0: What science is and how and why воркс?
1: Звезды это красиво. Возможность ими любоваться. 1 из наших суперспособностей. Вероятно, вы об этом не задумывались, но то, что сверхчувствительная зрительная система, способная видеть тусклые огоньки ночью, может без проблем функционировать при ярком дневном свете просто.
2: Поразительно, как наши глаза понимают, что уровень освещения изменился как так получается, что ночью я различаю множество деталей, а камера новомодного телефона едва ли показывает что-то, кроме чёрного экрана, ответ, как всегда, скрывается на молекуля.
3: Уровне. Знакомьтесь. Родопсин это древний белок, благодаря которому миллионы различных видов живых существ на нашей планете реагируют на свет и видят. Эта молекула позволяет нам замечать свет буквально нескольких фотонов и легко подстраиваться под
4: Скачки яркости. Вникнув в принцип работы родопсина, вы поймёте, как протекают одни из важнейших биохимических процессов, от которых зависит наша жизнь на уровне отдельных клеток. После этого, взглянув в ночное небо, вы
5: Почувствуете, что в этот самый момент огромная Вселенная в прямом смысле слова дотронулась до вас. Итак, пора разобраться с нашими фоторецепторами. Поехали.
6: Добро пожаловать на канал клокворк. Это 2 эпизод о молекулярных основах работы наших органов чувств. Подписывайтесь, чтобы не пропустить следующее. Загляните на наш сайт и поддержите выход новых видео на патрионе, но не будем.
7: Терять время. Пора переходить к изучению человеческого глаза. Нам придётся преодолеть 3 уровня сложности. Скажу честно, многим из вас не захочется погружаться во все 3. Не осуждаю. В принципе, это не обязательно, но я все-таки
8: Рекомендую досмотреть до самого конца, потому что только так у вас сложится полная картина того, насколько интересно, красиво и гениально устроены в нас сложные молекулярные процессы. Для начала пробежимся по анатомии, чтобы поскорее добраться до клеточного и молекулярного уровня.
9: Кратко о строении глаза свет проходит внутрь через зрачок и падает на заднюю стенку, глаза, сетчатку некоторые анатомические нюансы многослойного строения сетчатки мы опустим сейчас для нас важно только то, что внутри неё.
10: Находится густой лес специальных светочувствительных нейронов. У людей 2 основных вида таких клеток с разными типами фоторецепторов, палочками и колбочками. Большинство фоторецепторов палочки, они реагируют на наличие света, определяют его яркость.
11: Играют важную роль в периферическом зрении. Теперь колбочки их у нас 3 вида. Каждый чувствителен к определённому цвету, что позволяет видеть мир в красках. Вернёмся к палочкам, потому что, во первых, их больше, а во вторых, их проще анимировать.
12: Так как палочки и колбочки относятся к нервной системе, они постоянно поддерживают некоторый электрический заряд, регулируя концентрацию определённых химических веществ по разные стороны от клеточной мембраны. Палочки поляризуются благодаря
13: Работе множества небольших каналов. Вот 2 таких канала рядом. Верхний постоянно открыт, он без разбора пропускает положительные ионы. По большей части кальций и натрий внутрь клетки. Если присмотреться, мы увидим, что канал дер
14: Открытым. Эти маленькие лиловые ребята это циклический гмф, то есть гуанозин, монофосфаты, их лиловая часть вам уже знакома. Это ничто иное, как гуанин, 1 из азотистых оснований в нашей днк.
15: Вы, возможно, уже знаете, что некоторые Аденин превращаются в аденозин, трифосфат, атф нашу основную энергетическую валюту. Кстати, гуанин подрабатывает ещё и своего рода курьером в клетках, итак, уже знакомы.
16: Нам атф и адф переносят энергию, а сегодня познакомимся с гтф гуанозин 3 фосфатом. Если от гтф отнять 2 фосфата и немного его потрясти, то получится циклический гмф и знаете, что нам все равно придёт
17: Смириться с обилием химических терминов и аббревиатур. Поэтому я сразу сдамся и буду называть его цгмф. Так проще. Если у вас есть более симпатичные варианты названия для циклического гмф, напишите в комментариях. Итак, в результате некоторых событий цг
18: Может отцепиться от канала, и тот закроется, из за чего путь кальцию и натрию в клетку будет перекрыт. И вот самое время познакомиться со 2 каналом. Этот товарищ гораздо активнее. Тут не просто открытый канал, а самый настоящий насос. Он по
19: Постоянно тратит энергию на то, чтобы открываться и закрываться, и в процессе загоняет внутрь натрий и выталкивает наружу кальций это в каком-то смысле компенсирует активность цгмф канала, который впускает кальций в клетку, кстати.
