145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
145. Omów, na czym polega zmiana sygnału mechanicznego na elektryczny w komórkach
zmysłowych.
Mechanoreceptory. W ostatnich latach poznano bliżej szczególny rodzaj receptorów, zlokalizowanych w uchu
wewnętrznym, reagujących na drgania akustyczne, a także na przyspieszenie i zmiany równowagi organizmu. Są
to komórki mające na jednym z końców włosowate wyrostki - slereocilia - ułożone w pęczek o jednej tylko
płaszczyz
nie symetrii. Odkształcenie wyrostków w określonym kierunku powoduje depolaryzację komórki w
okolicy pęczka, która rozprzestrzenia się ku podstawie komórki i tam aktywuje kanały przepuszczające jony
wapniowe. Wniknięcie Ca2+ do komórki powoduje wydzielenie neuroprzekaz
nika do synapsy i generacjÄ™
potencjału czynnościowego w nerwie kontaktującym się z receptorem.
Receptor reaguje już na odkształcenia rzędu 0,1 nm i na bodz
ce o częstotliwości do 10 kHz.
Receptorowe komórki włosowate rozmieszczone w narządzie słuchu - w błonie podstawnej ślimaka ucha -
reagują na drgania akustyczne udzielające się tej błonie. Inne komórki włosowate, znajdujące się w błędniku,
reagują na przemieszczenia błony oto litycznej pod wpływem przyspieszeń, jakich doznaje organizm. Jak widać,
ten sam typ receptorów może dostarczać informacji o zupełnie różnych bodz
cach. Komórka receptorowa
reaguje na odkształcenia leżące w płaszczyz
nie symetrii pęczka wyrostków lub mające składową leżącą w tej
płaszczyz
nie; może więc wyróżniać kierunek działającego bodz
ca. Odkształcenia w jednym kierunku powodują
depolaryzację, a w drugim - hiperpolaryzację komórki. Molekularny mechanizm zmian przepuszczalności błony
receptora pod wpływem odkształcenia wyrostków nie jest jeszcze poznany. Wiadomo, że aktywacji ulegają
kanały potasowe i przepływ tych jonów jest odpowiedzialny za pierwszy etap depolaryzacji.
Nie poruszyliśmy dotychczas problemu zamiany sygnału mechanicznego na elektryczny w narządzie
spiralnym. Zamiana ta dokonuje się w komórkach zmysłowych.
Rys pokazuje jedynie bardzo pobieżnie narząd spiralny wraz z komórkami zmysłowymi (lub: rzęsatymi)
wewnętrznymi (pojedynczy rząd) oraz zewnętrznymi (co najmniej trzy rzędy), przy czym - jak widać to dobrze
na ryc. poniżej - wyróżnikiem przynależności do jednej z tych klas jest położenie względem tunelu Cortiego.
Strona 1 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
Obie klasy są przykryte "od góry" błoną nakrywkową. U człowieka liczba wewnętrznych komórek zmysłowych
(WKZ) wynosi około 3 500, a zewnętrznych (ZKZ) jest około 20 000. Istotną różnicą między obydwiema klasami
tych komórek jest, że WKZ zabierają aż około 95% unerwienia aferentnego (około dwadzieścia włókien
nerwowych tworzy aferentne synapsy na każdej komórce wewnętrznej), podczas gdy jedno włókienko
aferentne "zasila" aż kilkanaście ZKZ. Wreszcie w odróżnieniu od komórek zewnętrznych -unerwienie aferentne
komórek wewnętrznych jest mieliniowane, co powoduje oczywistą różnicę czasową w rejestracji przez
centralny układ nerwowy sygnału pochodzącego od obu klas tych komórek (jak wiadomo mielina przyspiesza
transmisję w układzie nerwowym). Wreszcie, komórki zewnętrzne zabierają większość unerwienia eferentnego;
współczesne badania anatomiczne zdają się potwierdzać ponadto, że rzęski (cilia) tylko komórek zmysłowych
zewnętrznych są "wtopione" w błonę nakrywkową. Dodajmy na koniec, że odpowiednim transmiterem
"eferentnym" w ZKZ jest zapewne acetylocholina.
Przez wiele lat nie była jasna różnica roli, jaką w percepcji i analizie dz
więku odgrywają oba typy komórek.
Wiadomo było jednak od dawna, że pewne ototoksyczne leki selektywnie uszkadzają komórki zewnętrzne nie
naruszając komórek wewnętrznych (ani unerwienia aferentnego) i że u zwierząt prowadzi to do utraty
słyszalności wynoszącej około 40 dB. Narzucało się więc natychmiast podejrzenie, że komórki zewnętrzne po
prostu sÄ… odpowiedzialne za detekcjÄ™ dz
więków cichych. Dzisiejszy pogląd na to zagadnienie jest jednak inny -
komórki zewnętrzne są mianowicie potrzebne do wzmocnienia odpowiedzi komórek wewnętrznych,
właściwych detektorów ruchu błony podstawnej, na padający dz
więk, przy czym współczynnik wzmocnienia
może iść tutaj w dziesiątki. Na potwierdzenie tej tezy można przytoczyć stwierdzony doświadczalnie fakt, że
mechaniczna odpowiedz
błony podstawnej (jej wychylenie) na padający dz
więk zmniejsza się wraz ze wzrostem
liczby uszkodzonych ZKZ.
