• Nie Znaleziono Wyników

Sygnał świetlny UV w układach biologicznych (cz. 1). Detekcja promieniowania nadfioletowego w układzie fotoreceptorowym

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Sygnał świetlny UV w układach biologicznych (cz. 1). Detekcja promieniowania nadfioletowego w układzie fotoreceptorowym"

Copied!
11
0
0

Pełen tekst

(1)

A C T A U N I V E R S I T A T I S L O D Z I E N S I S

F O L IA B IO C H IM IC A E T B IO I’llY S IC A 14, 1999

K atarzyna Bednarska, Barbara W achowicz

SYGNAŁ ŚWIETLNY UV W UKŁADACH BIOLOGICZNYCH (CZ. I) DETEKCJA PROMIENIOWANIA NADFIOLETOWEGO

W UKŁADZIE FOTORECEPTOROWYM

E kspozycja k o m ó rek n a p rom ieniow anie n adfioletow e w iąże się z w ystępow aniem ró żn o ro d n y ch efektów biologicznych. W p racy p rzed staw io n o w ybrane efekty d ziałan ia p ro m ie n io w a n ia U V o niskiej m ocy ze szczególnym uw zględnieniem u k ła d u fo to - receptorow ego.

W S T Ę P

P rom ieniow anie nadfioletow e (U V ) obejm uje swym zakresem fale elek t­ rom agnetyczne o długościach od 180 nm d o 380 nm. Św iatło UV graniczy z prom ieniow aniem R o en tg en a (X ) o raz z obszarem św iatła w idzialnego o zakresie czułości oka ludzkiego 380-780 nm. Prom ieniow anie UV podzielono um ow nie na trzy zakresy o długościach fali 180-280 nm (U V C ), 280-320 nm (U V B ), 320-380 nm (U V A ). E nergia foto nów UV ró w n a 3-200 eV jest zbliżona do energii w iązań chem icznych. W zależności od energii, n atężen ia stru m ien ia fotonów , czasu ekspozycji oraz długości fali, p rom ienio w an ie nadfioletow e m oże inicjow ać reakcje chem iczne przez bezpośrednie lub pośred nie tw orzenie stanów w zbudzonych gru p ch ro m o fo ro w y ch zw iązków biologicznie czynnych, co m oże prow adzić d o zm ian stru k tu ry i funkcji składników ko m órkow ych. E kspozycja kom ó rek n a prom ien io w an ie U V wiąże się z występowaniem różnorodnych efektów biologicznych. W zależności od daw ki, m ocy, czasu ekspozycji, prom ieniow anie UV m oże prow adzić d o degradacji s tru k tu r kom órkow y ch, bądź do m odyfikacji ich aktyw ności biologicznej. W ysokoenergetyczne prom ieniow anie UV uszkadza: 1) składniki błony k om órkow ej (sieciow anie białek, sieciowanie i p ero ksy dacja lipidów ) [26, 41], 2) składniki ją d ra kom órkow ego (pow staw anie dim erów p iry m id y ­ now ych, 6 -4 foto produktów , 6-4 adduktów ), prow adząc d o m utacji som atycz­ nych i w konsekw encji do tran sform acji now otw orow ych [6]. Z ależnie od

(2)

długości fali p rom ieniow ania UV, uszkodzenia sk ładników k o m ó rk o w y ch po w stają przez bezpośrednią interakcję z prom ieniow aniem (działanie p ro ­ m ieniow ania U V C na D N A ) lub w reakcjach fo tou czulany ch (działanie prom ien io w an ia UVB i U V A m. in. n a D N A i białka).

P rom ieniow anie UV jest nie tylko czynnikiem w pływ ającym na d e ­ stru k cję s tru k tu r k o m ó rk o w y ch , lecz rów nież in d u k u je specyficzną o d ­ pow iedź k o m ó rk i na stres: 1) aktyw uje kinazy białkow e biorące udział w odpow iedzi k o m ó rk o w ej n a stres oksyd acy jny , 2) p o w o d u je w zrost fosforylacji receptorów błonow ych [2, 3], 3) m odyfikuje ak tyw no ść czyn­ ników tran skrypcji c-M yc, Egr-1, N F - KB, p65Tc:F/E lk -ł, c-F o s, c-Ju n , A P - 1 [2, 12, 34], 4) in d u k u je lub h am u je ekspresję specyficznych genów (m . in. genów k o d u jący c h b ia łk a H S P ) [43], 5) in d u k u je am p lifik ację genów [3],