20: Ещё 1 отступление. Подобная работа кипит по всему телу. Только представьте себе, организм постоянно производит и расщепляет атф, чтобы перемещать энергию по клеткам, и это топливо расходуется с невероятной скоростью, если немного округ
21: Организм каждый день производит и расходует атф в количестве, вполне сопоставимом с собственным весом.
22: На самом деле это не так уж и страшно. По сути, все, что происходит в нашем организме, требует энергии практически везде её источником служит атф, и больше всего его требуется для поддержания работы ионных насосов фактически более трети. То есть
23: Свыше 30% всего атф, который мы вырабатываем за день, идёт на их поддержание. Будь то натрий, кальциевые насосы вроде этих или более многочисленные натрий калиевые, остальные биологические процессы даже близко не стоят.
24: Энергопотреблению, и это натолкнуло меня на размышления. Раньше вопрос в чем смысл жизни казался мне туманным и загадочным, но если спросить об этом у наших молекул, то с энергетической точки зрения все предельно ясно. Смысл жизни в том,
25: Чтобы поддерживать работу насосов, наша жизнь во многом зависит от постоянного идеального баланса электрических зарядов по разные стороны клеточных мембран. Так что не забывайте про электролиты, вернёмся на клеточный уровень и выясним, почему так важно поддерживать пал.
26: Ионный баланс. Нас интересуют 2 основные области фоторецептора. Во внешнем сегменте происходит вся магия. Он похож на стопку Блинчиков. Состоит из мембранных дисков, набитых маленькими белками, которые улавливают свет.
27: Но об этом позже на противоположном конце палочки находится ленточный синапс, отсюда фоторецептор передаёт сигнал в мозг для последующей интерпретации. Если понаблюдать за этим синапсом, то можно заметить кое-что интересное он все время активен в темноте.
28: Ваши фоторецепторы производят стабильный поток микроскопических Мешочков с нейромедиаторами, которые улавливаются соседними клетками. Мешочки называются визикулы, а внутри у них глутамат, да, как в пищевой добавке, так вот, рецепторы выделяют его.
29: Постоянной скоростью пока не засекут свет, и тогда выработка глутомата падает именно это мозг интерпретирует как зрительный сигнал, когда на фоторецепторы не попадает никакого света, в них много, кальция и синапсы поддерживают стабильный поток глутомата 1.
30: Однако, как только в палочку попадает фотон цгмф, на соответствующих каналах разрушается и они закрываются, но насос, откачивающий кальций из клетки, продолжает работать, и уровень кальция в палочке падает как следствие, возникает гиперполяризация клеточной мембра.
31: Что замедляет поток глутомата из ленточного синапса больше света, меньше кальция и слабее поток глутомата. Нейроны, связанные с палочками и колбочками, интерпретируют ослабление потока глутомата, как световой сигнал, и вот уже какая-то информация передаётся в
32: Мозг отлично. Это 1 этап. Свет попадает на фоторецепторы, они закрывают ионные каналы. Кальций падает, заряд внутри клетки становится значительно отрицательнее, чем снаружи. Из за чего ленточный синапс снижает скорость выделения глутомата. Это изменение
33: Улавливают нервные клетки и передают сигнал. Дальше разобрались. Но главный вопрос, на который нужно ответить на 2 этапе, как именно улавливается свет. И вот мы спускаемся на молекулярный уровень вперёд. Давайте вернёмся к мембранным дискам.
34: Потому что мы наконец готовы встретиться со звездой шоу. Позвольте ещё раз представить вам родопсин это базовая белковая структура, которая встречается во множестве организмов на земле. Родопсин можно обнаружить на всех ветвях древа жизни. Есть версия, что
35: Древние формы родопсина лежали в основе фотосинтеза, который существовал до появления хлорофилла. Возможно, когда-нибудь я сделаю видео о гипотезе пурпурной земли, но пока вам придётся изучать этот вопрос самостоятельно. Если мы рассмотрим родопсин подробно, то увидим.
