رودوبسين البصري هو مستقبل يستجيب للضوء. الصباغ البصري الشبكي - العامل المساعد الحساس للضوء

رودوبسين هو الصباغ البصري الرئيسي في خلايا شبكية الفقاريات (بما في ذلك البشر). وهو ينتمي إلى بروتينات الكروموبروتين المعقدة وهو مسؤول عن "رؤية الشفق". لتمكين الدماغ من تحليل المعلومات المرئية، تقوم شبكية العين بتحويل الضوء إلى إشارات عصبية، وتحديد حساسية الرؤية في نطاق الإضاءة - من الليل المرصع بالنجوم إلى الظهيرة الشمسية. تتكون شبكية العين من نوعين رئيسيين من الخلايا البصرية - العصي (حوالي 120 مليون خلية لكل شبكية بشرية) والمخاريط (حوالي 7 ملايين خلية). المخاريط، التي تتركز في الغالب في المنطقة الوسطى من شبكية العين، تعمل فقط في الضوء الساطع وتكون مسؤولة عن رؤية الألوان والحساسية للتفاصيل الدقيقة، في حين أن العصي الأكثر عددًا مسؤولة عن الرؤية في ظروف الإضاءة المنخفضة ويتم تعطيلها في الضوء الساطع. وهكذا، عند الغسق وفي الليل، لا تستطيع العيون تحديد لون الجسم بوضوح، لأن الخلايا المخروطية لا تعمل. تم العثور على رودوبسين البصري في الأغشية الحساسة للضوء في الخلايا العصوية.

يوفر رودوبسين القدرة على معرفة متى تكون "جميع القطط رمادية اللون".

تحت تأثير الضوء، تتغير الصبغة البصرية الحساسة للضوء، وأحد المنتجات الوسيطة لتحولها مسؤول بشكل مباشر عن حدوث التحفيز البصري. بعد نقل الإثارة في العين الحية، تحدث عملية تجديد الصباغ، والتي تشارك مرة أخرى في عملية نقل المعلومات. تستغرق عملية الاستعادة الكاملة للرودوبسين لدى البشر حوالي 30 دقيقة.

تمكن رئيس قسم الفيزياء الطبية في أكاديمية طب الأطفال الحكومية في سانت بطرسبورغ، أندريه ستروتس وزملاؤه من جامعة أريزونا، من توضيح آلية عمل الرودوبسين من خلال دراسة بنية البروتين باستخدام التحليل الطيفي للرنين المغناطيسي النووي. يتم نشر أعمالهم الطبيعة الهيكلية والبيولوجيا الجزيئية .

"هذا العمل هو استمرار لسلسلة من المنشورات حول الأبحاث المتعلقة بالرودوبسين، وهو أحد مستقبلات البروتين G المقترنة. تنظم هذه المستقبلات العديد من الوظائف في الجسم، وعلى وجه الخصوص، تنظم المستقبلات الشبيهة بالرودوبسين تواتر وقوة تقلصات القلب والعمليات المناعية والهضمية وغيرها. رودوبسين نفسه هو صبغة بصرية وهو مسؤول عن رؤية الشفق في الفقاريات. في هذا العمل قمنا بنشر نتائج الدراسات الديناميكية والتفاعلات الجزيئية وآلية تفعيل الرودوبسين. كنا أول من حصل على بيانات تجريبية حول حركة مجموعات الليجند الجزيئية في جيب ربط الرودوبسين وتفاعلها مع الأحماض الأمينية المحيطة.

وبناءً على المعلومات التي تم الحصول عليها، اقترحنا أيضًا لأول مرة آلية لتنشيط المستقبلات.

- قال الدعامات لـ Gazeta.Ru.

تعتبر دراسات رودوبسين مفيدة من وجهة نظر العلوم الأساسية لفهم مبادئ عمل البروتينات الغشائية، وفي علم الصيدلة.

"نظرًا لأن البروتينات التي تنتمي إلى نفس فئة الرودوبسين تستهدف 30-40% من الأدوية المطورة حاليًا، فإن النتائج التي تم الحصول عليها في هذا العمل يمكن استخدامها أيضًا في الطب والصيدلة لتطوير أدوية وعلاجات جديدة"،

- أوضح ستروتس.

تم إجراء الأبحاث على رودوبسين من قبل فريق دولي من العلماء في جامعة أريزونا (توكسون)، ولكن أندريه ستروتس يعتزم مواصلة هذا العمل في روسيا.