Jaki byłby mechanizm omawianego wzmocnienia? Po odkryciu faktu, że ZKZ zawierają białka kurczliwe
jak aktyna i miozyna, odpowiedz
wydawała się prosta - zmiana potencjału błonowego prowadzi do skurczu ZKZ
analogicznego (przynajmniej z biochemicznego punktu widzenia) do skurczu mięśnia. Tak więc, zaktywowana
komórka zewnętrzna mogłaby - bezpośrednio lub poprzez bodz
ce eferentne - kurczyć się niczym komórka
mięśniowa, potęgując ruch błony podstawnej wywołany padającym dz
więkiem i prowadząc tym samym do
wzmocnionej odpowiedzi WKZ. Zauważmy, że aferentne unerwienie WKZ jest wyposażone w niezbędną do
tego celu mielinę. W ten sposób wywołany padającym dz
więkiem sygnałeferentny mógłby "zdążyć" wzmocnić
odpowiedz
WKZ przed jej wygaśnięciem.
Jak się jednak okazało - jakkolwiek zarysowana właśnie ogólna idea jest słuszna - sam mechanizm
odpowiedzi mechanicznej ZKZ musi być inny. Mianowicie, olbrzymia szybkość reakcji tych komórek na bodziec
wyklucza klasyczny, zależny od jakiegokolwiek "wtórnego przekaz
nika" (na przykład jonów wapnia) mechanizm
typu tworzenie kompleksu aktyn a-miozyna (i następna, zależna od ATP, "dysocjacja" tego kompleksu). ZKZ
Strona 2 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
ponadto wykazują w doświadczeniach in vitro zdolność "poruszania się" w całkowitej nieobecności ATP, co
więcej, utrzymują ją przez czas idący w godziny. Ostatnio, bazując na wynikach całego szeregu wyrafinowanych
pomiarów elektrofizjologicznych, Ashmore zaproponował wyjaśnienie zagadki "kurczliwości" ZKZ. Mianowicie,
zmiana potencjału błonowego ZKZ i związana z tym zmiana natężenia pola elektrycznego w błonie komórkowej
prowadzi według niego do pewnego przesunięcia ładunków elektrycznych w,. tej błonie (odpowiednia
makromolekuła w błonie ZKZ określana jest przez Ashmore jako "silnik"), zaś przesunięcie to - a właściwie
związana z .nim zmiana konformacyjna w "silniku" - zmienia powierzchnię błony komórkowej, przy czym
zmiana ta wynosi kilka procent. Pokrywa się to z wynikami eksperymentów przeprowadzonych przez Brow'llella
i współpracowników w drugiej połowie lat osiemdziesiątych, że ZKZ zwiększają długość w odpowiedzi na
hiperpolaryzację (obniżenie potencjału błonowego), zmniejszają się natomiast w skutek depolaryzacji. Wydaje
się, że w warunkach in vivo owa zmiana potencjału błonowego wywoływana jest przede wszystkim - w sposób
już opisany powyżej - przez układ eferentny.
Podkreślmy raz jeszcze z całą mocą, że rolą ZKZ jest jedynie wzmocnienie odpowiedzi na dz
więk, podczas gdy
właściwym detektorem dz
więku są komórki wewnętrzne.
Jak ruch błony podstawnej objawia się jednak sygnałem elektrycznym przekazywanym przez komórki
wewnętrzne nerwowi ślimakowemu? Komórka zmysłowa nie posiada wypustki i tworzy połączenia synaptyczne
z dwubiegunowymi komórkami zwojowymi, których aksony z kolei konstytuują aferentną część nerwu
ślimakowego. W błonie położonych "na szczycie" komórki zmysłowej rzęsek znajdują się kanały jonowe, których
prawdopodobieństwo otwierania się zależy od naprężenia tej błony (lub, innymi słowy, od pozycji, jaką rzęski
zajmują w odniesieniu do samej komórki zmysłowej). Zauważmy, że mamy tu do czynienia z nowym,
stosunkowo niedawno odkrytym, typem kanału jonowego (aktywowanym naprężeniem w odróżnieniu od
świetnie znanych - nie tylko w układzie nerwowym - kanałów aktywowanych napięciem oraz ligandami
(agonistami). Z kolei, u podstawy komórki zmysłowej znajdują się kanały wapniowe zależne od napięcia, które
w spoczynku komórki zmysłowej (potencjał spoczynkowy tej komórki jest ujemny) są zamknięte i które
otwierają się dopiero wskutek (dostatecznie dużej) depolaryzacji.
