28.8: Хімія зору
- Page ID
- 105821
Зір - це процес, при якому світло поглинається пігментом у фоторецепторній клітині (барвником в оці), а фотохімія, яка виникає, в кінцевому рахунку, виробляє перехідний електричний сигнал, який передається в мозок і інтерпретується як візуальний образ. Є багато, що не до кінця зрозуміло про цей процес, але ми коротко обговоримо хімію, яка бере участь.
Око - надзвичайно чутливий інструмент. Щоб бути впевненим, його відповідь на довжину хвилі обмежується\(400\) -\(800 \: \text{nm}\), але ступінь його чутливості така, що повністю адаптоване до темних очей може чітко виявляти об'єкти у світлі настільки тьмяним, щоб відповідати вхідному світлу над сітківкою лише близько 10 000 квантів в секунду - один квант світла на три хвилин на рецепторну клітину в сітківці!
Сітківка складається з двох видів світлочутливих (фоторецепторних) клітин, відомих як стрижні та конуси. Стрижні більш чутливі і відповідають за зір при слабкому освітленні. Шишки набагато менше за кількістю, ніж стрижні і забезпечують деталізацію і кольоровий зір при хорошому освітленні. Та частина сітківки, яка відповідає центру поля зору, містить тільки конуси. Червоний пігмент під назвою родопсин - це світлочутлива речовина в стрижневих клітиках сітківки. Він найбільш сильно поглинається в синьо-зеленій області видимого спектра\(\left( \lambda_\text{max} \: 500 \: \text{nm} \right)\) і по суті не впливає на далеко-червоний кінець спектра. Зір конуса, здається, включає інший пігмент під назвою йодопсин, який поглинає далі до червоного, ніж родопсин.
Родопсин - це комбінація білка, званого опсином, і високо кон'югованого альдегіду, 11- цис-сітківки:
Структура опсину невідома, але його протезна група (11- цис-сітківка) пов'язана з ним через імін (основа Шиффа) функцію, утворену між альдегідною групою сітківки та амінофункцією бічного ланцюга лізинової одиниці опсину:
Опсин сам по собі безбарвний, тоді як 11- цис -сітківка сильно поглинається при\(370 \: \text{nm}\). Поєднання опсину з 11- цис-сітківки виробляє чудовий\(\lambda_\text{max}\) зсув до довших довжин хвиль (\(430 \: \text{nm}\)до\(620 \: \text{nm}\), залежно від виду). Подібні зрушення довжини хвилі для 11- цис -сітківки в комбінації з простими амінами спостерігаються тільки до\(\lambda_\text{max}\) of\(440 \: \text{nm}\), і тільки потім для протонованої основи Шиффа. З цих доказів вважається, що хромофор у родопсині протонований і глибоко модифікований структурою опсину.
Світло, що вражає сітківку, змінює колір родопсину з червоного на жовтий. Первинне фотохімічна подія в цьому процесі було встановлено Г.Вальдом (Нобелівський лауреат з фізіології та медицини, 1967), який показав, що поглинання світла призвело до зміни конфігурації про\(\ce{C_{11}}\) -\(\ce{C_{12}}\) подвійний зв'язок хромофора сітківки з цис на транс:
Точна точка, в якій передається нервовий імпульс, не встановлена з упевненістю, але вона повинна відбутися до стадії гідролізу, оскільки гідроліз занадто повільний, щоб враховувати нервовий імпульс. Одна теорія припускає, що електричний сигнал генерується в момент поглинання світла шляхом перенесення електронів в\(\pi \rightarrow \pi^*\) синглетне збуджений стан, який має істотно заряджені атоми вуглецю.