Химики разгадали тайну «невозможно быстрой» работы рецепторов глаз

© Р: Новости 

Глаза людей и многих других млекопитающих содержат в себе два типа светочувствительных клеток – колбочки и палочки. Колбочки позволяют нам различать цвета, но при этом они работают только при достаточно высокой освещенности, а палочки – позволяют видеть силуэты предметов при тусклом свете звезд или Луны.

И те, и другие типы рецепторов содержат в себе нити особых белков-опсинов, способных улавливать частицы света и преобразовывать их в электрохимические сигналы. Они представляют собой длинные нити аминокислот, соединенные с молекулами ретиналя – одной из разновидностей витамина А, меняющей пространственную конфигурацию и структуру при столкновении опсина с фотонами.

Ученых давно интересует две вещи – почему клетки сетчатки человека и других зрячих живых существ использует только одну из нескольких разновидностей ретиналя, способных реагировать на поглощение фотона белком, и почему эта реакция происходит внутри клетки в 10-100 раз быстрее, чем в пробирке с «очищенными» опсинами.

Подобные расхождения, как отмечают Анастасия Боченкова из Московского государственного университета и ее коллеги, заставляли многих ученых подозревать, что в работе светочувствительных белков могут быть замешаны какие-то другие молекулы или компоненты клеток, «помогающие» ретиналю быстрее поменять свою структуру.

Российские химики и их датские коллеги нашли ответ на обе этих загадки, создав прибор, который позволил им измерить скорость реакций и проследить за изменениями в форме ретиналя в самом «чистом» виде – не внутри раствора, а в газообразной форме. Для этого ученые распылили молекулы в ионной ловушке и начали обстреливать их сверхкороткими вспышками лазера разных цветов.

Полученные в ходе этих замеров данные они обработали при помощи суперкомпьютера «Ломоносов», что позволило химикам определить, с какой скоростью разные типы ретиналя реагируют на облучение светом и совпадают ли эти значения с тем, что происходит в клетках.

Как оказалось, его молекулы действительно могут очень быстро менять свою форму – на это уходит около 400 фемтосекунд (миллионных долей наносекунды) для «человеческой» версии ретиналя. Его возврат в оригинальную форму требует почти в 10 раз больше времени, около 3 пикосекунд (тысячных долей наносекунды).

Это показывает, что никаких расхождений в скорости работы белков внутри глаз и в пробирке на самом деле нет. Вторая загадка — наличие конкретного типа ретиналя в светочувствительных белках глаз, может объясняться тем, что все возможные виды «обратной» формы этого вещества предрасположены к превращению именно в этот подтип молекулы при взаимодействии со светом.

Что интересно, различия в скорости реакции на свет вне клетки и внутри нее были характерны для «бактериального» варианта этого вещества. Это говорит о том, что в работе различных светочувствительных компонентов микробов могут участвовать какие-то другие белки, которые еще предстоит найти и изучить.

Источник: Р: Новости