C h ro n iczn a ekspozycja k om órek na prom ieniow anie UV o energii nie pow odującej w ykryw alnych uszkodzeń D N A , m oże pro w adzić do zm ian adaptacyjnych: w zrostu aktyw ności enzym ów uk ład u antyok syd acyjneg o (dysm utazy ponadtlenkow ej), produkcji białek H S P , w zrostu aktyw ności u kładu enzym atycznej n apraw y D N A , w tym rów nież w zrostu aktyw ności enzym ów fotoreaktyw ow anych prom ieniow aniem UVA [24], P rom ieniow anie UV o niskiej energii oddziałuje przede w szystkim ze stru k tu ra m i m o le k u la r­ nym i zw iązanym i z przekazyw aniem sygnału kom órkow ego. P rocesom tym tow arzyszą: zm iany izom erii zw iązków optycznie czynnych (retinol, kw as urok ainow y), w zrost fosforylacji białek receptorow ych, zm iany k o n fo rm acji receptoró w pow ierzchniow ych, m . in. integryny ^ /i3, re c e p to ra IL -1 R , re cep to ra E G F R , w zrost aktyw ności kinaz białkow ych z ro dziny kinaz białkow ych tyrozynow ych oraz kinazy białkowej C, zaham ow anie aktyw ności fosfataz, w zrost aktyw ności fosfolipazy A 2, in d uk ow anie enzym atycznej przem iany arach id o n ian u [3, 18, 43, 44], Stym ulow anie przez p rom ieniow anie n adfioletow e wielu d ró g przekazu sygnału kom ó rk ow ego m oże p ow od ow ać, w zależności od typu uk ład u sensorycznego, w zbudzenie k ask ad y w zrokow ej, regulację sekrecji n eu ro h o rm o n aln ej, w ystąpienie efektów im m u no m od ulacy j- nych [4, 17, 25, 28],

O D D Z IA Ł Y W A N IE P R O M IE N IO W A N IA UV Z E S K Ł A D N IK A M I T K A N K I B IO L O G IC Z N E J

S k ó ra o ra z tk a n k i n arząd u w zroku podlegają bezpośredniej ekspozycji n a św iatło, stan o w iąc pierw szą p rzeszk od ę d la w n ik an ia p ro m ien i UV w głąb organizm u. O ddziaływ aniu światła nadfioletow ego z tk an k ą biologiczną tow arzyszy głównie zjaw isko absorpcji. Prom ienie UV m o g ą też ulegać rozproszeniu, odbiciu i transm isji. Stopień tych zjaw isk zależy od ro d zaju

(3)

tk a n k i, sto p ' ia jej uw odnienia i budow y. T k a n k i o dużej zaw arto ści w ody ab so rb u ją fale świetlne poniżej 400 nm o raz powyżej 1000 nm . K w a n ty pro m ieniow ania UV niosą ze so b ą najw yższą, w p o ró w n an iu z innym i falam i św ietlnym i, energię, stanow iąc potencjalne zagrożenie d la tkan ek leżących głębiej. Są je d n a k w 80% ab so rb o w a n e przez n a sk ó re k o ra z całkow icie przez skórę właściwą. Jedynie 5% fal o długości ok. 400 nm d o ciera do tk an k i po dskórnej. E fektyw na ab so rp cja fal UV zw iązana jest głów nie z obecnością w tkance m elaniny i zw iązków p orfirynow ych (h e m o ­ globiny).

Pod wpływem w ysokoenergetycznego p ro m ienio w an ia UV b iałka s tru k ­ tu raln e (m. in. kolagen, k olastyna, fibroina, krystaliny soczew ki) i e n ­ zym atyczne, zaw ierające w swym składzie am inokw asy arom aty czne i za­ w ierające m ostki disulfidow e, m ogą ulegać foto deg rad acji. F en y lo alan in a, ty ro zy n a i try p to fa n są głównym i ch ro m ofo ram i białkow ym i absorb ującym i prom ieniow anie z zakresu 250-310 nm. Szczególną rolę w procesie fo to o k - sydacji i sieciow ania białek pod wpływem UV przypisuje się tryp to fan o w i. A m inokw as ten, absorbując fale o długości 270-280 nm , m oże tw orzyć stan y w zbudzone: singletowy - zw iązany z fluorescencją o ra z trypletow y - zw iązany z fosforescencją [39]. W w yniku tran sferu energii typ u singlet - singlet, try p to fa n m oże w ygaszać stany w zbudzone tyrozyny o ra z p rze­ kazyw ać energię grupom disulfidow ym . W zbudzone energią UV cząsteczki try p to fa n u , tw orząc połączenia m iędzy sobą lub z h isty dy ną, przyczyniają się bezpośrednio do patologicznego sieciowania białek, a reagując z aktyw nym i fo rm am i tlenu (np. z tlenem singletow ym ) tw orzą diok sy etan - p re k u rso r N -form ylokinuren in y (N F K ) biorącej udział w fo tod egrad acji białek. R ezu l­ tatem interakcji UV z białkam i błonow ym i, zawierającym i tyrozynę i cysteinę, jest tw orzenie stanów rodnikow ych, prow adzących do pero ksy dacji innych składników błon [39], W w yniku absorpcji p rom ienio w ania nadfioletow ego przez zw iązki fotouczulające tw o rzą się stany ro dn ik ow e lub w zbudzone, inicjujące reakcje fotooksydacji innych zw iązków. D o grupy tej zalicza się endogenne porfiryny tk an k i skórnej (absorpcja w zakresie U V B ), N F K w soczewce o k a (absorpcja w zakresie UVA), lipofuscyny (a b so rp q a w zakresie św iatła niebieskiego) [38],