36: Что в его основе лежит молекула, ретиналь, соединение, которое после поглощения фотона мгновенно меняет свою форму в палочках ретиналь находится в своём, так сказать, классическом виде, а вот в колбочках все чуть интереснее каждый тип производит свой вариант.
37: Родопсина, который связывает ретиналь немного по своему, что и делает колбочки более чувствительными к световым волнам разной длины. Но пока нас интересуют общие аспекты. Итак, когда ретиналь поглощает фотон, молекула как бы распрямляется в этом.
38: Главная функция ретиналя, а ведь организм потратил силы, чтобы превратить в него витамина, и все ради этого. Именно ведь изменения ретиналя меняют и форму родопсина. Поздравляю, на этом уровне все именно так мы улавливаем свет.
39: Теперь мы знаем, что ретиналь внутри родопсина поглощает фотоны и изменяет форму, что, в свою очередь, приводит к едва заметным изменениям в родопсине, и фоторецепторы распознают это как зрительный сигнал отлично, но это, конечно, ещё.
40: Не все мы ответили не на все вопросы, как именно сигнал передаётся от родопсина к ионным каналам и почему за последние 10 минут я ни разу не упомянул цгмф и гуанин?
41: Ну что ж, пора перейти на 3 уровень и разобраться с самой сложной частью этого процесса. Первые 2 уровня были лишь вступлением. А теперь мы переходим к совершенно иной парадигме. Пристегнитесь, мы врыва.
42: В сигнальный каскад оказывается родопсин лишь 1 из компонентов большого комплекса если посмотреть шире, можно заметить, какой масштабный процесс тут разворачивается, и родопсин играет в нём очень важную роль весь комплекс в целом предста.
43: Представляет собой рецептор, сопряжённый с g. Белком коротко джипи сиар вот вы и попались, хотели посмотреть прикольное видео про зрение, а придётся разбираться с основами биохимии. Учебник ленинджера глава 12 эти рецепторы исключительно важный класс.
44: Молекул подобные комплексы встречаются в большинстве клеток организма. Всего насчитывается около 800 различных типов джипи сиар. Они отвечают за активацию всевозможных сигнальных путей. Почти половина современных лекарственных препаратов.
45: Разработано для активации блокирования или модуляции работы этих рецепторов. Как правило, они активируются химическими сигналами, как, например, рецептор глюкагоноподобного пептида 1 это мишень для знакомых вам аземиопсин, кое расспрос
46: Устранение джипи сиар обусловлено их высокой эффективностью в передаче сигналов через мембрану клеткам необходимо сохранять целостность, но многим из них также нужно реагировать на внешние факторы рецепторы gpc р отлично подходят на эту роль итак, у них есть 2.
47: Основные части структуры, вроде родопсина, представляют собой пучок спиралей, насквозь пронизывающих мембрану. Внешняя часть связывается с каким-то химическим веществом или улавливает что-то происходящее снаружи, из за чего весь комплекс меняет форму, даже та часть, которая
48: Находится внутри клетки и связано с джи белками. Изменение формы, в свою очередь, активирует эти джи белки. Внутренний джи комплекс состоит из 3 частей джи альфа. Это, скажем так, главный игрок в группе, но он не активен, пока связан с бета и гамма субъединицами. Когда
49: Белок g альфа активируется, он приоткрывается и высвобождает сигнальную молекулу гуанозин дифосфата или гдф менее энергичную форму гуанина я же говорил, что это видео про гуанин, мы с ним ещё не закончили потеря.
50: Позволяет более энергичному гуанозин 3 фосфату гтф занять его место. Полная активация заставляет альфа субъединицу расстаться с бета и гамма субъединицами и отправиться блуждать по внутренней части клетки, наводя суету, чтобы они там
51: Не натворили? Произведённого эффекта достаточно, чтобы передать сигнал дальше по клетке. Постойте-ка, почему же этот ролик получается таким длинным? Почему все так сложно? Неужели джи белок нельзя разбить без гтф? Все дело в том, что, как только белок джи альфа.