Powstanie fali wędrującej wewnątrz ślimaka wywołane padającym dz
więkiem powoduje oczywiście ruch
rzęsek, i - jeśli natężenie dz
więku jest dostatecznie duże - otwiera wspomniane właśnie, zależne od naprężenia
kanały jonowe w ich błonie, powodując wzmożony transport kationów przez tę błonę (głównie wpływ jonów
potasu, na których duże stężenie w endolimfie zwracaliśmy już uwagę poprzednio). Wynikła stąd depolaryzacja
błony rzęsek rozchodzi się ku podstawie
komórki zmysłowej, gdzie otwiera napięciowo-zależne kanały wapniowe. Wpływające z kolei przez te kanały do
cytoplazmy jony wapnia indukują - w sposób uniwersalnie występujący w kolbkach synaptycznych - fuzję
pęcherzyków zawierających neurotransmiter z błoną presynaptyczną i jego egzocytozę. Neurotransmiter ten
jest pobudzający, prowadzi więc do depolaryzacji błony postsynaptycznej (generuje tzw. EPSP) i - jeśli tylko
powstały EPSP jest co najmniej progowy - do inicjacji potencjału czynnościowego w odpowiednich aksonach
aferentnych.
Ciągle nie jest znany transmiter przekazujący impuls elektryczny z komórek zmysłowych do nerwu
ślimakowego. Nieustannie rosnąca liczba argumentów przemawia za glutaminianem i choć ostatecznego
dowodu nadal brak, to jest on najpoważniejszym kandydatem. Sekwencję omawianych wydarzeń przedstawia
ryc poniżej
Strona 3 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
Ostatnio okazało się, że kanał zależny od naprężenia blokowany jest przez gentamycynę, co całkowicie
wyjaśnia ototoksyczne działanie tego leku. Z kolei furosemid (lek stosowany w celu zwiększonego wydalania
wody z organizmu) wpływa inhibtująco na pompowanie potasu do przewodu ślimakowego. W świetle za-
rysowanego właśnie mechanizmu transformacji sygnału mechanicznego na elektryczny jest jasne, iż lek ten
będzie osłabiać odpowiedz
elektryczną ucha wewnętrznego (przy nie zmienionej odpowiedzi mechanicznej),
bowiem zależny od różnicy stężeń między przewodem ślimakowym a wnętrzem komórki zmysłowej wpływ
jonów potasu do komórek zmysłowych będzie wówczas mniejszy, a więc mniejsza będzie też ich depolaryzacja.
150. Właściwości optyczne rodopsyny.
Strona 4 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
Rodopsyna, purpura wzrokowa  związek chemiczny znajdujący się w narządzie wzroku (dokładniej w
siatkówce) głowonogów, stawonogów i kręgowców. Rodopsyna znajduje się w pręcikach, składa się z białka
opsyny i retinalu (retinenu). Izomer retinalu 11-cis pod wpływem światła docierającego do rodopsyny zmienia
się w jego drugi izomer - formę trans. Forma ta rozpada się, tworzy się metarodopsyna II, która przypuszczalnie
wywołuje reakcję komórek pręcikowych na światło. Metarodopsyna II pod wpływem witaminy A powraca do
formy 11-cis, Å‚Ä…czy siÄ™ z powrotem z opsynÄ… w czÄ…steczkÄ™ rodopsyny gotowÄ… do rozpadu. Nazywa siÄ™ to cyklem
widzenia. Istotny wydaje się być sposób pobudzenia neuronów w siatkówce.
Retinal - aldehyd witaminy A, jest chromoforem dwóch ważnych pigmentów rodopsyny i bakteriorodopsyny.
Rodopsyna występuje w komórkach wzrokowych: pręcikach i czopkach, a bakteriorodopsyna w błonach
purpurowych bakterii. Retinal jest związany kowalencyjnie za pośrednictwem dodatnio naładowanej zasady
Strona 5 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
Schiffa z białkiem opsyną lub bakterioopsyną. W retinalu grupę końcową stanowi tlen grupy karbonylowej,
który w zasadzie Schiffa. podstawiony jest atomem azotu lizyny. W Todopsynie absorpcja fotonu powoduje
izomeryzacjÄ™ retinalu od formy 11-cis do formy all-trans. Odtwarzanie struktury 11-cis retinalu zachodzi przy
udziale dehydrogenazy retinalowej i izomerazy retinalowej.
Znane są również inne izomery retinalu 9-cis i 13-cis retinal. W układach biologicznych najczęściej spotykany
jest 11-cis retinal, który najsilniej pochłania światło. Podstawowe pasmo absorpcji retinalu leży w pobliżu 380
nm. Protonowana zasada Schiffa ma pasmo absorpcji blisko 450 nm, a rodopsyna w pobliżu 500 nm.