O d działyw anie p ro m ien io w a n ia UV z tk a n k ą b io lo g iczn ą w iąże się z obecnością zw iązków ochronnych i napraw czych, ab sorb ujących w zakresie p ro m ien io w an ia nadfioletow ego. D o zw iązków tych zalicza się: m elaniny (w ysokocząsteczkow e polim ery tyrozyny i d ihyd ro ksy fen ylo alaniny o w łaś­ ciw ościach fluorescencyjnych, ab so rbujące św iatło UVB i U V A ), enzym y i pepty d y L y s-T rp-L ys zw iązane z D N A (m o no m ery zu jące fo to d im e ry pirym idynow e, fotoreak ty w o w an e św iatłem o długości tali 300-600 nm ) [24].

Św iatło UV o niskiej m ocy (rzędu kilku /¿W /cm2) jest ab so rb o w an e przez specyficzne ch ro m o p ro te in y rodopsynow e, zdolne d o fotoizom eryzacji

(4)

i w budow ane w system o d b io ru sygnału elektrom agnetycznego w tk a n k a c h światłoczułych [22]. W tym przypadku kw anty prom ieniow ania nadfioletow ego są nośnikiem inform acji przetw arzanej na poziom ie m olekularnym detektorów biologicznych. W przeciwieństwie do fo tod estrukcyjneg o wpływu w y so k o ­ energetycznego UV, ograniczającego się d o o bszaru k o n ta k tu tk a n k i z p ro ­ m ieniow aniem , oddziaływ anie UV o znaczeniu inform acyjnym z tk a n k ą św iatłoczułą wywołuje reakcje behaw ioralne i reguluje funkcje h o rm o n aln e organizm u. W łaściwości fotorecepcyjne p osiadają przede wszystkim ko m ó rk i siatków ki o k a, ja k również, w przy p ad k u niższych kręgow ców i n ow orod kó w ssaków , pinealocyty szyszynki o raz barw nikow e ko m ó rk i n eu ro n aln e m ózgu.

D Z IA Ł A N IE P R O M IE N IO W A N IA N A D F IO L E T O W E G O W U K Ł A D Z IE H O T O R E C E P T O R O W Y M

Sygnał świetlny pełni dla zw ierząt rolę najszybszego i najpełniejszego źró d ła inform acji w procesie tw orzen ia o b ra zu środ ow isk a zew nętrznego i synchronizacji rytm iki Fizjologicznej i behaw ioralnej zw ierząt. O dm ienne system y sensoryczne cechuje w ystępow anie znaczących różnic w c h a ra k te ry s­ tyce reakcji układu w izualnego i fotosynchronizującego n a św iatło. N atężenie św iatła w ym agane do przesunięcia faz cyrkadialnych rytm ów aktyw ności lok om otorycznej zw ierząt jest większe niż w ym agane d o w yw ołania efektów w izualnych [22, 23, 39], W rażliw ość system u fo tosynchronizującego cechuje się zatem wyższym, niż system wizualny, progiem filtracji „szu m u ” świetlnego. Z d o ln o ść w idzenia w świetle nadfioletow ym (UV ) u niższych kręgow ców i gryzoni o ra z silny wpływ p ro m ien io w a n ia U V n a regulację ry tm ó w cy rk adialnych i funkcji n eu ro h o rm o n aln y ch zw ierząt decyduje o istotnym znaczeniu inform acyjnym i regulacyjnym p ro m ien iow ania UV o niskiej m ocy [17].

