi vizualnemu rodopsinu pripisali funkcijo, ki je bila ugotovljena za bakterijski rodopsin.

Kdo me bo dobil ...

Toda zgodnji receptorski potencial celic mrežnice (RRP) je bil odkrit še pred odkritjem bakteriorhodopsina in obstajala je podlaga za pripisovanje tega RRP rodopsinu. Zakaj so torej fiziologi oklevali, da bi fotoreceptorsko membrano razvrstili kot električno vzburljivo?

Danes lahko odgovorimo na to vprašanje. Ulov je bil v majhni vrednosti fotopotenciala. RPP tudi pri močni svetlobi ni presegel nekaj milivoltov. Toda en kvant svetlobe je dovolj za vznemirjenje. Izračuni kažejo, da tudi če vso energijo tega kvanta pretvorimo v elektriko, potencialna razlika na membrani diska ne bo presegla 10 mikrovoltov, ob predpostavki, da je delokalizirana po disku. To je majhen znesek, če želite doseči nekaj koristnega.

Toda kdo je rekel, da se potencial rodopsina najprej delokalizira, razširi po celotnem disku in nato deluje? Zakaj ne bi delali z lokalnim poljem, ki se pojavi na točki v membrani, kjer je rodopsin prenesel naboj čez membrano?

Isti izračun za lokalno polje daje ogromno vrednost - približno 2 volta. Tudi če vzamemo učinkovitost generatorja rodopsina le za 10 odstotkov, bo lokalno polje približno 200 milivoltov. Ta potencialna razlika je več kot dovolj za odprtje kalcijevega kanala, še posebej, če je vsebovana v sami molekuli rodopsina.

Edini pogoj za mehanizem, ki uporablja lokalno polje, je hitrost: delovati mora, preden se polje razširi po disku. Kako doseči maksimalno učinkovitost? Imeti morate pripravljeno kakšno ne preveč zapleteno napravo, ki se bo primerno odzivala na videz polja.

Kaj je lažje: ustvariti določen kanal ali prebiti oviro? Seveda, drugo. Razbijanje ni gradnja.

Naša hipoteza je, da polje, ki ga ustvari molekula rodopsina, povzroči električni razpad na samem mestu membrane, kjer se nahaja ta molekula. Razpad pomeni povečano prepustnost membrane. Ta učinek vodi do odtoka kalcijevih ionov iz diska.

Zanimivo je, kako narava žrtvuje manjše vidike, da bi rešila glavni problem. Fotorecepcija je eden najobčutljivejših in najhitrejših sistemov v telesu. Odziva se na tako šibek vpliv, kot je absorpcija enega kvanta svetlobe, primarni odziv na svetlobo pa se razvije v rekordnem času. In ti dve vodilni lastnosti: občutljivost in hitrost - žrtvujeta druge parametre mehanizma, ki se izkažejo za manj popolne v primerjavi z drugimi napravami te vrste.

Tako membranska prevodnost, ki se pojavi v svetlobi, ni selektivna za kalcijeve ione, kar je razumljivo, če govorimo o tako veliki poškodbi membranske pregrade, kot je električni preboj. Hkrati so ionski kanali običajnih vzdražljivih membran selektivni, kar pomeni, da so zelo izbirčni glede vrste ionov, ki se premikajo skozi membrano. Za fotoreceptorski disk takšna promiskuitetnost ni problem, saj je kalcij edina vrsta ionov, ki se kopičijo znotraj diska.

Še en primer iste vrste. Živalski rodopsin po enkratnem delovanju izgubi svoj kromofor, retinal, in tako začasno odpove. Za kasnejšo regeneracijo funkcionalnega rodopsina je potreben poseben encimski sistem. Za primerjavo spomnimo na bakteriorodopsin, pri katerem spontano pride do reverzne izomerizacije retinala, tako da protein nikoli ne izgubi kromoforja.

In spet, tako kot v primeru ionske selektivnosti, se ta nepopolnost izkaže za nepomembno, da vizualni rodopsin opravlja svojo glavno funkcijo. Verjetnost, da drugi kvant svetlobe zadene isto molekulo rodopsina, je tako majhna, da zapleten mehanizem regeneracije aktivnega rodopsina na splošno ne bi smel bistveno otežiti dela fotoreceptorske celice v naravnih pogojih našega življenja.

Edina omejitev je, da ne smete dlje časa gledati neposredno v sonce, sicer se bo rodopsin razbarval in prišlo bo do trenutne izgube vida. Vprašanje pa je, kaj je razlog za dolgotrajno strmenje v naše svetilo in ali je velik problem, če rodopsin za to ni prilagojen?

Da, vse kaže v prid hipoteze, da se bakterijski in živalski rodopsin razlikujeta le v manjših vidikih in sta si v glavnem podobna ter načeloma igrata enako vlogo kot fotoelektrični pretvorniki energije.

"Za eksperimentatorja ... je veliko bolj donosno delati s slabimi hipotezami kot brez hipotez, ko ni znano, kaj je treba preizkusiti," je zapisal naš slavni biolog N. Koltsov.

Če nam je hipoteza pomagala v praksi, smo ji hvaležni. Ne smemo pa dovoliti, da se občutek hvaležnosti, ki je na splošno povsem upravičen, razvije v slepo navezanost.

Tu se lahko spomnimo starodavne hindujske pravljice, ki nam jo je obudil E. Rucker v svojem članku o zgodovini bioenergije. Nekega dne je lev napadel človeka. Ko je bežal pred njim, je moški planil v reko in skočil v čoln, ki se je slučajno znašel blizu obale. Temu čolnu je bil potem tako hvaležen, da ga je do konca življenja nosil na hrbtu.

Hipoteza deluje, če se njene napovedi uresničijo. Doslej se je "električni" model rodopsina izkazal. Kaj bo potem?..

Vladimir Petrovič, začnimo! - reče Kaulen flegmatično in pogleda v mojo pisarno.

Čas je! Danes delamo naslednji poskus...