Retinal jest czułym chromoforem, który odbiera bodz
ce światła - fotony w zakresie światła widzialnego. W
pręcikach związkiem wrażliwym na światło jest rodopsyna, która jest integralnym białkiem błonowym. Jej masa
cząsteczkowa wynosi około 38 000 Da. Opsyna nie absorbuje światła widzialnego. Rodopsyna składa się z
opsyny i 11-cis retinalu, który jest związany z opsyną poprzez protonowaną zasadę Schiffa. 11cis retinal
rodopsyny tworzy poprzez zasadÄ™ Schiffa mostek solny z ujemnym przeciw-jonem. Grupa aldehydowa 11-cis
retinalu wiąże się z a-aminową grupą specyficznej reszty lizynowej opsyny. W spółczynnik absorpcji rodopsyny
dla A = 500 nm wynosi 40 000 cm-Imol-1. Rodopsyna jest transmembranowym białkiem dysków pręcika.
Zbudowana jest z dwóch hydrofilowych domen N i C oraz siedmiu ą-helikalnych struktur hydrofobowych.
Domena N, ze względu na grupę NH3; ma ładunek dodatni i jest zwrócona do wewnętrznego obszaru dysku.
Domena C ze względu na grupę COO- ma ładunek ujemny i znajduje się w cytoplazmie komórki
fotoreceptorowej. Retinal znajduje siÄ™ w kieszonce utworzonej przez domeny hydrofobowe i jest zwiÄ…zany z
jedną z nich. Zajmuje on centralne położenie w błonie dysku. Strukturalny model rodopsyny przedstawiony na
został zaproponowany przez E. Dratza i P. Hareravea.
Pod wpływem absorpcji kwantu promieniowania zachodzi w rodopsynie izomeryzacja 11-cis retinalu do
całkowicie trans (all-trans) retinalu, poprzez obrót łańcucha zawierającego azot względem osi obrotu Atom
azotu zbliża się do osi przechodzącej przez 11 i 12 atom węgla na skutek obrotu retinalu. Wiązanie typu zasady
Schiffa zmienia położenie względem pierścienia chromoforowego o blisko 0,7 nm. Energia fotonu przekształca
się w energię elektrochemiczną. W wyniku absorpcji fotonu połączenie typu zasady Schiffa w rodopsynie jest
niestabilne. W naświetlonej rodopsynie zachodzi seria zmian konformacyjnych prowadząca do hydrolizy
wiązania typu zasady Schiffa. Proces ten jest nazywany w literaturze wybielaniem rodopsyny, ponieważ
rodopsyna pochłania w widzialnym, a retinal w nadfioletowym zakresie widma. Pochłonięcie fotonu przez
rodopsynę powoduje powstanie pigmentu zwanego batorodopsyną, którego absorpcja przesunięta jest w
kierunku czerwonego zakresu widma (max = 543 nm). Wszystkie następne reakcje są reakcjami termicznymi, a
fotony światła nie odgrywają w nich żadnej roli.
Metarodopsyna I pojawia się wokoło 10-5 s po absorpcji fotonu, a metarodopsyna II po upływie 10-3 s. Proces
hydrolizy zasady Schiffa w metarodopsynie II trwa około 60-100 sekund i nie bierze udziału w procesie
widzenia. Czas tworzenia batorodopsyny jest sumą czasów dwóch procesów izomeryzacji i przeniesienia
protonu. Izomeryzacja trwa około 2,20"10-12 s. Przeniesienie protonu z jednego przeciw-jonu na Inny, który jest
umieszczony w pobliżu chromoforu zachodzi w ciÄ…gu 0,90"10-12-2,40‡10-12 s. Proces przeniesienia protonu
zachodzi w stanie podstawowym molekuły. Naładowane ugrupowania chemiczne, które umieszczone są blisko
chromoforu (11-cis retinalu) wywołują przesunięcie widma w kierunku czerwieni. Absorpcja fotonu przez II-cis
retinal wywołuje w rodopsynie zmianę struktury białka, a na powierzchni błony utworzenie specyficznego
miejsca wiązania enzymów peryferyjnych. Wzbudzona rodopsyna aktywuje enzym - fosfodiesterazę cyklicznego
GMP (PDE) za pośrednictwem białka GT. To jest z książki skąd są wzięte te zdjęcia na slajdach.
Strona 6 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
147.Odpowiedz
komórek zwojowych na pobudzanie światłem.
Pobudzenie komórek fotoreceptorowych w siatkówce oka kręgowców powoduje pobudzenie komórek
dwubiegunowych i komórek horyzontalnych. Komórki dwubiegunowe pobudzają komórki zwojowe, komórki
horyzontalne natomiast hamują komórki dwu-biegunowe w najbliższym sąsiedztwie. Komórki zwojowe są
właściwymi neuronami czuciowymi, a ich aksony (neuryty) tworzą nerw wzrokowy (ryc. 156). Cechą
charakterystyczną komórek zwojowych jest spontaniczne generowanie przez nie potencjałów czynnościowych,
które "strzelają" z częstotliwością ok 10Hz, gdy komórki nie są pobudzane.
