Палички сітківки.

Палички: морфологія
Палички  походять від війчасті клітин, сліди чого залишаються протягом усього їхнього життя. В ході ембріогенезу ресничная мембрана надзвичайно збільшується і витягується, утворюючи велику кількість впячіваній, які в кінці кінців отшнуровиваются і утворюють ряд “свободноплавающіх” дисків . Пачка таких дисків, оточених мембраною, утворюють зовнішній сегмент фоторецептора. У різних хребетних його розміри варіюють від 10 до 200 мкм в довжину і від 2 до 10 мкм у діаметрі. Фоточутливий пігмент родопсин сконцентрований в мембранах дисків. У людини близько 80% білка мембрани дисків – це родопсин. Зовнішній сегмент з’єднаний з внутрішнім сегментом сполучної війки – впізнанним рудиментом вихідної війки. Внутрішній сегмент складається із зовнішньої частини – еліпсоїда і внутрішньої зони – міоіда. Ці області в паличках і колбах ссавців не відмежовані друг від друга різко. Еліпсоїд містить велику кількість мітохондрій, тоді як в міоіде добре розвинені ендоплазматичний ретикулум і апарат Гольджі. Ці органели беруть участь в дуже активному синтезі нової мембрани дисків. Вона вбудовується в підстави зовнішнього сегмента  і зрушує диски вгору – до кінчика зовнішнього сегмента. Диски постійно видаляються з кінчика зовнішнього сегмента і перетравлюються клітинами пігментного епітелію. Тривалість циклу від синтезу диска до його видалення складає близько 10 днів. Під спеціалізованим внутрішнім сегментом розташовується ядро, а далі звужену ділянку, званий аксоном або волокном, після якого клітина знову розширюється, утворюючи ніжку або сферул. Остання заповнена синаптичними бульбашками, що містять L-глютамат і часто вибудованими навколо синаптичних стрічок, які утворюють складні синаптичні поверхні. Ці поверхні одночасно є пре-і постсинаптичні, до того ж між сферул паличок і між ніжками сусідніх колб маються щілинні контакти (електричні синапси). Однак, електричний зв’язок між паличками у ссавців не доведена.

Палички: кількість і розподіл в сітківці
У сітківці людини палички перевершують колбочки за чисельністю в 20 разів. Вони відсутні в фовеоли і досягають максимальної щільності порядку 140 000 – 160 000/мм2 в кільці на відстані близько 5 мм від неї. Потім щільність падає до постійного рівня близько 70 000 – 80 000/мм2 перед тим, як різко зменшитися на дальній периферії сітківки

Палички: біофізика та фізіологія
Ми вже відзначали, що зоровий пігмент родопсин розташовується в мембранах дисків зовнішніх сегментів, тут він сильно концентрований – розраховано, що від однієї молекули родопсину до іншої не більше 20 нм. Очевидно, що як і в фасеточних очах, розглянутих у гл. 14, палички являють собою чудове рішення проблеми вловлювання світла. Кожен вступник фотон повинен пройти через пакет з 20 000 дисків з високою концентрацією фотопігмент. Завдяки такій кількості мембранних дисків, показник заломлення зовнішніх сегментів набагато вище, ніж поза ними. Це діє як світловод, спрямовує світло на верхівку зовнішнього сегмента (порівняйте з рабдоміом комах). Светопроводящая функція також означає, що зовнішні сегменти орієнтовані так, що в будь-якій частині сітківки спрямовані на центр зіниці. У деяких ссавців (як у увійшли до приказки кішок) відображають органели – ірідоціти пігментного епітелію – дають світла, вже проник до рівня ПЕ, ще один шанс провзаємодіяти з родопсином зовнішнього сегмента. Ми розглянули структуру родопсину  . У зовнішніх сегментах паличок він орієнтований так, що карбокси-кінцевий хвіст розташований в междісковом (цитоплазматична) просторі. Він утримує 11-цис ретиналь шіффовскім взаємодією з лізіновим залишком в центрі “бочки з клепок” . Коли фотон відповідної довжини хвилі (400 – 600 нм, (Maх 498 нм) взаємодіє з 11-цис ретиналь, це забезпечує енергію активації, необхідну для внутрішньомолекулярної перебудови, що веде до низькоенергетичного транс-формі. Це ключовий момент фоторецепції, все подальше залежить від цього фотохімічного перетворення. Транс-ретиналь не може залишатися з’єднаним з опсин і дифундує з “бочки”, опиняючись в кінці кінців в пігментному епітелії.
Втративши 11-цис ретиналь, молекула опсина зазнає деякі конформаційні зміни. У цьому активованому стані вона здатна реагувати з системою G-білків мембрани зовнішнього сегмента. Ці G-білки відомі як трансдуціни або Т-білки. Реакція активованого опсина з альфа-субодиницею Т-білка відбувається, як вважають, через його внутрішньоклітинну петлю (в междісковом просторі), яке призводить до звичайного біохімічному процесу  Існує однак і відмінність-замість взаємодії G-білка з аденілатциклази, яка генерує цАМФ (звичайний випадок), альфа-ГТФ-субодиниця впливає на великій тетрамерной фермент цГМФ-фосфодіестеразу (цГМФ-ФДЕ). Цей мембранно-зв’язаний фермент складається з альфа-, бета-і двох гамма-субодиниць Коли цей фермент входить в контакт з вільним Тальфа-білком, дві гамма-субодиниці відокремлюються. Це розгальмовує каталітичну активність альфа-і бета-субодиниць, які перетворять цГМФ в 5′-ГМФ. Одночасно дві гамма-субодиниці каталізують дефосфорилирование Т-ГТФ в Т-ГДФ. Після цього Тальфа-субодиниця від’єднується від альфа-і бета-субодиниць цГМФ-фосфодіестерази, що дозволяє гамма-субодиниць знову приєднатися до останніх. Це призводить до припинення каталітичної активності цього ферменту.