"بدأ تعاوني مع قائد المجموعة البروفيسور في عام 2001 (قبل ذلك كنت أعمل في معهد أبحاث الفيزياء بجامعة سانت بطرسبرغ الحكومية وفي جامعة بيزا بإيطاليا). ومنذ ذلك الحين، تغير تكوين المجموعة الدولية عدة مرات؛ حيث ضمت متخصصين من البرتغال، والمكسيك، والبرازيل، وألمانيا. من خلال عملي طوال هذه السنوات في الولايات المتحدة، بقيت مواطنًا روسيًا ولم أفقد اتصالاتي مع قسم الفيزياء في جامعة ولاية سانت بطرسبرغ، التي تخرجت منها ودافعت عن أطروحتي للدكتوراه. وهنا يجب أن أشير بشكل خاص إلى التدريب الشامل والشامل الذي تلقيته في كلية الفيزياء بجامعة ولاية سانت بطرسبرغ وتحديداً في قسم البصريات الجزيئية والفيزياء الحيوية، والذي سمح لي بالانضمام بسهولة إلى فريق كان جديدًا بالنسبة لي و معالجة مواضيع جديدة بنجاح وإتقان المعدات الجديدة.

لقد تم انتخابي حاليًا رئيسًا لقسم الفيزياء الطبية في الأكاديمية الطبية الحكومية لطب الأطفال في سانت بطرسبرغ (SPbSPMA) وسأعود إلى وطني، لكن تعاوني مع البروفيسور براون لن يكون أقل نشاطًا. علاوة على ذلك، آمل أن تسمح لنا عودتي بإقامة تعاون بين جامعة أريزونا وجامعة ولاية سانت بطرسبرغ وأكاديمية سانت بطرسبرغ التربوية الحكومية وجامعة الدولة الروسية للعلوم الإنسانية والجامعات الأخرى في روسيا. سيكون مثل هذا التعاون مفيدًا لكلا الطرفين وسيساعد في تعزيز تطوير الفيزياء الحيوية المحلية والطب والصيدلة وما إلى ذلك.

وتشمل الخطط البحثية المحددة مواصلة البحث في البروتينات الغشائية، والتي هي غير مفهومة حاليًا، بالإضافة إلى استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي لتشخيص الأورام.

وأوضح ستروتز أن لدي أيضًا بعض الأعمال الأساسية في هذا المجال، والتي اكتسبتها خلال عملي في المركز الطبي بجامعة أريزونا.

يعد النقل الضوئي المرئي عبارة عن مجموعة معقدة من العمليات المسؤولة عن التغيير (التحول الضوئي) للأصباغ وتجديدها اللاحق. وهذا ضروري لنقل المعلومات من العالم الخارجي إلى الخلايا العصبية. بفضل العمليات البيوكيميائية، وتحت تأثير الضوء بأطوال موجية مختلفة، تحدث تغييرات هيكلية في بنية الأصباغ الموجودة في منطقة الطبقة الدهنية الثنائية من أغشية الفص الخارجي لمستقبل الضوء.

التغيرات في المستقبلات الضوئية

يمكن للمستقبلات الضوئية لجميع الفقاريات، بما في ذلك البشر، الاستجابة لأشعة الضوء عن طريق تغيير الأصباغ الضوئية، الموجودة في أغشية ثنائية الطبقة في منطقة الفص الخارجي للمخاريط والقضبان.

الصباغ البصري نفسه عبارة عن بروتين (أوبسين)، وهو مشتق من فيتامين أ. ويوجد البيتا كاروتين نفسه في الأطعمة ويتم تصنيعه أيضًا في خلايا الشبكية (طبقة مستقبلة للضوء). يتم وضع هذه الأوبسينات أو الكروموفورات في حالة مقيدة عميقًا في الأقراص ثنائية القطب في منطقة الفصوص الخارجية لمستقبلات الضوء.

يتم احتواء حوالي نصف الأوبسينات في طبقة دهنية ثنائية، متصلة خارجيًا بواسطة حلقات بروتينية قصيرة. يحتوي كل جزيء رودوبسين على سبع مناطق عبر الغشاء تحيط بالكروموفور في الطبقة الثنائية. يقع الكروموفور أفقياً في غشاء مستقبلات الضوء. يحتوي القرص الخارجي لمنطقة الغشاء على عدد كبير من جزيئات الصبغة البصرية. بعد امتصاص فوتون من الضوء، تنتقل المادة الصبغية من شكل إسوي إلى آخر. ونتيجة لذلك، يخضع الجزيء لتغييرات توافقية، ويتم استعادة بنية المستقبل. في هذه الحالة، يقوم الميتارودوبسين بتنشيط البروتين G، الذي يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية.

تؤثر فوتونات الضوء على الصبغة البصرية، مما يؤدي إلى تنشيط سلسلة من التفاعلات: الفوتون - رودوبسين - ميتارودوبسين - ترانسدوسين - إنزيم يتحلل cGMP ونتيجة لهذه السلسلة يتكون غشاء مغلق على المستقبل الخارجي، والذي يرتبط بـ cGMP وهو المسؤول عن تشغيل قناة الكاتيون.