W oku kręgow ców w yróżnia się u kład optyczny, układ detekcji o raz w stępneg o p rz etw arzan ia inform acji. P ro m ien io w an ie elek tro m a g n ety cze oddziałujące n a n arząd w zroku, określane m ianem św iatła w idzialnego, obejm uje długości fali 380-780 nm . Z akres ten jest lim itow any zdolnością p rzepuszczalności soczew ki i ro g ó w k i o ra z w rażliw ością fo to re c e p c y jn ą siatków ki. Ze względu n a zaw artość m acierzy kolagenow ej ro g ó w k a jest n ieprzezroczysta dla prom ieni U V -C i w dużym sto pn iu dla UV-B, przy czym w ykazuje najw iększą p o d atn o ść n a uszkodzenia d la fal 270 nm [12]. W zakresie św iatła w idzialnego i U V -A ro gó w k a w ykazuje 100% tran sm isję [12, 40],

C e n tra ln a część soczewki zb u d o w an a jest z b ezjądrzastych k om ó rek p o ch o d zen ia płodow ego o zdolności kum ulacji zm ian, p o w o du jący ch w raz z w iekiem spadek zdolności transm isji w zakresie UV. S oczew ka ludzkich

(5)

n o w o ro d k ó w jest bezbarw na i przezroczysta dla fal UV-B i U V -A (300-360 i powyżej 360 nm ) [12, 32]. Z wiekiem w soczewce ludzkiej za cho dzą zm iany stru k tu raln e białek, w w yniku których zyskuje o n a właściwości fluorescencji o pochodzeniu innym niż z try p to fa n u i tyrozyny. Z m iany te są następstw em generacji now ych składników w yw odzących się z białek cytozolow ych [12, 14, 42]. A k u m u lacja fluoryzujących białek cytozolow ych soczewki przyczynia się do w zrostu absorpcji UV i m oże być b ezpośrednio sp o w o d o w a n a reak cjam i fotouczulającym i, n ieen zy m aty czn ą g liozylacją białek, reak cjam i oksydacji [5], D o fotou czu laczy soczew ki zalicza się N -form ylokinurenin ę (N F K ), oksoindolam inę [12]. M o g ą o ne p ochodzić z fotolizy białkow ego try p to fan u . N F K ab so rb u je fale dłuższe (U V -A ) niż ab so rb o w an e przez try p to fan (280-290, 320 nm ) i w zw iązku z tym jest u w a ż a n a za głów ny foto u czu lacz d eg rad u jący b ia łk a w starszy ch soczew kach ludzkich [10, 12, 39], Pod wpływem chronicznej ekspozycji n a p ro m ien io w a n ie UV N F K przyczynia się d o d eg rad ac ji b iałek za­ w ierających tyrozynę, co m oże prow adzić do fo rm o w an ia p ro d u k tó w fo- tooksydacji, będących pochodnym i D O P A (3,4 -dihydroksyfenyloalaniny) i przesuw ać o k n o transm isji soczewki w k ieru n k u fal długich [39]. Roli fotoperoksydacyjnej N F K przypisuje się rów nież udział w upośledzeniu funkcji enzym ów soczewki pod wpływem ostrej ekspozycji n a U V -A (św ia­ tło o długości fali 365 nm i m ocy kilku m W /cm 2 po w o do w ało , obo k zm ian histologicznych, obniżenie aktyw ności N a /K A T P -azy, heksokinazy, k atalazy , dehydrogenazy glukozo-6 fosforanu [11]). P o ch o d n e k inu ren in y (N F K i 3-hydroksy kinureninę, 3-H K G ) zidentyfikow ano w soczew kach naczelnych [10, 39], W przeciw ieństw ie do właściwości fotoo ksyd acy jny ch N F K w soczew kach ludzi starszych, 3-H K G w soczew kach m ło dy ch m oże pełnić w sto su n k u do białek funkcję o ch ro n n ą przed prom ien iow an iem UV. N a to m iast k in u ren in a w ystępuje pow szechnie w soczew kach k rę g o ­ wców. W iążąc się z białkam i cytozolow ym i, m oże io rm o w ać zw iązki a b ­ sorbujące UV w zakresach odpow iadający ch absorpcji m elan in [12]. W zb u ­ d zane prom ieniow aniem o długości fali ok. 355 nm , zw iązki te em itują św iatło fluorescencji 420-440 nm . Starzejące się b iałka soczewki w ykazują k ró tk o trw a łe stany w zbudzenia trypletow ego i k ró tk o żyjące stan y r o ­ dnikow e, pow stające p raw d o p o d o b n ie ze stanów fluorescencyjnych. M im o tego nie w pływ ają one na fotodestrukcję innych p ro tein (nie m a ją w ła­ ściwości fotouczulających) [12, 39]. Z w iązkom tym przypisyw ano p o cz ą­ tk o w o rolę pośredniczenia w przekazyw aniu sygnału św ietlnego do u k ład u fotorecepcyjnego siatków ki kręgow ców , posiadających w rażliw ość w izu aln ą i n eu ro h o rm o n a ln ą w zakresie fal nadfioletow ych. H ip o teza ta nie znalazła je d n a k p o tw ierd z en ia z p o w o d u zbyt silnego w pływ u p ro m ie n io w a n ia UV n a regulację syntezy h o rm o n u m elatoniny w odniesieniu d o słabej fluorescencji starzejących się białek soczewki.

