Обмен кальция и кальциевая обратная связь в палочках сетчатки амфибий

• Автор: Кузьмин, Дмитрий Георгиевич
• Шифр специальности: 03.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 103 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Цель и задачи исследования

Научная новизна результатов исследования.

Основные положения, выносимые на защиту

Теоретическая и практическая значимость работы.

Апробация работы.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Фототрансдукция и феномен световой адаптации в фоторецепторах

1.2. Обмен ионов Са2 в фоторецепторах. Свойства каналов, обменника и буфера.

1.2.1. Общее содержание Са в наружных сегментах
1.2.2. Каналы
1.2.3. Обменник
1.2.4. Обмен кальция и кинетика светоиндуцированных изменений его внутриклеточной концентрации.
1.2.5. Системы связывания кальция в наружном сегменте
1.3. Механизмы регуляции каскада фототрансдукции ионами Са2 .
1.3.1 Регуляция каналов
1.3.2. Регуляция гуанилатциклазы.
1.3.3. Кальциевая регуляция фосфорилирования родопсина.
1.3.4. Гипотетические механизмы регуляции каскада
1.4. Временной ход процессов адаптации. Сопоставление биохимических и физиологических данных.
Глава 2. МЕТОДЫ.
2.1. Препарат
2.2. Измерение внеклеточной концентрации Са при помощи ионселективного микроэлсктрода
2.3. Обработка результатов измерений внеклеточной концентрации Са2
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ.
3.1. Измерение светоиндуцированного выхода ионов кальция при помощи ионсслективного микроэлектрода
9 3.2. Математическая модель фототрансдукции и адаптации в палочке
3.3. Фотоответы одиночной палочки
3.4. Диапазон значений параметров модели.
3.5. Исследование математической модели
Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ.
4.1. Кинетика светоиндуцированных изменений цитоплазматической концентрации Са2 в интактных фоторецепторах
4.2. Математическая модель фототрансдукции и адаптации
в палочках лягушки.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Полученные в работе данные об обмене ионов кальция в цитоплазме палочки и их учет в математической модели фототрансдукции позволяют разрешить противоречия в теории фототрансдукции, связанные с недоучетом реальной кинетики обмена кальция в фоторецепторной клетке. Построенная модель является инструментом для дальнейшего исследования и позволяет указать направление для новых экспериментальных работ. Результаты исследования могут использоваться в курсах лекций по общей физиологии и физиологии сенсорных систем в биологических и медицинских ВУЗах. Апробация работы. Результаты исследования доложены на международном симпозиуме по зрительной рецепции Viii Ш в Твярмине Финляндия в году, XIX Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова в Екатеринбурге в году и конференции i в СанктПетербурге в году. Глава 1. Фототрансдукция и феномен световой адаптации в фоторецепторах. Механизмы внутриклеточной передачи сигнала в зрительных клетках особенно в палочках, детально изучены в последние десятилетия. В многочисленных обзорах последнего времени подробно суммированы результаты работ по биохимии, молекулярной биологии и электрофизиологии фоторецепторов обзоры Фирсов, Говардовский, Каламкаров, Островский , , i . v . v, i, , , . Палочки и колбочки имеют схожее строение и сходным образом реагируют на свет. Поглощение кванта света молекулой зрительного пигмента родопсина активирует биохимический каскад фототрансдукции, который регулирует мембранный потенциал фоторецептора. Мембранный потенциал создаегся в основном неравновесной концентрацией ионов К и . В темноте плазматическая мембрана наружного сегмента имеет высокую проницаемость для ионов и двухвалентных катионов, вследствие чего через нее входит ток т. А . Входящий поток катионов деполяризует клетку, поэтому мембранный потенциал составляет в темноте мВ. При освещении проводимость мембраны уменьшается, темновой ток падает и клетка гиперполяризуется. В темноте в синаптическом окончании фоторецептора происходит выделение медиатора глутамата, являющегося сигналом для последующих нейронов сетчатки. Гиперполяризация мембраны на свету приводит к блокированию выделения медиатора. Общая схема каскада фототрансдукции представлена на рис. Состояние катионных каналов плазматической мембраны наружного сегмента контролируется концентрацией внутриклеточного посредника циклического 3,5гуанозинмонофосфата цГМФ. ГМФ имеет кооперативный характер с коэффициентом кооперативности 23 . i, , . Концентрация свободного цГМФ в цитоплазме определяется балансом между его синтезом из ГТФ гуанилатциклазой ГЦ, являющейся единственным источником цГМФ в клетке, и светоуправляемым гидролизом до ГМФ, осуществляемым фосфодиэстеразой ФДЭ, которая является эффекторным белком каскада фототрансдукции. В темноте активность ФДЭ подавлена в результате взаимодействия ее каталитических а и 5субъединиц с ингибиторными усубъединицами. Концентрация свободного цГМФ высока 24 мкМ, что поддерживает 35 каналов в открытом состоянии. Поглощение родопсином кванта света вызывает ряд последовательных конформационных изменений молекулы, переводящих ее в каталитически активное состояние метародопсин П, способное катализировать реакцию обмена ГДФ на ГТФ на ГТФсвязывающем белке белке трансдуцине Т. Скорость активации трансдуцина составляет 00 с1 v . v . За время жизни в активном состоянии метародопсин II успевает активировать несколько сотен молекул трансдуцина. После обмена ГДФ на ГТФ тримср трансдуцина диссоциирует на активную ТаГТФ и неактивную Т субъединицы. ТаГТФ, диффундируя вдоль мембраны диска, связывается с регуляторной усубъединицей ФДЭ. Связывание ТаГТФ с ФДЭу снимает ингибирование и увеличивает примерно на два порядка скорость гидролиза ею цГМФ. Падение концентрации цГМФ в цитоплазме приводит к закрытию каналов и уменьшению темнового тока. Выключение каскада и возврат к темновому состоянию происходят на всех его этапах. Частичная инактивация метародопсина II происходит за счет фосфорилирования его родопсинкиназой .