52: Связывается с гтф, он принимает форму, которая немного неудобна для фосфатных групп, поэтому фосфат у него на конце, которому тут очень неуютно, вскоре отрывается, и мы возвращаемся к исходному гдф, а это значит, что белок джи альфа больше
53: Неактивен, он может воссоединиться с остальной частью комплекса и ждать следующего сигнала получается, что один и тот же белок передаёт множество сигналов 1 за другим, что позволяет собрать дополнительную информацию и понять не только.
54: Куда именно на сетчатку попал фотон? Но и когда он это сделал, все благодаря биохимии. А что именно вытворяют активированные джи белки, чтобы проиллюстрировать этот процесс? Давайте проследим за всем сигнальным каскадом.
55: Запущенным родопсином. Сигнальный путь, который запускает родопсин, поразителен. Если вы уделите время тому, чтобы разобраться, как клетки передают световой сигнал от родопсина к мозгу, вы получите чёткое представление о работе огромной части подобных ко
56: Комплексов. Но хватит предисловий. Давайте рассмотрим эту эстафету и осознаем, какая у нас мощная зрительная система. Мы пройдём по этому пути шаг за шагом, а потом вернёмся к ключевым моментам и рассмотрим, как происходит усиление сигнала. Давайте повторим.
57: Свет попадает на сетчатку и достигает ретиналя внутри родопсина. Поглотив фотон. Молекула ретиналя возбуждается и резко меняет свою форму. В течение следующих пика секунд я не шучу. Изменение формы ретиналя заставляет измениться и родопсин. И вот
58: Мы уже участвуем в эстафете джипи сиар сигналинга, родопсин взаимодействует с альфа субъединицей трансдуцин м джи Белков, из за чего тот отсоединяется в обнимку с молекулой гтф альфа субъединица ищет нового партнёра, в то время как б.
59: И гамма субъединицы нас не особенно интересуют, поэтому про них пока забудем активированный трансдуцин альфа взаимодействует с другим белком циклической гмф фосфодиэстеразой. Для простоты назовём эту молекулу фд.
60: Благодаря своей форме активированная молекула джи альфа надёжно цепляется за небольшой участок фд и, по сути, просто его отрывает этот участок выступал ингибитором, а без него молекула готова приступить к своей любимой работе, она засасывает весь доступный ей цикли.
61: Гмф и расщепляет его на нуклеотиды нужно больше фосфатов фд активно расщепляет циклический гмф, и его концентрация падает, что позволяет цгмф отвязаться от ионных каналов и отправиться в свободное плавание по внутриклеточному.
62: Пространству, когда весь циклический гмф поглощён, каналы закрываются в темноте, когда световой стимуляции родопсина нет, циклического гмф достаточно, чтобы держать каналы открытыми и уравновешивать действия насоса. Но когда каналы закрыты, концентр
63: Кальция резко снижается, вызывая гиперполяризацию мембраны в таком состоянии, мембрана замедляет работу ленточных синапсов, и те вырабатывают глутамат уже не так активно снижение уровня этого нейромедиатора приводит к тому, что нервные клетки сетчат.
64: Возбуждаются, что мозг в конечном счёте и регистрирует как изменение яркости 1 маленькой точечки в нашем поле зрения происходит это примерно вот так вот почему наша сетчатка такой мощный инструмент благодаря её способности улавливать малейший
65: Изменение поляризации мембраны. Мы различаем крошечные изменения в интенсивности света, что даёт нам высокую остроту зрения днём и невероятную чувствительность в темноте. Но об этом позже вернёмся к сигнальной эстафете, если этот механизм будет слишком долго, непрерывно.
66: Работать. Палочки и колбочки утратят функциональность молекулярным механизмам необходимо быстро возвращаться к исходному состоянию и готовиться ловить следующий фотон в мембранном диске находится регулятор, который ждёт этого момента, когда уровень кальция в палочке падает. Расположенный в ней фермент.
67: Активируется сенсорным белком, реагирующим на низкий уровень кальция это гуанилат циклаза, она превращает гтф обратно в циклический гмф. Запасы цгмф восстанавливаются, и кальциевые каналы открываются. Таким образом, в центре процесса мы видим
68: Изящный механизм отрицательной обратной связи. Его активация приводит к снижению уровня цгмф и уровня кальция, что активирует процесс восстановления цгмф, что возвращает систему в нормальное состояние. Но я уже слышу, как вы спрашиваете. Эй, погоди-ка.