(6)

W siatków ce kręgow ców istnieją dw a niezależne u kłady fotodetekcji: układ fotodetekcji w systemie w izualnym o raz układ od pow iedzialny za regulacje procesów cyrkadialnych, związany z produkcją m elatoniny. Siatków ka jest tw orem w ielow arstw ow ym . Z anim św iatło UV do trze d o foto recep to ró w , ulega częściowej absorpcji i ro zproszen iu przez tk an k ę nerw ow ą, naczynia krw ionośne i inne kom órki wypełniające tę strukturę. K o m ó rk i fotorecepcyjne siatków ki: czopki i pręciki ch a rak tery zu ją się po d o b n y m planem budow y o ra z p o siad ają jednakow y system absorpcji fo to n ó w zw iązany z ob ecnością ro d o p sy n y i jej poch odnych [14]. N a poziom ie m o lekularny m w ystępują znaczne różnice w energii kw antów p rom ien iow an ia św ietlnego, niezbędnej d o w zbudzenia gru p ch rom ofo row ych barw ników . Z asadnicze różnice wy­ stępują rów nież w topografii poszczególnych klas foto receptoró w w siatków ce o ra z w schem atach połączeń z k o m ó rk am i przew odzącym i sygnały. F o to - tra n sd u k c ję sygnału św ietlnego w sygnał elek troch em iczn y w system ie św iatłoczułym siatków ki zapoczątkow u je ab sorp cja św iatła przez chro m o- pro tein ę zlokalizow aną w dyskach błonow ych zew nętrznego segm entu fo to ­ receptorów . B arw nik ten, o m asie cząsteczkow ej 38 k D a , sk ład a się z grupy ch ro m o fo ro w ej, będącej p o ch o d n ą aldehydow ą w itam iny A , o ra z z b iałka opsyny [27, 30], G ru p a ch ro m o fo ro w a ulegając fotoizom eryzacji z form y cis w form ę trans zapoczątkow uje szereg reakcji biochemicznych, prow adzących do polaryzacji błony fo torecep tora (w stanie podstaw ow ym b łona k o m ó rk o w a czopków i pręcików jest zd epolaryzow ana) i generacji sygnału e le k tro ­ chem icznego. Specyficzny uk ład w iązań sprzężonych w części niebiałkow ej b arw n ik a w zrokow ego spraw ia, że związek ten p o siad a je d n ą z najw iększych w artości absorpcji fotonów w śród zw iązków organicznych. O różnym p ro g u p o b u d ze n ia foto recep to ró w siatków ki decyduje przede w szystkim rodzaj o psyny, będący konsek w en cją jej sk ład u am ino kw aso w ego . P ojed yn czy fo to re c e p to r p o siad a wyłącznie jed en rodzaj opsyny, w zw iązku z czym d o w o ln a k o m ó rk a siatk ó w k i z d o ln a je st o d b iera ć je d e n zak res w idm a św ietlnego.

T ra d y cy jn ie w yróżnia się cztery klasy opsyn: ro d o p s y n a p rę cik o w a (m ak sim a abso rp cji: a - 510 nm , ¡i - 400 nm ), jo d o p s y n y czo p k ó w w rażliw ych n a fiolet i św iatło niebieskie (m aksim um ab sorpcji czo pk ów ludzkich: 419 nm ), jo d o p sy n y czo p k ó w w rażliw ych n a św iatło zielone (m aksim um absorpcji czopków ludzkich: 531 nm ), jo d o p sy n y czopków w rażliw ych n a św iatło czerw one (m aksim um absorpcji czop kó w ludzkich: 559 nm ) [29], K lasyfik acja jo d o p sy n y o m aksim um detekcji w zakresie U V jest problem em otw artym . B adania genetyczne fo to re cep to ró w ry b m a ­ ksym alnie wrażliwych na UV wykazały przy użyciu technik sekw encjonow ania, że zaw ierają one gen ko dujący opsynę o unikatow ym składzie am ino - kwasow ym. G en UV-opsyny jest zbudow any z 1065 p ar zasad i charakteryzuje go w ysoka hom o lo g ía (89% ) do genu ro do psyn y pręcikow ej o ra z n isk a

