Функции ретиналя - хромофора зрительного пигмента родопсина, в норме и при патологии

• Автор: Фельдман, Татьяна Борисовна
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 438 с. : ил.

РЕФЕРАТ
Диссертация содержит: 438 стр., 130 рисунков, 13 таблиц.
Ключевые слова: зрение, фоторецепция, родопсин, 11-гргс-ретиналь,
фотоизомеризация, полностью-транс-ретиналь, фотолиз, G-белок-связывающий рецептор, лиганд-антагонист, зрительный цикл, сетчатка, ретинальный пигментный эпителий, производные полностью-транс-ретиналя, липофусциновые гранулы, флуорофоры, метод аутофлуоресценции глазного дна.
Сокращения:
A2-DHP-PE - бис-ретинилиден-дигидропиридин-фосфатидилэтаноламин
A2-DHP-E - бис-ретинилиден-дигидропиридин-этаноламин
А2Е - бис-ретинилиден этаноламин (N-bis-retinylidene-ethanolamine)
А2РЕ - бис-ретинилиден фосфатидилэтаноламин (N-bis-retinylidene-phosphatidylethanolamine)
ABCR - АТФ-зависимый белок-переносчик полностью-транс-ретиналя (ATP-binding cassette transporter)
ATR-dimer - полностью-транс-ретиналь димер
ATR-dimer-E - полностью-транс-ретиналь димер этаноламин коньюгат (ATR-dimer-ethanolamine conjugate)
ATR-dimer-PE - полностью-гиранс-ретиналь димер
фосфатидилэтаноламин коньюгат (ATR-dimer-phosphatidylethanolamine conjugate)
BSI - синий интермедиат фотолиза (blue-shifted intermediate)
CRALBP - клеточный ретиналь-связывающий белок (Cellular Retinal-Binding Protein)
CRBP - клеточный ретинол-связывающий белок (Cellular Retinol-Binding Protein)

DOPC - диолеоилфосфатидилхолин DPhPC - дифитаноилфосфатидилхолин IRBP - межфоторецепторный ретиноид-связывающий белок (interphotoreceptor retinoid-binding protein)
GPCR - рецепторы, сопряженные с G-белками (G-Protein Coupled Receptors) Iso-A2E - изоформа бис-ретинилиден этаноламина
LRAT - лецитин-ретинол-ацилтрансфераза (Lecithin Retinol Acyl Transferase) N - нонактин
NRPE - Д'-ретинилиден-фосфатидилэтаноламин Oxy-A2E - окисленная форма A2E P498 - родопсин
PFC - начальное ФК-состояние родопсина
P*5io - электронно-возбужденное состояние родопсина
РСР - пентахлорфенол
РЕ - фосфатидилэтаноламин
PSB - протонированное Шиффово основание
Ral - ретиналь,
Rh - родопсин Rol - ретинол
RPE65 - связывает эфиры полностью-отранс-ретинола, осуществляет их изомеризацию и гидролиз до 11 -гщс-ретинола (retinal pigment epithelium 65-kDa protein)
АФ - аутофлуоресценция глазного дна Бато5з5 - батородопсин БЛМ - бислойная липидная мембрана ВМД - возрастная макулярная дистрофия сетчатки ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография КВ 1 - метод конфигурационного взаимодействия с учетом однократных возбуждений
КВП - метод компенсации внутримембранного поля

КМ/ММ - метод квантовой и молекулярной механики
ЛГ - липофусциновые гранулы
М1, МП, МШ - метародопсины I, II и Ш
НСП - наружные сегменты палочек
ПДС - пигментная дегенерация сетчатки
ППЭ - поверхность потенциальной энергии
ПТР - полностью-транс-ретиналь
РДГ - ретинолдегидрогеназа
РПЭ - ретинальный пигментный эпителий
ТЕК - тиобарбитуровая кислота
УФ - ультра-фиолетовый свет
ФК - возбужденное состояние Франка-Кондона
Фото57о~ фотородопсин
ЭПР - электронный парамагнитный резонанс
ЯМР - ядерный магнитный резонанс
В диссертации представлены результаты экспериментальных данных и теоретических расчетов, касающихся функциональных свойств хромофора зрительного пигмента родопсина - 11-г/ис-ретиналя. Рассматриваются механизмы первой и единственной реакции в зрении - фотоизомеризации 11-гщс-ретиналя в транс-форму; роль 11 -гщс-ретиналя как лиганда-антагониста родопсина - С-белок-связывающего рецептора; флуоресцентные свойства производных полностью-транс-ретиналя - побочных продуктов фотолиза родопсина, и их возможный вклад в суммарную картину аутофлуоресценции глазного дна - современного неинвазивного метода диагностики зрительных патологий.

Исследование динамики фотопревращения родопсина, содержащего 11-гщс-ретиналь, а также аналоги 11-гщс-ретиналя с частичным или полным блокированием двойной связи Сц=С12, привело к выводу, что фотоизомеризация проходит в возбужденном состоянии и завершается в результате перехода молекулы в основное состояние с образованием первого продукта реакции фотородопсина (Фото57о), который, в свою очередь, переходит в следующий продукт - батородопсин (Бато535) (БсйоепКш ег а1., 1991; М^икагт Щ а1., 1993; Ре1еапи Щ а1., 1993; Капбоп е! а1., 1996). Изучение кинетических кривых образования первых продуктов реакции в фемто- и пикосекундном диапазонах, позволило обнаружить когерентные явления, связанные с фазированным движением ядер ретиналя в процессе реакции - с когерентными колебательными волновыми пакетами (БсЬоеЫеш е! а1., 1991; Wang е1 а1., 1994).
Использование методов флуоресцентной спектроскопии позволило непосредственно исследовать процессы, протекающие в возбужденном состоянии родопсина. В работе (КосЬепбое1ег е1 а1., 1996) были измерены спектры флуоресценции родопсина при возбуждении различными длинами волн. Квантовый выход флуоресценции составил (0.9 ± 0.3)* 10“5, а время жизни возбужденного электронного состояния 50 фс. Было показано, что спектр флуоресценции претерпевает коротковолновый сдвиг при изменении длины волны возбуждения от 568.2 к 472.7 нм. Это согласуется с идеей о том, что испускание происходит из нерелаксированных, нестационарных колебательных состояний возбужденной молекулы родопсина. В работе (Каш Щ а1., 2001) было показано, что квантовый выход реакции постоянен при возбуждении длинами волн от 450 до 500 нм, но при смещении в более красный диапазон спектра до 570 нм уменьшается на 5% до 0.62.
Изучение динамики возбужденного состояния при использовании фемтосекундной спектроскопии выявило двухкомпонентный спад кинетических кривых (Капбоп е! а1., 2001). Был сделан вывод о наличии двух