cGMP (цГМФ): роль в мембранної біохімії паличок
Щоб зрозуміти значення описаної вище мембранної біохімії, треба врахувати, що цГМФ відіграє ключову роль в електрофізіологічних процесах в паличках. Вже давно відомо, що в темряві палички злегка деполярізована. Це відбувається завдяки наявності в мембрані зовнішніх сегментів Na + – і Са2 +-каналів. Якщо звернутися до гл. Мембрану ПОТЕНЦІАЛИ, ми згадаємо, що електричний потенціал на біологічній мембрані виникає внаслідок відмінності проницаемостей мембрани для малих неорганічних іонів. Ми бачили, що в першому наближенні мембранний потенціал підпорядковується рівнянню Голдмана. Тоді, якщо, наприклад, збільшити проникність із натрію РNa у п’ять разів до 5 х 10-7см / с, зберігаючи проникність по К + і Cl-постійними, і підставити це в рівняння, то отримаємо Vm = -20 мВ У темряві ток ( темновий струм) утворюється іонами Na +, що перебігають з внутрішнього сегмента через позаклітинний простір і вхідними в зовнішній сегмент . При включенні світла темновий струм припиняється, і паличка втрачає деполяризацію, тобто гіперполярізуется . Яке, однак, все це має відношення до описаної вище мембранної біохімії? Відповідь очевидна, якщо взяти до уваги, що цГМФ підтримує у відкритому стані Na + / Ca2 +-канали зовнішнього сегмента. Біохімічні процеси, як ми бачили, призводять до перетворення цГМФ у нециклічні форму – 5′-ГМФ. Іншими словами, цГМФ усувається, Na + / Ca2 +-канали закриваються, а палички гіперполярізуется. На рис. 16c показаний зовнішній сегмент фоторецептора жаби (набагато більший, ніж у ссавців), який втягнутий в скляну микропипетку. Оскільки отвір каналу мікропіпетки повністю заткнути зовнішнім сегментом, всі струми, що протікають всередину або назовні сегмента, пов’язані з внутрішнім каналом піпетки і можуть таким чином бути виміряні.
Закривання ціклонуклеотід-залежних (Цнз) каналів має й інше наслідок (рис. 16.11). У междісковом (цитоплазматична) просторі виявлений важливий фермент GCAP (Guanilate cyclase activating protein). У темряві його активність пригнічена присутніми іонами Са2 +. При включенні світла Na + / Ca2 +-канали закриваються, а рівень Са2 + знижується. Внаслідок цього фермент растормаживается і впливає на інший фермент – гуанілатциклазу (ГЦ), що утворить цГМФ з 5′-ГМФ. Чим довше триває освітлення, тим більше цГМФ утворюється таким чином – це механізм сенсорної адаптації. Чим більше синтезується цГМФ гуанілатциклазу, тим більше він перевищує руйнування цГМФ специфічної фосфодіестерази в мембрані диска. Далі, чим більше відкриваються Na + / Ca2 + – канали, тим сильніше палички деполяризуючих.

Палички-чутлива система детектування фотонів світла
Розраховано, що при адаптації до темряви паличка здатна реагувати на єдиний фотон світла. Як і у випадку механорецептівной клітини , чутливість системи знаходиться на рівні фізичних меж. Реакція родопсину посилюється взаємодією родопсину з трансдуціном , так що, принаймні, в теорії, один фотон може змінити світ.

Шляхи передачі сигналу від паличок
Палички утворюють глютаматергіческіе синапси виключно з інвертується знак сигналу біполярними клітинами. Зазвичай (особливо в периферичній сітківці) біполярні клітини паличок контактують з великою кількістю сферул паличок. Біполяров не утворюють синапсів безпосередньо на гангліозних клітинах, але контактують з AII-амакріновие клітини ВСР . Ці синапси зберігають знак сигналу. AII-клітини в свою чергу утворюють гліцинергічними синапси (гальмівні) з гангліозними клітинами OFF-типу і щілинні контакти (збуджуючі електричні синапси) з біполяров ON-типу. Така організація забезпечує (при темнової адаптації, коли колбочки не працюють) те, що підвищення освітленості активує гангліозних клітини ON-типу, а зменшення освітленості активує (або знімає гальмування) гангліозних клітини OFF-типу. Антагонізм оточення, знову-таки, забезпечується активністю горизонтальних клітин.  Ніжки паличок і колбочок утворюють один з одним щілинні контакти (електричні синапси). Показано, що сигнали, що генеруються паличками, можуть передаватися колбочки. При тривалій темнової адаптації щілинні контакти закриваються, обмежуючи сигнал виключно паличками, що підвищує чутливість сітківки, коли передача сигналу від паличок  активує гангліозних клітини ON-типу і гальмує клітини OFF-типу – іншими словами, відключається сигнал від гальмівного оточення. Сітківка втрачає здатність детектувати контраст, але стає надзвичайно чутливою до загальної освітленості. Повністю адаптована до темряви сітківка здатна сприймати одиничні фотони.

Палички: гіперполяризація інгібує виділення медіатора
Розглянемо паличку в цілому. Ми бачили, що поглинання фотона молекулою родопсину в кінці кінців призводить до гіперполяризації клітинної мембрани палички. Ця гіперполяризація поширюється аж до сферул. Відомо, що виділення медіатора з пресинаптичних закінчень відбувається у відповідь на деполяризацію. Отже, гіперполяризація інгібує виділення медіатора з ніжки паличок. Ми повернемося до цієї теми пізніше, коли будемо розглядати синапси між ніжками паличок і колб з горизонтальними і біполярними клітинами.

Comments are closed.