1. Анатомия и физиология сетчатки

Физиология сетчатки

Фототрансдукция — преобразование световой энергии в электрический сигнал — протекает как каскад из трёх этапов: активация пигмента, распознавание циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ) и гиперполяризация.

Наружные сегменты фоторецепторов содержат светочувствительный пигмент родопсин. Родопсин состоит из двух частей: белка опсина и молекулы альдегида витамина A (ретиналя). В темноте ретиналь находится в форме 11-цис-ретинальдегида — изогнутой молекулы. Фотон света взаимодействует с 11-цис-ретинальдегидом, вызывая его поворот вокруг 11-го атома углерода с образованием полностью транс-ретинальдегида. Эта молекула прямая. Такое изомерное превращение ретиналя вызывает конформационное изменение опсиновой части белка, окружающей молекулу ретиналя.

После того как свет изменил конформацию родопсина — крупного трансмембранного белка, — меняются структура и плотность плазматической мембраны вокруг него. Это приводит к стимуляции G-белка трансдуцина. Активация молекулы пигмента ведёт к снижению концентрации вторичного посредника — цГМФ. G-белок трансдуцин стимулирует цГМФ-фосфодиэстеразу, которая, в свою очередь, превращает цГМФ в 5'-ГМФ. Таким образом, на свету концентрация цГМФ в цитоплазме резко снижается.

В наружном сегменте фоторецептора много натриевых каналов, управляемых цГМФ. Каналы Na+ удерживаются открытыми высокой концентрацией цГМФ и поэтому в темноте открыты. Когда свет заставляет трансдуцин запустить превращение цГМФ в 5'-ГМФ, эти каналы Na+ закрываются.

В темноте ионы Na+ входят в наружный сегмент фоторецептора через множество натриевых каналов, управляемых цГМФ. Этот ток уравновешивается активным транспортом Na+/K+-АТФазы во внутреннем сегменте фоторецептора. Таким образом, в темноте существует ионный ток Na+ (так называемый темновой ток) от наружного сегмента к внутреннему, который активно поддерживается насосом Na+/K+-АТФазы во внутреннем сегменте и пассивно обеспечивается натриевыми каналами наружного сегмента, управляемыми цГМФ. Этот ток вызывает постоянную деполяризацию плазматической мембраны в области синаптического окончания фоторецептора, что приводит к выделению нейромедиаторов.

Итак, свет снижает концентрацию цГМФ в наружном сегменте фоторецептора, что, в свою очередь, закрывает натриевые каналы. Свет прекращает темновой ток, и фоторецептор гиперполяризуется (все фоторецепторы отвечают на свет гиперполяризацией). Это, в свою очередь, прекращает выделение нейромедиаторов из синаптического окончания. Важно помнить, что фоторецептор в норме выделяет нейромедиатор в темноте, когда он не стимулирован, и прекращает его выделять, когда свет стимулирует фоторецептор.