69: Фд же продолжает расщепляться гмф, какой тут может быть баланс, как останавливается этот процесс и вот мы переходим к самой красивой особенности систем джи pcr напомню вам о впечатляющих свойствах джи Белков понятно, что джи белок активирован не все время.
70: В конце Концов, гтф снова распадётся до гдф, что вернёт джи белок в деактивированное состояние как только джи альфа деактивируется, он отпустит ингибиторную субъединицу, и она вернётся к фд, и преобразование цгмф прекратится проблема.
71: Тишина. Очень важно понимать, что молекулярный механизм внутри палочки устроен так, чтобы без внешних воздействий никаких сигналов в мозг не передавалось. Расщепление цгмф происходит только при наличии огромного количества молекул родопсина, активированных фотонами. Если
72: Говорите о генерации оптического сигнала. На этом все. Активированный родопсин запускает передачу этого сигнала, а другие биохимические процессы внутри клетки его останавливают, позволяя глазам улавливать изменения в уровне освещённости. Однако есть ещё 1, последний и важный
73: Шаг благодаря ему зрение такое потрясающее. Может показаться, что это не очень эффективно, но для поддержания процесса каждую молекулу активированного родопсина нужно вернуть в исходное состояние. Давайте разберёмся, как это происходит. Нам нужно как можно быстрее.
74: Активировать родопсин, чтобы избежать нежелательных последствий. Сейчас объясню. Итак, родопсин активируется резким изменением формы молекулы ретиналя из за своих небольших размеров он не такой гибкий, как крупные белки, поэтому его остаётся только заменить на новый. Но сначала
75: Сначала необходимо его обезвредить активированные молекулы родопсина благодаря своей форме становятся лёгкой мишенью для другого регуляторного белка родопсин киназы. Единственная его задача присоединиться к родопсину и навесить на него фосфатные группы это фосфор.
76: И оно встречается в разных биохимических процессах. В нашем случае это позволяет другому регулятору аристин распознать родопсин и соединиться с ним аристин, что логично блокирует родопсин и останавливает сигнальный каскад. Следующий этап.
77: Пока не до конца изучен, но известно, что аристин также помогает родопсину постепенно избавляться от 3 фосфатных групп. Процесс идёт не быстро, потому что приходится тратить время на вытеснение из родопсина израсходованного ретиналя. На все это может уйти более полутора минут, что невероятн.
78: Долго, по меркам YouTube, а для биохимических реакций вовсе целая вечность, но в конечном счёте израсходованный ретиналь высвободится из родопсина, покинет фоторецептор и попадёт в пигментный эпителий в самом глубоком слое сетчатки там дружелюбный помощник.
79: Анализами раза вернёт ему функциональную форму. Но вернёмся к родопсину. Теперь, когда новый ретиналь занял своё место аристин, больше нет необходимости оставаться здесь, он отсоединяется, и весь цикл повторится снова отлично. И если бы на этом история заканчивалась,
80: Было бы просто замечательно, но мы упустили несколько ключевых деталей, благодаря которым нашу зрительную систему можно назвать поистине уникальной аристина. Нужно как можно быстрее добраться до родопсина и заблокировать его. Но зачем важнейшая особенность систем джипи сиар?
81: Заключается в том, что благодаря всем промежуточным звеньям клетки могут легко усиливать слабые сигналы так, чтобы они становились заметными 1 единственный активированный родопсин способен активировать множество джи Белков, по сути, любой gpc, рецептор с которым
82: Столкнётся. Самое время отметить, главный недостаток нашего стиля анимации. Она довольно наглядна и понятна. Вот только на мембранах нет аккуратных дорожек. Это хаотичные двумерные плоскости, где все мембранные белки свободно перемещаются в
83: Любом направлении, так что родопсин носится вокруг и активирует множество разных джи Белков, а не только тот, к которому он был прикреплён в начале процесса, а дальше больше после того, как альфа субъединица джи белка активирует фд, та не угомонится и не
84: Прекратит разрушать цгмф до тех пор, пока её не деактивируют. Таким образом, в палочках и колбочках уже встроены 2 уровня усиления, что позволяет активировать клетку даже единичному фотону. Конечно, 1 фотон мы вряд ли
85: Заметим, но наша чувствительность к Свету все равно поражает. Хорошенько привыкнув к темноте, человек может заметить световой сигнал, состоящий всего из дюжины фотонов. Это невероятно мало. Но если я начну объяснять, почему так происходит это.