156
Każdy z czopków łączy się poprzez komórkę dwubiegunową z oddzielną komórką zwojową. Komórki
amakrynowe (RA) są pobudzane przez komórki dwu-biegunowe. Działanie ich jest skierowane na bocznie leżące
komórki zwojowe. Komórki amakrynowe i dwubiegunowe znoszą stan pobudzenia bocznie umiejscowionych
(sąsiednich) komórek fotoreceptorowych (pręcików i czopków). Mechanizm hamowania odgrywa ważną rolę w
zwiększaniu kontrastowości szczegółów odbieranego obrazu. Potencjał hiperpolaryzacyjny czopków i pręcików
jest przekazywany poprzez synapsy na komórki dwubiegunowe i horyzontalne. Pręciki są połączone
dwubiegunowymi komórkami pręcikowymi (RB), które po pobudzeniu pręcika ulegają depolaryzacji.
Dwubiegunowa komórka pręcika (RB) połączona jest z komórką amakrynową (ryc. 156). Komórki amakrynowe
pręcików (RA) ulegają depolaryzacji. Impuls elektryczny (depolaryzacja) z komórki amakrynowej pręcika
pobudza (aktywizuje) komórkę zwojową (ON-G). Komórka amakrynowa pręcika hamuje dezaktywujacą
komórkę zwojową (OFP-G) poprzez hamującą synapsę glicynową. Komórki dopaminowe (nie pokazane na ry-
sunku) tworzą antagonistyczne otoczenie, które wpływa hamująco na komórki amakrynowe pręcików. Czopki
łączą się z czopkową depolaryzującą komórką dwubiegunową (DCB) oraz z czopkową hiperpolaryzującą
komórką dwubiegunową (HCB). Komórka (DCB) przekazuje impulsy do komórek zwojowych (ON_G), a komórki
(HCB) do komórek zwojowych (OFP-G). Neurotransmiterami synaps hamujących są glicyna i anion kwasu 2-
amino-4-fosforomasłowego (ABB). Synapsami pobudzającymi są synapsy elektryczne (ang. gap-junctions) bądz

synapsy chemiczne. Neurotransmiterem wszystkich synaps pobudzajÄ…cych chemicznych jest glutaminian.
Substancją przenoszącą impulsy nerwowe w synapsach pomiędzy komórkami dwubiegunowymi i zwojowymi
jest acetylocholina. Kwas gamma-aminomasłowy (GABA) powoduje zmniejszenie odpowiedzi na światło ko-
mórki zwojowej. Kwas glutaminowy potęguje samoistną czynność komórki zwojowej. Podobnie jak w innych
komórkach nerwowych za depolaryzację i hiperpolaryzację omawianych powyżej komórek odpowiedzialny jest
mechanizm sodowo-potasowy. Jednakże, ze względu na dużą różnorodność specyficznych kanałów sodowych i
potasowych biorących udział w procesach pobudzania lub/i hamowania tych komórek szczegółowy opis
Strona 7 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
działających tu mechanizmów nie jest jeszcze do końca poznany. Każdej komórce zwojowej odpowiada pewien
obszar siatkówki nazywany polem recepcyjnym danej komórki zwojowej. Pole recepcji podzielone jest zawsze
na dwie strefy: centrum i otoczenie. W zależności od reakcji komórki. zwojowej na drażnienie światłem strefy
centrum lub otoczenia wyróżniamy dwa typy komórek; nazywane są one ON-G oraz OFP-G. Komórki zwojowe
ON-G (on centrum) są pobudzane, gdy kwant światła pada na obszar centrum. Są one natomiast hamowane,
gdy światło pada na obszar otoczenia. Komórki typu OFP-G (off centrum) ulegają hamowaniu przy oświetleniu
centrum i pobudzeniu przy oświetleniu otoczenia. Odpowiedzi komórek ON-G i OFF-G na drażnienie pola
recepcji w strefach centrum i otoczenia przedstawione są na ryc. 157. Podrażnienie fragmentu centrum
komórki ON-G powoduje wzrost częstotliwości potencjałów czynnościowych, natomiast drażnienie fragmentu
otoczenia powoduje spadek częstotliwości impulsów. Gdy drażniony jest cały obszar centrum, to obserwowany
jest największy wzrost częstotliwości impulsów; drażnienie całego otoczenia prowadzi do chwilowego
wyłączenia potencjałów czynnościowych. Jednoczesne pobudzanie fragmentów centrum i otoczenia powoduje
zakodowanie informacji w częstotliwości potencjałów czynnościowych.
Jak widać na ryc. 157, pobudzanie centrum i otoczenia pola recepcji komórek typu OFF-G daje również
modulację częstotliwości potencjałów czynnościowych, lecz obserwowane efekty są odwrotne niż w przypadku
komórek ON-G.
Sygnały generowane przez komórki fotoreceptorowe docierają do komórek zwojowych różnymi drogami, w
zależności od tego czy pochodzą one z obszaru centrum, czy otoczenia pola recepcji. Gdy światło pobudza
centrum to sygnał przekazywany zostaje bezpośrednio komórkom dwubiegunowym i następnie zwojowym.
Sygnał wywołany pobudzeniem obszaru otoczenia transmitowany jest lateralnie: za pośrednictwem komórek
horyzontalnych i amakrynowych.