في الظلام، تخترق الكاتيونات (أيونات الصوديوم بشكل رئيسي) عبر القنوات المفتوحة، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب الجزئي للخلية المستقبلة للضوء. في الوقت نفسه، يطلق هذا المستقبل الضوئي وسيطًا (الحمض الأميني الغلوتامات)، والذي يؤثر على النهايات غير الملائمة للخلايا العصبية من الدرجة الثانية. عند تحفيز الضوء الطفيف، يتصاوغ جزيء رودوبسين في الشكل النشط. وهذا يؤدي إلى إغلاق قناة الأيونات عبر الغشاء، وبالتالي توقف تدفق الكاتيون. ونتيجة لذلك، فإن الخلية المستقبلة للضوء مفرطة الاستقطاب، ويتوقف إطلاق الوسطاء في منطقة الاتصال بالخلايا العصبية من الدرجة الثانية.

في الظلام، تتدفق أيونات الصوديوم (80٪)، والكالسيوم (15٪)، والمغنيسيوم والكاتيونات الأخرى عبر قنوات الغشاء. لإزالة الكالسيوم والصوديوم الزائد أثناء الظلام، يعمل مبادل كاتيوني في الخلايا المستقبلة للضوء. كان يُعتقد سابقًا أن الكالسيوم يشارك في عملية التحلل الضوئي للرودوبسين. ومع ذلك، هناك الآن دليل على أن هذا الأيون يلعب أدوارًا أخرى في النقل الضوئي. نظرًا لوجود تركيز كافٍ من الكالسيوم، تصبح المستقبلات الضوئية العصية أكثر تقبلاً للضوء، ويزداد بشكل كبير تعافي هذه الخلايا بعد الإضاءة.

المستقبلات الضوئية المخروطية قادرة على التكيف مع مستويات الضوء، لذا فإن العين البشرية قادرة على إدراك الأشياء في ظروف الإضاءة المختلفة (بدءًا من الظلال تحت شجرة إلى الأشياء الموجودة على ثلج لامع ومضيء). تتمتع المستقبلات الضوئية العصية بقدرة أقل على التكيف مع مستويات الضوء (7-9 وحدات ووحدتان للأقماع والقضبان، على التوالي).

الأصباغ الضوئية للمستقبلات الخارجية للأقماع والقضبان في شبكية العين

تشمل الصبغات الضوئية لجهاز المخروط والقضيب في العين ما يلي:

• يودوبسين.
• رودوبسين.
• سيانولاب.

وتختلف كل هذه الأصباغ عن بعضها البعض في الأحماض الأمينية التي يتكون منها الجزيء. وفي هذا الصدد، تمتص الأصباغ طولًا موجيًا معينًا، أو بالأحرى مجموعة من الأطوال الموجية.

الأصباغ الضوئية المخروطية الخارجية

تحتوي مخاريط الشبكية على اليودوبسين ونوع من اليودوبسين (سيانولاب). وتميز جميعها ثلاثة أنواع من اليودوبسين، والتي يتم ضبطها على أطوال موجية تبلغ 560 نانومتر (أحمر)، و530 نانومتر (أخضر)، و420 نانومتر (أزرق).

على وجود وتحديد السيانولاب

سيانولاب هو نوع من اليودوبسين. في شبكية العين، توجد المخاريط الزرقاء بانتظام في المنطقة المحيطية، وتتوضع المخاريط الخضراء والحمراء بشكل عشوائي على كامل سطح الشبكية. وفي الوقت نفسه، تكون كثافة توزيع المخاريط ذات الصبغات الخضراء أكبر من كثافة توزيع المخاريط ذات الصبغات الحمراء. لوحظت أدنى كثافة في المخاريط الزرقاء.

الحقائق التالية تدعم نظرية ثلاثية الألوان:

• تم تحديد الحساسية الطيفية للصبغتين المخروطيتين باستخدام قياس الكثافة.
• تم التعرف على ثلاثة أصباغ للجهاز المخروطي باستخدام قياس الطيف المجهري.
• تم التعرف على الشفرة الوراثية المسؤولة عن تخليق المخاريط الحمراء والزرقاء والخضراء.
• وتمكن العلماء من عزل المخاريط وقياس استجابتها الفسيولوجية للإشعاع باستخدام ضوء بطول موجي محدد.

لم تكن نظرية التركروماسيا في السابق قادرة على تفسير وجود أربعة ألوان أساسية (الأزرق، الأصفر، الأحمر، الأخضر). وكان من الصعب أيضًا تفسير سبب قدرة الأشخاص ثنائيي اللون على التمييز بين الأبيض والأصفر. حاليًا، تم اكتشاف مستقبل ضوئي جديد لشبكية العين، حيث يلعب الميلانوبسين دور الصباغ. وضع هذا الاكتشاف كل شيء في مكانه الصحيح وساعد في الإجابة على العديد من الأسئلة.

وقد فحصت الدراسات الحديثة أيضًا أجزاء من شبكية عيون الطيور باستخدام المجهر الفلوري. وفي هذه الحالة تم التعرف على أربعة أنواع من المخاريط (البنفسجي، الأخضر، الأحمر، الأزرق). بسبب رؤية الألوان للخصم، فإن المستقبلات الضوئية والخلايا العصبية تكمل بعضها البعض.

