Математическое моделирование процесса фототрансдукции в палочках сетчатки

• Автор: Юнусов, Руслан Рауфович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Становится очевидным, что успехи в понимании молекулярных механизмов взаимодействия ключевых белков фототрансдукции родопсина, вбелка, родопсиновой киназы и арестииа открывают реальную возможность для подобного рода исследований в отношении молекулярных механизмов трансдукции других модальностей. При описании сложных биохимических систем, начиная с некоторого момента описание лишь отдельных этапов перестает быть информативным для понимания общей картины. Учитывая то, что в последние годы накопилось большое количество новых данных относительно детальных молекулярных механизмов, обеспечивающих процесс фототрансдукции, представляется весьма актуальным их обобщение в рамках кинетической математической модели. С одной стороны это может позволить получить более глубокое понимание системы взаимосвязей в процессе сигнальной трансдукции. С другой стороны математическая модель позволяет свести воедино экспериментальные данные, полученные различными методами и проверить их на противоречивость друг другу. Целыо представленной работы было вопервых, обобщить современные представления о молекулярных механизмах фототрансдукции в рамках математической кинетической модели. Вовторых, проверить на противоречивость друг другу ряд экспериментальных данных, полученных различными методами. Молекулярные механизмы фоторецепции. На сегодняшний день палочки являются гораздо лучше изученным объектом, нежели колбочки, поэтому палочки были выбраны в качестве объекта исследования в представленной работе. Палочек в сетчатке млекопитающих, в том числе человека, примерно 0 миллионов на одну сетчатку, причем расположены они преимущественно по периферии ее зрительной части Филипов и др. Палочки представляют собой длинные узкие клетки, свое название они получили изза формы наружных сегментов, которые имеют цилиндрическую форму рис. В наружном сегменте присутствуют зрительный пигмент родопсин и катаболические ферменты, необходимые для осуществления функции световой антенны, соответствующий процесс передачи зрительного сигнала называется фототрансдукцией. Наружный сегмент палочки НСП представляет собой стопку из сотен или даже тысяч так называемых фоторецепторных дисков. Рис. Клеточная структура сетчатки глаза А и схема строения палочки сетчатки Б. Позднее диск как бы отпочковываются от плазматической мембраны, превращаясь в замкнутые структуры, и становятся независимыми как от нее, так и друг от друга. Тем самым наружная поверхность плазматической мембраны оказывается внутренней поверхностью дисков, а их просвет ведет свое происхождение от внеклеточного пространства Филипов и др. На диски приходится подавляющая часть массы НСП, в то время как на плазматическую мембрану всего , Абдулаев и Артамонов, . При этом около общего белка НСП составляет интегральный пигментный белок родопсин v, . Такая структурная организация обеспечивает узкую специализацию палочек, единственной функцией которых является улавливание световых квантов и преобразование их в химический сигнал, передаваемый по цепочке следующим нейронам. Механизм фототрансдукции обеспечивает преобразование и усиление первичного светового сигнала почти в миллион раз и представляется в настоящее время следующим образом Каламкаров, Островский, , i . Квант света поглощается хромофорной группой молекулы родопсина, что приводит к его переходу в полностыотранс форму. Эта реакция происходит менее чем за 0 фемтосекунд и является первой и единственной фотохимической реакцией в зрении. Цистранс переход ретиналя вызывает конформационную перестройку белковой части молекулы опсина, которая происходит в миллисекундном интервале. Конформационно измененный родопсин приобретает способность взаимодействовать со следующим белком в цепи белком, или, как он называется в зрительной клетке, трансдуцином Т Рере, . Трансдуцин представляет собой гстеротримерный белок состоящий из субъединиц с молекулярными массами , и 8 кД , . Возбужденный родопсин связывается с трансдуцином, инициируя тем сам замену молекулы гуанозиндифосфата ГДФ прикрепленной к асубъединице трансдуцина на гуанозиитрифосфат ГТФ , , . Далее тример трансдуцина отделяется от родопсина и распадается на русубъединицу и аГТФ субъединицу.