" Ze względu na szybkość przewodzenia impulsów nerwowych komórki zwojowe dzielimy na trzy
kategorie: Ä…, ² i Å‚. Komórki zwojowe Ä… (klasy I - neurony Y) sÄ… grube, posiadajÄ… grubÄ… osÅ‚onkÄ™
mielinową i szybko przewodzą impulsy. Na oświetlenie odpowiadającego im pola recepcji reagują
krótką fazową odpowiedzią.
" Komórki zwojowe ² (klasy II - neuroony X) sÄ… mniejsze od neuronów Ä… i posiadajÄ… jedynie cienkÄ…
osłonkę mielinową. Na oświetlenie odpowiadającego im pola recepcji reagują ciągłym, tonicznym
pobudzeniem. SÄ… one zwiÄ…zane z procesami widzenia barwnego.
" Komórki zwojowe ł (klasy III - neurony W) są małe, stożkowate i posiadają silnie rozgałęzione
dendryty. Reagują one na ruch obiektów oraz sterują motoryką z
renicy.
Strona 8 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
148. Scharakteryzuj współdziałanie systemów transportu jonów podczas pobudzenia
fotoreceptora.
W siatkówce oka człowieka występują dwa rodzaje komórek fotoreceptorowych: pręciki i czopki
Pręciki nie rozróżniają barw i mogą być pobudzane przez pojedynczy foton. Trzy typy czopków wrażliwych .na
trzy podstawowe barwy: niebieską, zieloną i czerwoną warunkują rozróżnianie wszystkich barw. Czopki
odbierajÄ… bodz
ce światła o silnym natężeniu. W siatkówce oka człowieka znajduje się około 3"106 czopków i
około 1,2"109 pręcików.
Komórka prÄ™cika ma wysmukÅ‚y ksztaÅ‚t o Å›rednicy okoÅ‚o 1 µm i dÅ‚ugoÅ›ci okoÅ‚o 40 µm. Segment
zewnętrzny łączy się z wewnętrznym przez połączenie rzęskowe. Poniżej segmentu wewnętrznego znajduje się
jądro zlokalizowane blisko ciała synapsy, które tworzy synapsę z komórką dwubiegunową. Segment zewnętrzny
jest wyspecjalizowany w odbieraniu fotonów. Zamknięte, spłaszczone woreczki dysków o grubości 16 nm, które
są ułożone jeden na drugim, wypełniają segment zewnętrzny pręcika. W segmencie zewnętrznym pręcika
znajduje się od 1000 do 2000 dysków zawierających około 40 milionów cząsteczek fotoreceptora - rodopsyny.
Wytwarzanie ATP i aktywna synteza białek zachodzi w szybkim tempie w segmencie wewnętrznym pręcika,
który zawiera liczne rybosomy i mitochondria. W błonie segmentu wewnętrznego pręcika działa pompa
sodowo-potasowa transportująca jony sodu na zewnątrz komórki a jony potasu do jej wnętrza. Oprócz tego w
ciemności jony Na+ są biernie transportowane do wnętrza komórki pręcika przez specyficzne kanały kationowe
zewnętrznej błony segmentu zewnętrznego, aktywowane przez cykliczny GMP. Jony potasu są biernie
transportowane przez błonę segmentu wewnętrznego na zewnątrz. Przez otwarte kanały kationowe
aktywowane przez cGMP do wnętrza komórki wnikają również (oprócz jonów sodu) jony wapnia, które
wpływają hamująco na produkcję cGMP. Dziesięciokrotne zmniejszenie stężenia jonów Ca2+ we wnętrzu
komórki (występujące po zamknięciu kanałów kationowych) jest sygnałem aktywującym cyklazę guanylanową,
która katalizuje syntezę cGMP. Poziom stężenia jonów wapnia i sodu we wnętrzu pręcika jest dodatkowo
regulowany przez mechanizm wymiany Na+/Ca2+, K+, który transportuje jony wapnia i potasu na zewnątrz
komórki a jony sodu do jej wnętrza. Mechanizm ten działa niezależnie od procesów pobudzenia komórki
fotoreceptorowej. Gdy fotony nie oddziałują na zewnętrzny segment pręcika stężenie cGMP w komórce jest
duże. cGMP łączy się z kanałami kationowymi zewnętrznego segmenJu pręcika. Kanały kationowe w tym stanie
konformacyjnym są otwarte, jony sodu i wapnia wnikają więc do komórki. Pobudzenie pręcika przez fotony
prowadzi do zmiany konformacyjnej kanałów kationowych. Kanały kationowe zewnętrznego segmentu pręcika
są zamykane, ponieważ stężenie cGMP w komórce gwałtownie maleje. Maleje więc współczynnik przenikania
błony zewnętrznego 'segmentu pręcika dla jonów sodu i wapnia. W wyniku zamknięcia kanałów kationowych
zmniejsza się dopływ jonów Na+ oraz Ca2+ do komórki, zwiększa się ładunek ujemny w pręciku, a błona
segmentu zewnętrznego ulega hiperpolaryzacji .Hiperpolaryzacja jest biernie przekazywana przez zewnętrzną
błonę plazmatyczną do ciała synaptycznego.