قضيب رودوبسين الضوئي

ينتمي رودوبسين إلى عائلة البروتينات المرتبطة بـ G، والتي سميت بهذا الاسم بسبب آلية نقل الإشارة عبر الغشاء. في هذه الحالة، تشارك بروتينات G الموجودة في الحيز القريب من الغشاء في هذه العملية. عند دراسة رودوبسين، تم تحديد بنية هذه الصباغ. يعد هذا الاكتشاف مهمًا جدًا لعلم الأحياء والطب، لأن رودوبسين هو سلف عائلة مستقبلات GPCR. في هذا الصدد، يتم استخدام هيكلها في دراسة جميع المستقبلات الأخرى، وكذلك تحديد الوظيفة. تم تسمية رودوبسين بهذا الاسم لأنه يحتوي على لون أحمر ساطع (من اليونانية يُترجم حرفيًا على أنه رؤية وردية).

الرؤية ليلا ونهارا

من خلال دراسة أطياف امتصاص الرودوبسين، يمكن ملاحظة أن انخفاض الرودوبسين هو المسؤول عن إدراك الضوء في ظروف الإضاءة المنخفضة. في وضح النهار، تتحلل هذه الصباغ، وتتحول الحساسية القصوى للرودوبسين إلى المنطقة الطيفية الزرقاء. وتسمى هذه الظاهرة تأثير بوركينجي.

في الضوء الساطع، يتوقف القضيب عن إدراك أشعة ضوء النهار، ويتولى المخروط هذا الدور. في هذه الحالة، يتم تحفيز المستقبلات الضوئية في ثلاث مناطق من الطيف (الأزرق والأخضر والأحمر). ثم يتم تحويل هذه الإشارات وإرسالها إلى الهياكل المركزية للدماغ. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل صورة بصرية ملونة. يستغرق رودوبسين حوالي نصف ساعة للتعافي بالكامل في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة. خلال هذه الفترة بأكملها، هناك تحسن في رؤية الشفق، والتي تصل إلى الحد الأقصى في نهاية فترة استعادة الصباغ.

عالم الكيمياء الحيوية م.أ. أجرى أوستروفسكي سلسلة من الدراسات الأساسية وأظهر أن العصي التي تحتوي على صبغة رودوبسين تشارك في إدراك الأشياء في ظروف الإضاءة المنخفضة وتكون مسؤولة عن الرؤية الليلية، وهي بالأبيض والأسود.

على الرغم من تخصيص العشرات من الأوراق العلمية للتأثير السلبي للشاشات على البشر، فإن الأشخاص المعاصرين يقضون المزيد والمزيد من الوقت "بصحبة" التلفزيون والكمبيوتر والهاتف الذكي. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه حتى الآن لا يزال من غير الواضح بالضبط كيف يعمل ضوء الشاشة. لكن الآن، حدد الكيميائيون في جامعة توليدو أخيرًا الآلية التي يحول بها الضوء الأزرق المنبعث من الأجهزة الرقمية الجزيئات الموجودة في شبكية العين إلى قاتلة حقيقية للخلايا.

الدور الأكثر أهمية في عملية الرؤية يلعبه شبكية العين، وهو شكل من أشكال فيتامين أ. هذه المادة هي جزء من الصبغات البصرية الرئيسية وتشارك في إنشاء الإشارات العصبية التي يشكل الدماغ منها صورة. وبما أنه بدون الشبكية تصبح المستقبلات الضوئية عديمة الفائدة تمامًا، فيجب إنتاجها باستمرار في شبكية العين.

وفي دراسة جديدة، وجد فريق بقيادة أجيث كاروناراثني أنه عند تعرض الشبكية للضوء الأزرق، فإنها تثير تفاعلات تنتج مواد سامة لخلايا الشبكية. هذه العملية هي التي تؤدي إلى الضمور البقعي المرتبط بالعمر، عندما يتوقف الجهاز المناعي تدريجياً عن حماية الخلايا من التدمير.

خلال التجربة، حقن العلماء شبكية العين في مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا، بما في ذلك خلايا القلب والسرطان والخلايا العصبية، ثم قاموا بتعريض العينات للضوء بأطوال موجية مختلفة. وفي كل مرة، تحت أشعة الجزء الأزرق من الطيف، تموت الخلايا، في حين أن أنواع الإضاءة الأخرى لم يكن لها تأثير سلبي.

وأوضح المؤلف المشارك في الدراسة كاسون راتناياكي في بيان صحفي للجامعة: "إنها سامة حقًا. فالخلايا المستقبلة للضوء في العين لا تتجدد، وعندما تموت، تكون دائمة".

ولكن هناك أخبار جيدة: فقد تبين أن مضاد الأكسدة ألفا توكوفيرول، وهو أحد مشتقات فيتامين E، يخلصك من حيل شبكية العين. ولسوء الحظ، مع مرور الوقت، عندما يبدأ الجسم في الشيخوخة أو عندما يضعف الدفاع المناعي، فإن القدرة لمحاربة آثار الضوء الأزرق بهذه الطريقة يختفي.