86: Видео будет в 2 раза длиннее, если вы действительно хотите разобраться в молекулярной динамике, которая обеспечивает такое усиление. Рекомендую посмотреть отличную серию о фототрансдукции, которую снял доктор кэрри Ким. Ссылка внизу или в верхнем углу. Это уж как получится. Итак.
87: 1 ключевой момент сигнал очень легко усиливается, но и о важности регуляторов забывать не стоит 1 из них, белок рековерин, подключается позднее и помогает зрению быстро адаптироваться к уровню освещённости, когда в палочках много кальция, рековерин, связыва.
88: С ним и ингибирует родопсин, киназу или рк. Если рк деактивирована, она не может пометить активный родопсин, а значит, аристин его не заблокирует. В результате родопсин остаётся активным гораздо дольше, активирует намного больше джи.
89: Белков и создаёт более сильный сигнал от более слабого источника света. Огромное преимущество. Ещё раз пробежимся по всему механизму. Если вы как следует в нём разберётесь, то сразу увидите, почему это так важно. Упрощённо. Активация родопсина снижает уровень.
90: Кальция чем больше фотонов попадает в клетку, тем больше истощается кальций, и это само по себе потрясающее, поскольку говорит о том, что палочка активно выдаёт аналоговый сигнал всего 1 палочка не только сообщает зрительному нерву, где находится источник света, но и помо.
91: Помогает мозгу определить, насколько он яркий, но если бы тут не было регулятора рековерина, мы бы вообще ничего не видели в темноте, когда глаз адаптируется к низкому освещению и уровень кальция повышается, рековерин делает палочки более чувствительными, позволяя различать
92: Все более слабые источники света. Чтобы это проверить, зайдите в совершенно тёмное место и дайте глазам привыкнуть. Хватит нескольких минут. Со временем вы начнёте замечать все больше деталей и очертаний. Помните, что в некотором смысле вы активно воспринимаете концентрацию Ионов.
93: В палочках. Именно поэтому фоторецепторы и связанные с ними джи белки такие крутые. 1 входной сигнал может передавать огромное количество различных выходных данных. В зависимости от контекста. Наше зрение основано не на самом свете, а на восприятии контраста. Это
94: Важные особенности делает зрение позвоночных поразительно острым глядя на ночное небо, мы способны различать звезды лишь благодаря сложной и запутанной сигнальной системе, лежащей в основе зрения на молекулярном уровне. Разумеется, здесь мы упустили из виду целый ряд важных деталей.
95: Клеткам, расположенным перед фоторецепторами, надо преобразовать более 120000000 сигналов от палочек и колбочек так, чтобы его смогли передать в мозг всего 1500000 волокон зрительного нерва это колоссальное бутылочное горлышко, и для его преодоления необходимо
96: Целый ряд удивительных нейробиологических процессов, но с молекулярными основами зрения мы разобрались, давайте закругляться, как я уже говорил, все наши чувства в каком-то смысле осязания на примере зрения я объяснил вам суть джи pcr и напомнил о том, что в причудливом
97: Квантовом смысле. Фотоны тоже физические объекты. Когда я смотрю в ночное небо, я думаю о том, что эти точки света моя физическая связь с огромной Вселенной. Фотоны, выброшенные звёздами за миллиарды и миллиарды километров отсюда, проделали долгий путь и их пути.
98: Путешествие длиной в несчётное количество лет завершилось, когда они дотронулись до ретиналя в сетчатке моего глаза. Каждый раз, когда мы смотрим на небо, мы приветствуем крошечного межзвёздного путешественника, и все, что нужно, чтобы эта система работала, съесть морковку, чтобы
99: Организм выработал немного ретиналя в изучении биохимии. Мне очень нравится, что, понимая процессы на молекулярном уровне, можно легко увидеть их связь с глобальными явлениями, и это вызывает глубокое восхищение сложностью и гармонией происходящего. Пока этих основ мне доста.
100: Думаю, тут нам стоит остановиться. Спасибо за уделённое мне время. Большое спасибо.