Należy podkreślić, że bierny transport jonów sodu i wapnia przez kanały kationowe aktywowane cGMP jest
odpowiedzialny za hiperpolaryzację błony zewnętrznej i wzmocnienie odpowiedzi komórki fotoreceptorowej na
bodziec światła - foton. Chromoforem w pręcikach i we wszystkich trzech rodzajach czopków jest 11-cis retinal.
Obserwowane przesunięcia widma są wywoływane różnicami: w konformacji retinalu, wiązaniach chromoforu z
białkiem oraz oddziaływaniami chromoforu z naładowanymi grupami białka (opsyny), które znajdują się w jego
sÄ…siedztwie.
Strona 9 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
Strona 10 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
149. Omów molekularny model pobudzenia rodopsyny i przesyłanie sygnału do błony
fotoreceptora.
Gdy komórki fotoreceptorów siatkówki nie są pobudzone przez fotony, stężenie cyklicznego GMP w
pręcikach jest duże. Aktywny enzym fosfodiesteraza (PDE) hydrolizuje cykliczny GMP do prostej formy
guanozynomonofosforanu (5'GMP). W ciągu jednej sekundy jeden aktywny enzym (PDE) hydrolizuje około 4200
cząsteczek cGMP. Stryer oraz Schnapf i Baylor szczegółowo opisali molekularne procesy zachodzące w
komórkach fotoreceptorowych siatkówki. Molekularna kaskada pobudzenia pręcika jest przedstawiona
schematycznie na ryc.
Absorpcja fotonu przez rodopsynę (R) powoduje aktywację fotoreceptora. Aktywna rodopsyna (R *) oddziałuje
z transducynÄ… (T). Pobudzona transducyna wypiera z podjednostki a guanozynodwufosforan (GDP). Do miejsca
wiążącego w podjednostce a transducyny zostaje przyłączony guanozynotrifosforan (GTP). Pociąga to za sobą
zmianÄ™ konformacji i dysocjacjÄ™ transducyny na podjednostkÄ™ Ä… i kompleks ²/Å‚. Wolna podjednostka a
transducyny jest aktywna chemicznie, gdy w miejscu wiążącym znajduje się GTP. Aktywna podjednostka a
transducyny Å‚Ä…czy siÄ™ z podjednostkÄ… Å‚ fosfodiesterazy (PDE) modulujÄ…c efektor. Kompleks Ä…/² fosfodiesterazy
jest aktywny (PDE*). W wyniku pobudzenia jednej cząsteczki rodopsyny aktywowanych zostaje około 1000
cząsteczek PDE. Aktywny enzym (PDE*) hydrolizuje cykliczny GMP. Podjednostka ą transducyny ma aktywność
GTP-azową. Hydroliza GTP prowadzi do reasocjacji transducyny i powrotu do stanu wyjściowego. Kinaza
rodopsynowa rozpoznaje specyficzne struktury rodopsyny i powoduje fosforylacjÄ™ pobudzonej rodopsyny (R * -
metarodopsyny II). Reszty fosforanowe zostają przyłączone do opsyny, a rodopsyna-jest wiązana przez
arestynę, która ją inaktywuje. All-trans retinal przechodzi potem do formy 11-cis, a rodopsyna wraca do stanu
wyjściowego (R). Rodopsyna (R) nie posiada zdolności oddziaływania z białkiem G - transducyną.
Gdy fotony pobudzają komórki fotoreceptorowe siatkówki stężenie cyklicznego GMP w pręcikach szybko
maleje. Specyficzne kanały kationowe błony segmentu zewnętrznego pręcika są blokowane. Maleje
współczynnik przepuszczalności błony zewnętrznej komórki fotoreceptorowej dla jonów sodu i wapnia, co
powoduje jej hiperpolaryzację. Zmniejszenie napływu jonów Ca2+ do segmentu zewnętrznego pręcika oraz
ciągły odkomórkowy transport tych jonów przez mechanizm wymiany Na+/Ca2+, K+ powoduje, że po pewnym
Strona 11 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
czasie znacznie spada stężenie jonów wapnia w komórce. Jest to sygnałem dla zwiększenia aktywności cyklazy
guanylanowej i tym samym zwiększenia produkcji cGMP. Kanały zależne od cyklicznego GMP zostają otwarte i
komórka powraca do stanu sprzed pobudzenia. Stwierdzono, że czopki i pręciki różnią się swą wrażliwością na
pobudzenie: pojedynczy foton działając na czopek wywołuje reakcję (prąd) około sto razy mniejszy niż w
pręciku. Czopki natomiast czterokrotnie szybciej od pręcików reagują na pobudzenie. W pręcikach jeden foton
może wzbudzić pojedynczą cząsteczkę rodopsyny i uruchomić kaskadę pobudzenia, co implikuje przepływ foto-
prądu o natężeniu około 10-12 A. Pobudzenie około 200 molekuł pigmentu czopka wywołuje fotoprąd rzędu
2"10-12 A. Należy tu jednocześnie podkreślić, że wielkości fotoprądów w czopkach i pręcikach nie zależą od
wartości ich potencjałów błonowych. Odpowiedz
zarówno czopków, jak i pręcików na pobudzenie ulega
nasyceniu; fotoprąd nie wzrasta proporcjonalnie do wywołującego go bodz
ca. Gdy natężenie padającego na nie
światła przekracza pewną granicę, wielkość fotoprądu przestaje rosnąć, co jest spowodowane zablokowaniem
wszystkich kanałów kationowych w komórce fotoreceptora.