في الولايات المتحدة وحدها يتم اكتشاف مليوني حالة جديدة من التنكس البقعي سنويا، وهي مجموعة من الأمراض التي تلحق الضرر بالشبكية وتضعف الرؤية المركزية. إن الفهم الدقيق لكيفية تأثير الضوء الأزرق في كل مكان على صحة الإنسان يوفر الأمل لتطوير طرق لحماية جيل الشباب في عالم التكنولوجيا الفائقة.

ويقوم الباحثون الآن بقياس شدة الضوء الصادر من شاشات الأجهزة المختلفة لمحاكاة رد فعل خلايا العين للإشعاع الطبيعي الذي يواجهه الإنسان في الحياة اليومية.

ووفقا لكاروناراتني، يمكنك حماية نفسك من الضوء الأزرق الطبيعي باستخدام النظارات الشمسية التي تعمل على تصفية هذه الموجات إلى جانب الأشعة فوق البنفسجية. بالإضافة إلى ذلك، يقوم العديد من الشركات المصنعة للأدوات الذكية اليوم بتثبيت مرشحات البرامج المناسبة على أجهزتهم الجديدة. في طرز الأجهزة القديمة، يمكن للمستخدمين تثبيت البرامج التي تقوم بتصفية المكون الأزرق بأنفسهم.

يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول نتائج الدراسة من خلال القراءة المنشورة في التقارير العلمية.

دعونا نضيف أيضًا أنه توجد اليوم حالات معروفة لترميم الشبكية، على سبيل المثال، بمساعدة و. ومع ذلك، في الوقت الحالي هذه مجرد تطورات تجريبية. ومع ذلك، فإن مؤلفي "Vesti" ...

جميع الأصباغ البصرية عبارة عن بروتينات دهنية - مجمعات من البروتين الكروي أوبسين والدهون وكروموفور الشبكية. هناك نوعان من الشبكية: الشبكية I (الشكل المؤكسد للفيتامين والشبكية II (الشكل المؤكسد للفيتامين. على عكس الشبكية I، فإن الشبكية II لها رابطة مزدوجة غير عادية في حلقة -ionone بين ذرات الكربون الثالثة والرابعة ويرد في الجدول 7 فكرة عامة عن الصبغات البصرية.

الجدول 7. أنواع الأصباغ البصرية

دعونا الآن نفكر بمزيد من التفصيل في بنية وخصائص رودوبسين. لا يوجد حتى الآن إجماع على الوزن الجزيئي للجزء البروتيني من رودوبسين. على سبيل المثال، بالنسبة للرودوبسين البقري في الأدب

يتم إعطاء الأرقام من الضفدع من 26.600 إلى 35.600، والحبار من 40.000 إلى 70.000، وهو ما قد لا يرجع فقط إلى السمات المنهجية لتحديد الأوزان الجزيئية من قبل مؤلفين مختلفين، ولكن أيضًا إلى بنية الوحدة الفرعية للرودوبسين، والتمثيل المختلف للمونومري والثنائي. نماذج.

يتميز طيف الامتصاص للرودوبسين بأربعة حدود قصوى: في النطاق (500 نانومتر)، النطاق (350 نانومتر)، النطاق y (278 نانومتر)، والنطاق (231 نانومتر). من المعتقد أن النطاقين a و- في الطيف يرجعان إلى امتصاص الشبكية، والنطاقان و- يرجعان إلى امتصاص الأوبسين. الانقراض المولي له القيم التالية: عند 350 نانومتر - 10600 وعند 278 نانومتر - 71300.

لتقييم نقاء إعداد رودوبسين، عادة ما تستخدم المعايير الطيفية - نسبة الكثافات البصرية للمناطق المرئية (اللونية) والأشعة فوق البنفسجية (الأبيض اللونية).بالنسبة لمستحضرات الرودوبسين الأكثر نقاء، فإن هذه القيم تساوي على التوالي 0.168. يتألق رودوبسين في المنطقة المرئية من الطيف مع أقصى قدر من التألق في مستخلص الديجيتونين وفي تكوين الأجزاء الخارجية. يبلغ العائد الكمي لمضانه حوالي 0.005.

يحتوي الجزء البروتيني من الصبغة البصرية (opsin) للثور والجرذ والضفدع على تركيبة مشابهة من الأحماض الأمينية مع محتوى متساوٍ من بقايا الأحماض الأمينية غير القطبية (الكارهة للماء) والقطبية (المحبة للماء). ترتبط سلسلة واحدة من السكريات قليلة السكاريد ببقايا الأسبارتيك من الأوبسين، أي أن الأوبسين عبارة عن بروتين سكري. من المفترض أن سلسلة السكاريد الموجودة على سطح الرودوبسين تلعب دور "المثبت" المسؤول عن توجيه البروتين في غشاء القرص. وفقًا لعدد من المؤلفين، لا يحمل الأوبسين بقايا الأحماض الأمينية ذات الطرف C، أي أن سلسلة البولي ببتيد من البروتين يتم تدويرها على ما يبدو. لم يتم بعد تحديد تكوين الأحماض الأمينية للأوبسين. أظهرت دراسة تشتت الدوران البصري لمستحضرات الأوبسين أن محتوى المناطق الحلزونية ألفا في الأوبسين يتراوح بين 50-60٪.

