Биофизический механизм зрения.
Зрение на разных уровнях организации:
органный – глаз
тканевой – сетчатка
клеточный – фоторецепторные клетки (палочки и колбочки)
субклеточный – внешние сегменты, диски, фоторецепторные мембраны
молекулярный – зрительные пигменты (родопсин и йодопсин)
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.
Действие уф – излучения на живые организмы.
Область УФ-излучения: 10 – 380 нм.
10 – 200 нм – вакуумное излучение – действие подобно ионизирующему излучению. Энергия фотонов достаточна для хаотической ионизации молекул и разрыва химических связей. Эта часть излучения солнца полностью поглощается атмосферой.
200-380 нм – возбуждение электронных переходов, запуск первичного механизма фотобиологических процессов.
В соответствии с особенностями биологического действия выделяют 3 зоны:
А 315 – 380 нм – пигментообразующая(гигиеническое, общеукрепляющее действие)
В 280-315 нм – антирахитная(лечебное, профилактическое действие)
С 200-280 нм – бактерицидная(дезинфицирующее действие, лечебное для фурункулов и ран)
Зона А – синтез пигмента меланина – загар – предохранение от перегрева ИК-лучами (большие потери влаги).
Зона В – поглощение провитамином Д и синтез витамина Д в фотохимической реакции – контроль фосфорно-кальциевого обмена, рахит, Остеопороз, остеомаляция.
Зона С – поглощение белками (280 нм) и нуклеиновыми кислотами (260 нм) – изменение первичной структуры и конформации, гибель бактерий, концерагенен.