Poszczególne czopki różnią się wrażliwością na różne długości pobudzającego je światła. Z tego względu
dzielimy je na trzy grupy: czopki niebieskie, zielone i czerwone. Na rycinie 155 przedstawiono wykresy
wrażliwości trzech grup czopków na fale światła o różnej długości.
Strona 12 z 13
145-150 z tym, że część się powtarza z procesu widzenia np. transport poprawiłem to trochę i tutaj jest lepiej zrobiony niż tam
150. Metody otrzymywania dwuwarstw lipidowych.
Struktura błon biologicznych, niezależnie od spełnianych przez nie funkcji, wykazuje kilka
prawidłowości, które są podstawą wszystkich modeli budowy tych błon. Zasadniczą część struktury błon
stanowi podwójna warstwa złożona z lipidów. Cząsteczki lipidów są zorientowane prostopadle do powierzchni
błony, przy czym hydrofilowe końce cząsteczek mają kontakt z fazami wodnymi po obu stronach błony, zaś
wnętrze błony jest wypełnione hydrofobowymi końcówkami cząsteczek. Takie ustawienie cząsteczek lipidów -
względem powierzchni błony wynika z ich amfofilowych właściwości.
Strukturę-lipidowej fazy błon' biologicznych najlepiej oddaje model doświadczalny stworzony na początku lat
sześćdziesiątych przez Muellera, Rudina i Tiena. Model ten nosi nazwę bimolekularnej błony lipidowej; często
używa się również nazw: dwuwarstwowa lub czarna błona lipidowa. Błony takie można otrzymywać różnymi
metodami; trzy spośród nich zilustrowane są poniżej.
Za pomocą metody przedstawionej na rys A otrzymać można błony o powierzchni sferycznej. Na końcu cienkiej
igły połączonej ze strzykawką umieszcza się kroplę roztworu lipidu w niepolarnym rozpuszczalniku, a następnie
przez powolne wyciskanie roztworu wodnego ze strzykawki uzyskuje się błonę o grubości dwóch cząsteczek i
powierzchni dochodzącej do kilku centymetrów kwadratowych. Rys. B ilustruje metodę otrzymywania błony
bimolekularnej przez złożenie dwóch błon lipidowych utworzonych na powierzchni wody, Dokonuje się tego
przez zanurzanie przegrody z otworem w fazę wodną; obie błony powierzchniowe odkładają się na ściankach
przegrody zlepiając się ze sobą na powierzchni otworu. Tą metodą można otrzymywać błony niesymetryczne
przez złożenie błon powierzchniowych utworzonych z dwu różnych lipidów. Najbardziej rozpowszechniona jest
metoda formowania bimolekularnych błon lipidowych przedstawiona tła rys. C. Na otwór w środkowej ściance
pojemnika wypełnionego wodą lub roztworem wodnym elektrolitu ,(np. 0,1 mol/l KCl) nanosi się za pomocą
pipety, mikrostrzykawki lub pędzelka niewielką ilość roztworu lipidu w rozpuszczalniku niepolarnym (najczęściej
jest nim Ciekły węglowodór Otrzymaną w ten sposób błonę, początkowo O dużej grubości, obserwuje się w
świetle odbitym (patrz rys. na prawo). Dopóki grubość błony jest porównywalna z długością fali światła
widzialnego, widoczne są na całej jej powierzchni barwy interferencyjne. Obszar, w którym błona jest
bimolekularna, odbija znacznie mniej światła, przez co jest widoczny jako czarna plama w otoczeniu jasnej,
barwnej błony (stąd nazwa "czarna błona lipidowa"). Zwykle czas całkowitego "poczernienia" błony o
powierzchni 1 mm2 wynosi od kilku minut do pół godziny: Czas, przez który błona bimolekularna utrzymuje się
rozpięta na otworze, przy zachowaniu odpowiednich środków ostrożności, może wynosić nawet kilka lub
kilkanaście godzin. Dla wykonania typowych pomiarów elektrycznych lub optycznych, łącznie ze zmianami
stężeń roztworów wodnych, wystarcza zwykle jedna godzina.
Bimolekularne błony lipidowe można otrzymywać przy użyciu bardzo różnych lipidów. Najczęściej używane są
lecytyny; stosuje się również mieszaniny lecytyn z cholesterolem. utleniony cholesterol, galaktolipidy, ekstrakty
lipidów z różnych tkanek i organelli komórkowych (lipidy erytrocytów, chloroplastów).
Strona 13 z 13