في بيئة محايدة، يحمل جزيء الأوبسين شحنة سالبة وله نقطة تساوي الجهد الكهربي عند

والسؤال الأقل وضوحًا هو عدد جزيئات الفسفوليبيد المرتبطة بجزيء أوبسين واحد. وفقًا لمؤلفين مختلفين، يختلف هذا الرقم بشكل كبير. وفقا لأبراهامسون، في كل بروتين دهني، هناك ثمانية جزيئات من الدهون الفوسفاتية مرتبطة بإحكام بالأوبسين (خمسة منها عبارة عن جزيئات من فسفاتيديل إيثانول أمين). بالإضافة إلى ذلك، يشتمل المجمع على 23 جزيءًا من الدهون الفوسفورية المرتبطة بشكل غير محكم.

دعونا الآن نفكر في الكروموفور الرئيسي للصباغ البصري - 11-cis-retinal. لكل جزيء بروتين في رودوبسين، هناك جزيء صبغة واحد فقط. يحتوي على أربع روابط مزدوجة مترافقة في السلسلة الجانبية، والتي تحدد الأيزومرية cis-trans لجزيء الصباغ. يختلف 11-cis-retinal عن جميع الأيزومرات الفراغية المعروفة في عدم استقراره الواضح، والذي يرتبط بانخفاض طاقة الرنين الناجم عن انتهاك المستوى المشترك للسلسلة الجانبية.

زادت مجموعة الألدهيد الطرفية في السلسلة الجانبية من التفاعل و

يتفاعل مع الأحماض الأمينية وأميناتها والدهون الفوسفاتية التي تحتوي على مجموعات أمينية، على سبيل المثال، فوسفاتيديل إيثانولامين. في هذه الحالة، يتم تشكيل رابطة تساهمية ألدين - مركب من نوع قاعدة شيف

يُظهر طيف الامتصاص حدًا أقصى عند كما ذكرنا سابقًا، فإن نفس الكروموفور الموجود في تركيبة الصبغة البصرية لديه حد أقصى للامتصاص عند مثل هذا التحول الباثوكرومي الكبير (قد يكون بسبب عدد من الأسباب: بروتون النيتروجين في مجموعة الألديمين، تفاعل الشبكية مع مجموعات الأوبسين، التفاعلات الجزيئية الضعيفة للشبكية مع البروتين.يعتقد إيرفينغ أن السبب الرئيسي للتحول الباثوكرومي القوي في طيف الامتصاص للشبكية هو الاستقطاب المحلي العالي للبيئة المحيطة بالكروموفور.تم التوصل إلى هذا الاستنتاج على أساس تجارب نموذجية تم فيها قياس أطياف الامتصاص لمشتق شبكي بروتوني مع مركب أميني في مذيبات مختلفة، وتبين أنه في المذيبات ذات معامل الانكسار العالي، لوحظ أيضًا تحول أقوى في اللون الباثوكرومي.

كما تمت الإشارة إلى الدور الحاسم للتفاعلات بين البروتين والشبكية في تحديد موضع الحد الأقصى لامتصاص الموجة الطويلة للصباغ البصري من خلال تجارب ريدينغ ووالد، حيث تم تسجيل تبييض الصباغ أثناء التحلل البروتيني لحامل البروتين. . قد ترتبط الاختلافات الواسعة الملحوظة في موضع الحد الأقصى لأطياف الامتصاص للأصباغ البصرية (من 430 إلى 575 نانومتر) في الأنواع الحيوانية المختلفة بالاختلافات في تفاعلات الشبكية مع البيئة الدقيقة داخل مجمع البروتين الدهني.

قبل بضع سنوات فقط، كان هناك جدل قوي بين علماء الأحياء الضوئية حول طبيعة الشريك الذي ترتبط به الشبكية في الصبغة البصرية. حاليًا، الرأي المقبول عمومًا هو أن الشبكية مرتبطة ببروتين الأوبسين عبر قاعدة شيف. في هذه الحالة، يتم إغلاق الرابطة التساهمية بين مجموعة الألدهيد في الشبكية ومجموعة -أمينية من الليسين في البروتين.

