Секреты восприятия цвета раскрываются на молекулярном уровне

Фото из открытых источников

Международная группа ученых разгадала давнюю загадку, раскрыв атомную структуру молекул в наших глазах, которые позволяют нам видеть цвета.

«Чтобы понять, как мы обнаруживаем свет и воспринимаем цвета, нам необходимо знать точную структуру светочувствительных молекул в наших глазах», — сказал профессор Тревор Лэмб из Австралийского национального университета (ANU). «Наше восприятие цвета в основном определяется относительным возбуждением красных, зеленых и синих чувствительных колбочковых фоторецепторных клеток, расположенных внутри сетчатки, которые содержат эти молекулы».

Открытие, опубликованное в журнале Science, было сделано группой ученых из исследовательских институтов Китая, Германии и Австралии.

В Медицинской исследовательской школе Джона Кертина при Австралийском национальном университете профессор Лэмб сыграл ключевую роль в интерпретации важной роли этих молекул в работе глаза.

Существует три разновидности этих молекул, называемых конусными опсинами, каждая из которых преобразует красный, зеленый или синий свет в химические сигналы.

«Раскрытие атомных структур каждой из молекул в их светоактивированном состоянии показывает, как они работают внутри конусных клеток, запуская сигналы, которые в конечном итоге передаются в мозг», — сказал профессор Лэмб. «Наши результаты выявляют фундаментальные различия между конусными опсинами, когда они переходят в активное состояние после воздействия света».

Подобно тому, как высокая скорость затвора позволяет камере получать более четкие изображения, наличие в наших глазах молекул, распознающих цвет и быстро включающихся и выключающихся, предположительно позволяет нам точно различать четкие детали и цвета в движении при дневном свете.

Все три конусных опсина содержат одну и ту же светочувствительную молекулу, полученную из витамина А, при этом красные, зеленые и синие опсины связываются с этой молекулой, называемой ретинальдегидом, по-разному.

«Наше исследование дает молекулярное понимание того, как каждый конусный опсин взаимодействует с ретинальдегидом, чтобы настроиться на разные длины волн света», — сказал профессор Лэмб. 

Красные и зеленые опсины, по-видимому, используют совершенно разное расположение химических электронных зарядов вокруг ретинальдегида. Мы предполагаем, что это различие объясняет, почему они выключаются быстрее, чем синий опсин, и намного быстрее, чем пигмент палочек».

Структура молекулы пигмента палочек, которую мы используем для зрения в условиях низкой освещенности, была определена несколько десятилетий назад. Но только сейчас, благодаря доступу к новым методам микроскопии, исследователи смогли определить структуру молекул, распознающих цвет.

«На это потребовалось так много времени, потому что не было возможности получить кристаллы конусных опсинов», — сказал профессор Лэмб. «Вместо этого в нашей работе использовались быстрозамороженные образцы каждого опсина, которые затем исследовались с помощью электронной микроскопии».

В долгосрочной перспективе это достижение может помочь ученым открыть более эффективные методы лечения некоторых нарушений зрения, таких как конусная дистрофия и нарушение цветового зрения.

«Во многих случаях нарушения конусного зрения являются результатом проблем с конусными опсинами», — сказал профессор Лэмб.

Понимание структуры конусных опсинов важно, поскольку оно помогает объяснить, как именно возникают эти нарушения на молекулярном уровне.