(7)

(3 5 -8 3 % ) hom ologia do genu kodującego jo do psyn y czopków [36], UV- -o p sy n a sk ład a się z siedm iu h y d ro fo b o w y ch frag m en tó w tra n s b ło n o - wych rozdzielonych sekw encjam i hydrofitow ym i. W siódm ej dom enie tran s- błonow ej znajduje się miejsce w iążące retinal (lizyna w pozycji 296). M iejsce N -glikozylacji znajduje się n a N -k ońcu cząsteczki, n a to m ia st sero to n in o w o - -treoninow y C -koniec m oże być miejscem fosforylacji zależnej od św iatła. C echą ch arak tery sty czn ą opsyny foto receptorów U V -w rażliw ych jest o bec­ ność lizyny w pozycji 126 w miejsce tryptofanu, w ystępującego we wszystkich pozostałych opsynach [36]. U jem nie n aład o w an a reszta lizyny, leżąca w sąsiedztw ie grupy prostetycznej, m oże zapobiegać u p ro to n o w a n iu zasady SchiłTa, ja k ą tw orzy białko i retinal, a tym sam ym przesuw ać m a k si­ m u m absorpcji zw iązku w kieru n k u fal krótszych (U V -A , 360 nm ). C ząste­ czk a opsyny czopków UV-wrażliw ych p osiada m ożliw ość takiej zm iany konform acji w błonie, aby reszta lizyny zbliżyła się n a odległość 0,6 nm d o reszt g lutam inianu, tw orząc silny dipol elektryczny, k tó ry zap o b ieg a d ep ro to n a cji zasady Schiffa [19, 36]. P ow oduje to przesunięcie m ak sim um ab so rp cji w k ie ru n k u fal dłuższych (U V -A , 370 n m ), co p o tw ierdziły b a d a n ia m ik ro sp ek tro fo to m etry czn e [46]. Zjaw isko to m oże m ieć znaczenie w d o s tra ja n iu się czopków UV d o długości fali p ro m ie n io w a n ia n a d ­ fioletow ego. O długości fali świetlnej ab so rb o w an ej przez fo to re c e p to r d ecyduje rów nież ro d zaj c h ro m o fo ru połączo n eg o z g ru p ą (e-am inow ą lizyny, będącego p o c h o d n ą w itam iny A t (1 l-cz.v-retinaldehyd) lub A 2 (3- -dehyd ro retin ald eh y d ), decyduje o w łasnościach ab sorpcyjnych b arw n ik a optycznego. T y p ch ro m o fo ru A 2 po siad a w system ie w iązań sprzężonych n d o d a tk o w e w iązanie C = C. W zw iązku z tym ch arak tery zu je się m niejszą en erg ią w zb u d zen ia i p o sia d a m ożliw ość ab so rp cji św iatła o większej długości fali, niż chrom ofor A l (różnica rzędu 19 lub 58 nm ) [19]. C h ro m o io r A j znajduje się w rodopsynie bydlęcej i jodo psy nie k u ry , a ch ro m o fo ry A j i A 2 o raz p ary ch ro m o fo ró w A J A 2 zlokaliow ane są w fo to re cep to ra ch ryb [45]. O becność w kom órce p a r cząsteczek opsyny zw iązanych z A x i A 2 decyduje o w ystępow aniu dw óch m aksim ów absorpcji św iatła rejestrow anego przez fo to recep to r. O becność chro m o fo ru A j lub A 2 określa szerokość sp ek tra ln ą w idm a absorpcji fo to recep to ra, gdyż polieny liniow e o parzystej liczbie w iązań sprzężonych n p o siad ają szersze w idm o absorpcji niż zw iązki o parzystej liczbie w iązań tego typu. R ów nież p ro to n a c ja śro d o w isk a m a w pływ n a przesunięcia m aksim ów absorpcji barw ników w zrokow ych. W raz z obniżeniem pH , m aksim um absorpcji ulega zw iększeniu o ra z przesunięciu w k ieru n k u fal [19, 29, 45]. Specjalizacja danego fo to re c e p to ra w zakresie detekcji św iatła o danej długości fali zależy od rod zaju b arw n ik a i jest w ynikiem specyficznej sekwencji am inokw asow ej białka opsynow ego, ro dzaju c h ro m o fo ru A j lub (i) A 2 o raz p H środow iska. W idm o absorpcji czopków

(8)