وبطبيعة الحال، لقد سمعنا جميعا عنفيتامين أ- أنه موجود في الجزر وهو مهم للغاية للرؤية. وعند تناول عصير الجزر يجب غسله بالكريمة الطازجة. لكن هل هذا الفيتامين أ بهذه البساطة؟

في الواقع، فيتامين أ ليس مثل الفيتامينات الأخرى التي نعرفها. إنها ليست مادة كيميائية واحدة، ولكنها اسم عام لمركبات مختلفة لها تأثير بيولوجي مشترك. مجموعة واحدة، والتي تشمل الريتينول وحمض الشبكية والريتينويك، تشكل مركب فيتامين أ وتسمىالرتينوئيدات. مجموعة أخرى - مؤيدة للفيتاميناتالكاروتينات(في المقام الأول بيتا كاروتين) قادرة على التحول إلى الريتينول في جسم الإنسان (ومع ذلك، 10٪ فقط). على الرغم من أن مجموعتي المواد لهما تأثير أحادي الاتجاه، إلا أن الجسم يستقبلهما من مصادر مختلفة. القاسم المشترك بينهم أيضًا هو أنه يتم امتصاصهم بمشاركة الدهون (وبالتالي فإن فيتامين أ هو فيتامين قابل للذوبان في الدهون).

مصدر الرتينوئيداتهي منتجات حيوانية. غني بشكل خاص بالريتينولزيت السمك، البيض، الزبدة، الحليب، كبد البقر. يمكن تقليل كمية الرتينوئيدات الموجودة في المنتجات بشكل كبير إذا تم تخزينها بشكل غير صحيح أو إذا كانت الدهون فاسدة (فاسدة). يؤدي ارتفاع درجة حرارة الدهون (الغليان لفترة طويلة) أثناء الطهي إلى نفس النتيجة. يمكن أن تصل خسائر الريتينول في الطهي أثناء المعالجة الحرارية للمنتجات إلى 40٪.

يلعب الريتينول دورًا حاسمًا في تطور خلايا الجلد والأنسجة العظمية، ويضمن أيضًا عمل المحلل البصري، حيث يتم تضمينه في الصباغ البصري رادوبسين، الذي يوفر استقبال الضوء على شبكية العين. يتم زيادة تخليق الرادوبسين بشكل خاص في ظروف الإضاءة المنخفضة، مما يوفر التكيف مع الظلام. يعد حمض الريتينويك عنصرًا ضروريًا في التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تشمل هرمونات الغدة الدرقية وفيتامين د. وتضمن هذه العمليات التطور السليم داخل الرحم، وتحفز النمو، وتؤثر على تطور خلايا الدم، وتعزز تعبئة الحديد المخزن لتخليق الهيموجلوبين. يؤدي نقص فيتامين أ في النظام الغذائي إلى تسريع تطور فقر الدم الناجم عن نقص الحديد ويمنع تناول كميات إضافية من الحديد من الطعام. بالإضافة إلى ذلك، فإن الوظيفة الأكثر أهمية للريتينول هي نشاطه المضاد للأكسدة.

كما ذكرنا سابقًا، فإن المصادر الرئيسية للريتينول هي المنتجات الحيوانية. علاوة على ذلك، كلما زاد محتوى الدهون في المنتج، زاد احتواؤه على فيتامين أ. ومن وجهة نظر صحية، فإن هذا يعني أنلا ينبغي زيادة تناول الريتينول من مصادر الغذاء. ومع ذلك، ليس كل شيء سيئًا للغاية - يمكن تحويل الفيتامينات A والكاروتينات في الجسم إلى ريتينويدات، وبالتالي يمكن تعويض نقص فيتامين A من خلال الأطعمة النباتية.

في هذا الصدد، دعونا نتحدث عنالكاروتينات. اسمهم يأتي من اللاتينيةكاروتا- أسماء عائلة الجزر التي تم عزلهم منها لأول مرة. تشتمل الكاروتينات على مواد ذات نشاط مختلف لفيتامين أ: الكاروتين والكريبتوسانثين، بالإضافة إلى مركبات لا علاقة لها بالبروفيتامينات: اللوتين والزياكسانثين والليكوبين. يتمتع البيتا كاروتين بأعلى نشاط فيتامين بين الكاروتينات الأخرى. تؤدي الكاروتينات عدة وظائف مهمة في الجسم: فيتامين أ، مضاد للأكسدة ومنظم (على المستوى الخلوي). على الرغم من أن البيتا كاروتين له نشاط منخفض (مقارنة بالريتينول)، إلا أن الكاروتينات تساهم بشكل كبير في الحفاظ على حالة الفيتامين. يوفر اللوتين والزيوكسانثين حماية لشبكية العين عن طريق امتصاص الضوء الأزرق بشكل انتقائي في الطيف المرئي.

المصدر الرئيسي للكاروتينات هي المنتجات النباتية، عادةالخضار والفواكه الحمراء والصفراء . ومع ذلك، في بعض النباتات الورقية، على وجه الخصوصسبانخفإن وفرة الكلوروفيل تخفي الصبغة الصفراء البرتقالية وتمنحها اللون الأخضر. المصادر الغذائية الرئيسية للبيتا كاروتينهي الجزر، واليقطين، والمشمش، والمشمش المجفف، والسبانخ. يدخل الليكوبين الجسم منطماطم. غنية بشكل خاص باللوتين والزيوكسانثينالبروكلي، اليقطين، الكوسة، السبانخ . لتلبية الحاجة الحقيقية للكاروتينات، لا يكفي استهلاك أي منتجات نباتية باستمرار - من الضروري التأكد من تضمين المنتجات المدرجة بانتظام في النظام الغذائي. يمكن أن تصل أيضًا خسائر الطهي من الكاروتينات أثناء المعالجة الحرارية للمنتجات إلى 40٪. الكاروتينات غير مستقرة بشكل خاص في الضوء.

