Элементы квантовой биофизики

Фоторецепторная система глаза – сетчатка – многослойная структура, наружные слои которой образованы нервными клетками, а внутренние – фоторецепторными клетками и пигментным эпителием.
Фоторецепторные клетки 2-х типов: палочки и колбочки.


Палочки:

• 
  чёрно-белое (серое, ахроматическое) зрение
  
• 
  сумеречное зрение (низкий порог чувствительности)
  

Колбочки:

• 
  дневное
  
• 
  цветовое зрение – три сорта колбочек с максимумами поглощения в трех разных частях спектра.
  

В фоторецепторных клетках – внутренние и наружные (внешние) сегменты. В наружных сегментах – стопочки параллельных дисков. Диски – внутриклеточные органеллы, образованные двойными мембранами, билипидный слой которых пронизывают молекулы зрительных белков (прошивающие белки).

Зрительный пигмент – сложный белок, состоящий из двух частей: белка опсина и небелковой части – альдегида ретиналя, близкого по структуре к витамину А.
Зрительные пигменты палочек и колбочек отличаются белковыми частями. Зрительный пигмент палочек родопсин, пигменты колбочек – йодопсины.


Максимумы поглощения у человека:
родопсин – в голубой части спектра около 500 нм
йодопсины – в сине-фиолетовой, зелёной и жёлто-зелёной – 445, 535 и 570 соответственно.


Хромофорная группа, ответственная за поглощение видимого света – ретиналь. Опсин и ретиналь в темноте ковалентно связаны.


Молекулярный механизм фоторецепции:
Фотофизическая стадия – переход ретиналя в возбуждённое состояние: Р + hv → Р (S).
Фотохимическая стадия – изомеризация ретиналя за счёт энергии света: Р^*-цис → Р-транс (квантовый выход реакции = 0,5-0,7). Для изомеризации одной молекулы необходимо 2 кванта света.

• 
  изомеризация ретиналя
  
• 
  нарушение структурного соответствия между ним и опсином
  
• 
  изменение конформации опсина
  
• 
  отщепление ретиналя от опсина, погружение опсина внутрь билипидного слоя (из-за низкой вязкости фоторецепторной мембраны)
  
• 
  структурная перестройка фоторецепторной мембраны
  
• 
  изменение её ионной проницаемости
  
• 
  через медиаторов – изменение проницаемости и электрического состояния плазматической мембраны наружного сегмента
  
• 
  распространение рецепторного потенциала по плазматической мембране до синаптического контакта с нервным волокном на внутреннем сегменте
  
• 
  возникновение электрического импульса в нервном волокне
  
• 
  передача импульса в мозг
  
• 
  возникновение оптического изображения на пигментном эпителии
  
• 
  ферментативное восстановление в темноте ретиналя в его цис-форме и соединение её с опсином.