"Небоскребы" внутри глаза. Фоторецепторы

Внутренняя поверхность сетчатой оболочки глаза - это светочувствительная мозаика. Она состоит из более чем 130 миллионов воспринимающих и перерабатывающих свет рецепторных клеток - палочек и колбочек, плотно прилегающих друг к другу. Поперечные размеры фоторецепторов чрезвычайно малы (в диаметре они составляют около 2 микрон); это обеспечивает невиданную даже для современной микроэлектронной техники плотность "упаковки" нервных элементов. Так, например, в макулярной зоне сетчатки человека насчитывается 140000 колбочек на 1 мм2. У орла плотность клеток еще больше.

Попытаемся мысленно проникнуть внутрь фоторецептора. Каково же будет наше удивление! Воспринимающая свет нервная клетка-фоторецептор напоминает многоэтажный небоскреб, причем колбочку можно сравнить с Эмпайр стейт бидцингом - самым высоким зданием в мире с острым шпилевым утончением наверху; внешний сегмент палочки (ее диаметр около 2 микрон) подобного утончения не имеет.

Когда воображаемый лифт пронесет нас снизу вверх по длине палочкового фоторецептора (общая длина его составляет 50 микрон), мы будем пересекать многочисленные "этажи" - это зрительные мембраны, сложенные в правильную стопку; число их достигает нескольких тысяч в каждой клетке! Давайте задержим воображаемый скоростной лифт на одном из этажей и внимательно присмотримся к его удивительной архитектуре. Вот ультрамикролифт останавливается на одном из "этажей" фоторецептора и перед нами открывается ажурный архитектурный "ансамбль", воздвигнутый природой из молекул жиров и светочувствительных белков, главным из которых является родопсин, или зрительный пурпур.

Каждая палочка, т. е. фоторецептор ночного зрения, имеет свыше 1000 мембран, а в колбочке их около 750. Это - "трехслойный пирог", образованный в середине двойным слоем жиров (толщина его всего 80А°', а сверху и снизу - из тончайших слоев особого светочувствительного белка родопсина (9096 от всего белка, образующего мембрану), молекулярные превращения которого под действием света и лежат в основе самых начальных этапов зрительного процесса. Если бы мы оказались внутри колбочки, а не палочки, то заметили бы, что зрительные мембраны контактируют с наружной мембраной клетки, чего не прослеживается в палочках. Хотя до сего времени ученые так и не смогли ответить на вопрос о причинах такого отличия во внутренней структуре двух типов фоторецепторов, но очевидно, что они, как-то связаны с различием в их функции: палочкам приходится работать ночью, когда попадание световых квантов в сетчатку представляет довольно редкое событие и в этих условиях клетка обязана приходить в возбуждение даже при поглощении единичных фотонов; колбочка же, напротив, работает днем при ярком солнечном свете и буквально пронизывается обильным дождем световых квантов. В последние годы для исследования ультратонкого строения зрительных мембран английские и американские ученые использовали рентгеноструктурный анализ, который в сочетании с результатами, полученными в электронной микроскопии, позволил даже выявить ориентировку молекул родопсина в мембране: 90% всех молекул располагается перпендикулярно длинной оси палочек, 10% - параллельно оси палочек. Такая ориентация молекул обеспечивает максимальное поглощение света в них, а следовательно, и очень высокую чувствительность.

Для чего же фоторецепторным клеткам такое многоэтажное строение? Как известно, небоскребы в Нью-Йорке возникли из-за дефицита площади, а что заставило природу создать мозаику из "небоскребов" внутри глаза? Для того чтобы ответить на этот далеко нелегкий вопрос, рассмотрим молекулярные механизмы тех пусковых, начальных процессов в сетчатке, которые и обеспечивают самые начальные этапы зрения.

1. О глазе, зрении и системах оздоровления
2. Передний край мозга
3. С чего начинается зрение
4. Биотоки глаза
5. Движения глаз
6. Питание и дыхание для глаз
7. Почему узкое платье вредно для глаз (советы Федора Гилътебрандта)
8. "Соляризация" глаз