إن مزج الأطعمة التي تحتوي على الكاروتينات مع الدهون الغذائية يزيد من توافر هذه الفيتامينات، لذا ينصح باستخدام الأطباق التالية على سبيل المثال في النظام الغذائي:جزر مبشور أو سلطة خضار مع 10٪ كريمة حامضة وعصيدة اليقطين بالحليب مع الزبدة. سيكون من الصحيح أيضًا تضمين المشمش والبرتقال والبطيخ والخوخ كطبق ثالث في وجبة الغداء.

نظرًا لحقيقة أن الرتينوئيدات والكاروتينات تدخل الجسم من مصادر مختلفة تمامًا، فقد تم تصنيفها حاليًا بشكل منفصل. وتجري محاولات لوضع معاييرهم المستقلة لاستهلاك الجسم، على الرغم من أنهم عادة ما يستخدمون المستوى الفسيولوجي الإجمالي العام لاحتياجاتهم اليومية، والذي يتم التعبير عنه فيما يعادل الريتينول . يحتوي هذا المؤشر على تمايز جنسي ويكون للرجال 1 ملجم / يوم وللنساء 0.8 ملجم / يوم. تم تحديد الحاجة إلى الريتينول نفسه بنسبة 40٪ من مكافئ الريتينول، وهو ما يعادل 0.4 ملغ للرجال و 0.32 ملغ للنساء. والحاجة إلى البيتا كاروتين محددة بـ 5 ملجم / يوم.

العجز العميق يتطور فيتامين أ في النظام الغذائي (الفيتامين) في غياب الأطعمة الحيوانية والنباتية المتنوعة، أي. في ظروف الجوع. في البلدان النامية الفقيرة، على خلفية النقص العام في طاقة البروتين، غالبا ما يتأثر جهاز الرؤية عند الأطفال - جفاف الملتحمة مع تطور العمى. في هذه الحالة، يتطور نقص المناعة الثانوي أيضًا، وغالبًا ما يكون مصحوبًا بالتهابات في الجهاز التنفسي والجهاز البولي التناسلي.

في تناول غير كاف على المدى الطويل فيتامين أ (نقص الفيتامين) العلامات الأولى لنقص الريتينول هي فرط التقرن الجريبي والجفاف العام للجلد والأغشية المخاطية (على سبيل المثال، الملتحمة)، وانخفاض في وقت تكيف العين مع الظلام لظروف الشفق (العمى الليلي).

الإفراط الشديد في الطعام يمكن أن يحدث الريتينول (فرط الفيتامين) نتيجة تناول الأطعمة مثل كبد الدب القطبي وبعض الثدييات البحرية - وهي حالة نادرة للغاية بالنسبة للإنسان الحديث. كما تم وصف التسمم بالريتينول، والذي تراكم فائض منه في منتج غذائي تقليدي - كبد الدجاج بسبب الانتهاكات التكنولوجية في استخدام الفيتامين كمضاف للأعلاف في تربية الدواجن. ومع ذلك، يحدث فرط الفيتامين A غالبًا بسبب تناول أدوية إضافية بجرعات كبيرة. مع تناول كميات طويلة من الريتينول عدة مرات (أكثر من 10-20 مرة) تتجاوز المعايير الفسيولوجية، والصداع، واضطرابات عسر الهضم (الغثيان والقيء)، والأضرار التي لحقت جلد الوجه وفروة الرأس (الحكة، تقشر، تساقط الشعر)، آلام في العظام والمفاصل.

على الرغم من إمكانية تحويل الكاروتينات إلى الريتينول، إلا أن فائضها من الطعام لا يتحول إلى فيتامين أ عندما يكون مستودع الكبد مشبعًا. مع تناول كميات كبيرة من البيتا كاروتين بسبب الأدوية أو نتيجة تناول كميات كبيرة من الأطعمة الغنية به (على سبيل المثال، عصير الجزر)، يمكن أن يتطور كاروتين الجلد - تلوين أصفر للجلد.

عند دراسة تأثير الجرعات الكبيرة (20-30 ملغ/يوم) من الكاروتينات مع الاستخدام طويل الأمد، تم الحصول على بيانات عن زيادة معدل الوفيات الناجمة عن سرطان الرئة بين المدخنين على المدى الطويل الذين تناولوا هذا الفيتامين. تؤكد هذه النتيجة ضرورة توخي الحذر عند استخدام المكملات الغذائية، بما في ذلك الفيتامينات، لدى الأشخاص المعرضين لخطر الإصابة بالسرطان - حيث أن أي مدة من التدخين تقريبًا تكون مصحوبة بمثل هذا الخطر.

تم إعداد المادة بناءً على معلومات من مصادر مفتوحة.