UV charak tery zu je się nisk ą ab so rb an cją dla fal powyżej 400 nm o raz w ysoką zdolnością p o chłaniania w zakresie fal UV-B i U V -A [36], Istnieją przesłanki aby twierdzić, że fo to recepto ry d la fal dłuższych w siatków ce p tak ó w i gadów nie a b so rb u ją U V , m im o iż w ykazują m ak sim u m absorpcji ro d o p sy n y , p rz y p ad ając e n a ten zakres. W cy to p lazm ie tych k o m ó rek znajdują się kropelki tłuszczu zaw ierające k aro te n o id y , k tó re działają jak filtr odcinający prom ieniow anie U V . N a to m iast w fo to re cep to ra ch UV- w rażliw ych b ra k jest b arw n ik ó w k a ro te n o w y ch w cy to p laz m a ty c zn y ch k ro p lac h tłuszczu [8, 13].

F o to r e c e p to ry sia tk ó w k i k ręg o w có w w rażliw e n a n a d fio le t są pod względem sto p n ia hom ologii opsyny zbliżone d o pręcików [36], lecz ze względu n a podobieństw o epitop ów m o żn a m ów ić o ich pokrew ieństw ie z czopkam i dla św iatła niebieskiego [7, 17, 39, 40]. C h a ra k te r detekcji skotopow ej św iatła (widzenie w ciem ności) w pręcikach o ra z cz opk ach -U V jest zbliżony: p o siad ają one o wiele niższy, niż inne fo to re cep to ry , p ró g pobud zen ia oraz większy zakres detekcji jasności tła [21]. F o to re c e p to ry UV, w przeciwieństwie d o pręcików , party cy p u ją w w idzeniu barw nym i uczestniczą w ad ap tacji fotopow ej, co pozw ala je zaliczać d o czopków [9, 31].

N iektórzy au to rzy w skazują n a obecność w siatk ów kach kręgow ców fo to re cep to ró w dla p ro m ieniow ania UV -A , biorących udział w regulacji rytmiki okołodobow ej [15, 33], C echą charakterystyczną wrażliwości spektralnej u k ład u syntezującego m elatoninę w siatków ce jest jej zbieżność z rozk ład em aktyw ności elektrycznej (E R G ) siatków ki dla fal świetlnych o różnej długości. D otyczy to rów nież zakresu nadfioletow ego w idm a, wywołującego odpow iedź elektryczn ą i n e u ro h o rm o n a ln ą siatków ki niższych kręgow ców i gryzoni. O stężeniu m elatoniny w siatków ce decyduje, ob ok h o rm on u syntetyzow anego lokalnie, obecność m elatoniny szyszynkow ej. W ynikiem w ysokiego stężenia m elato n in y w siatków ce jest w ybitny w zrost wrażliw ości n a fo to d eg rad ację ko m ó rek św iatłoczułych. Z jaw isko to m oże m ieć niekorzystne konsekw encje w czasie nocnej ekspozycji siatków ki n a św iatło (szczególnie z za k resu UV) o dużej intensyw ności. N ajbardziej n a ra ż o n a n a uszkodzenia je st siatk ó w k a zw ierząt albinotycznych, któ ry ch n ab ło n ek barw nikow y p o zb aw io ny jest substancji ochronnej - m elaniny. U dział m elatoniny w zwiększeniu wrażliwości fo to re cep to ró w na uszkodzenia spow odow ane św iatłem potw ierdziły b a d a n ia na zw ierzętach pinealektom izow anych, k tó re w ykazyw ały o 30% m niejszą degrad ację segm entów zew nętrznych i w ew nętrznych fo to re cep to ró w niż zwierzęta ko ntrolne [35], Eksperym enty z użyciem technik autoradiograficznych w ykazały, że za fo todegrad ację k o m ó rek fo to recep to ro w ych odp ow ied zialn a jest głów nie n o cn a ekspozycja siatków ki n a p ro m ien io w anie U V -A , k tó re pow oduje upośledzenie procesów napraw czych oraz obniżenie tem pa

(9)

fagocyto-zy uszkodzonych dysków zew nętrznych fotorcccptorów [35]. O stra ekspofagocyto-zycja siatków ki n a UV-A przyczynia się rów nież d o o bniżenia ilości czop kó w U V -w rażliw ych o ra z p eroksy dacji sk ład n ik ó w fo to re c e p to ró w [12, 35]. P rzekroczenie p ro g u bezpiecznej intensyw ności św iatła po w od uje ró ż n o ro d n e uszkodzenia fotofizycznc i fotochem iczne siatków ki, zależne od długości fali, k tó re p ro w ad zą d o rozw oju retinopatii. P odkreśla się u d ział św iatła niebies­ kiego i UV w tym procesie oraz jeg o zależność od stężenia tlenu [37, 38], W skazuje to n a fotooksydacyjne m echanizm y uszkodzeń sp ow odow anych prom ieniow aniem świetlnym ultra- i k rótkofalow y m , w k tó ry m m o g ą brać udział endogenne fotouczulacze: flawiny, poriiryn y, h em ato p o rllry n y , cyto- chrom c [38], R o la h o rm onów p arak ry n n y ch siatków ki w m ech an izm ach chroniących przed fo tooksydacją jej składników jest sp raw ą kon tro w ersy jn ą. B adania A b e i wsp. [1] w skazują na zdolność m elato n in y d o unieczynniania w olnych rodnikó w .

U n iektórych gatu n k ó w kręgow ców stw ierdzono istnienie fotorecepcji pozasiatk ów kow ej, grającej zasadniczą rolę w niektórych procesach h o r­ m o n aln ej regulacji ustrojow ej [20-45]. F o to recep cja p o za sia tk ó w k o w a o d ­ p o w iad a za synchronizację organizm u d o cykli ośw ietleniow ych, a w spól­ nie z fotorecepcją siatków kow ą pośredniczy w tw orzeniu arytm ii cyrk ad ia- lnej w yw ołanej o strą ekspozycją n a światło. O iotorccepcyjnych w łaściw oś­ ciach szyszynki i kory m ózgowej u niższych kręgow ców św iadczy m . in. ob ecn o ść w tych s tru k tu ra c h barw ników św iatłoczułych p o siad ają cy ch w idm o absorpcji charakterystyczn e dla zw iązków opsyny z 11 -m re tin a le m [14-16]. F o to re c e p to ry szyszynki w ykazują m ak sim u m absorpcji 500 nm i p o siad ają ch arakterystyczny dla barw ników o psoninow ych kształt k rzy ­ wej absorpcji [14], R eakcja u k ład u pozasiatków kow ej percepcji, m ak sy m al­ nie w rażliw ego n a prom ieniow anie widzialne, nie w yklucza zdolności d e te ­ kcji św iatła U V , jakkolw iek brakuje danych dośw iadczalnych, w ery fik ują­ cych tę hipotezę. L IT E R A T U R A [1] A b e M , R e i t e r R. J , O h r i i P. B , H a r a M , P o e g g e l e r B. (1994), J. P ineal R e s , 17, 94-100. [2] A d l e r V , S c h a f f e r A , K i m J , D o l a n L , R o n a i Z . (1995), J. Biol. C h e m , 44, 26071-26077. [3] B e n d e r K „ B l a t t n e r C. , K n e b e l A „ I o r d a n o v M „ H e r r l i c h P. (1997), J. Biol. C h e m , 37, 1-17. [4] B r a i n a r d G. S , B a r k e r F. M , H o f f m a n n F. J , S t e t s o n M. H , H a n i f i n J. P „ P o d o l i n P. L„ R o l l a g M . D . (1994), Vission R e s , 11, 1521-1533. [5] B r o w n l e e M , V l a s s a r a H , C e r a m i A. (1984), A n n . In t. M e d , 101, 527-537.

(10)

[6] C a d e t J., B e r g e r M. , D o u k i T. , M o r i n B., R a o u l S., R e v a n a l J. L. , S p i n e l - l i S. (1997), Biol. C hem ., 378, 1275-1286. [7] C a l d e r o n e J. B., J a c o b s G . H . (1995), V isual N eurosci., 6, 293-301. [8] C h e n C „ C o l l i n s B„ G o l d s m i t h T. (1984), Sei., 225, 337-340. [9] C o e m a n s M. A. J. M. , V o s H z n J. J., N u b o e r J. F. W . (1994), V ision R es., 11, 1461-1470. [10] C r e e d D . (1984), P h o to ch em . P h o to b io l., 4, 537-562.

[11] D a r a t A ., W e i n e b O . (1995), Invest. O p th alm o l. Vis. Sei., 12, 215-258. [12] D i I o n J. (1991), J. P h o to ch em . P h o to b io l. B: Biol., 10, 23-40. [13] F l e i s h m a n L. J., L o e w E. R. , M a n u e l L. (1993), N a tu re, 365, 397. [14] F o s t e r R. G. , F o l l e t B. K. , L y t h g o e J. N. (1985), N a tu re , 313, 50-52. [15] F o s t e r R. G. , P r o v e n c i o D. , H u d s o n S., F i s k e S., D e G r i p W. , M e n a - k e n M . (1991), J. C o m p . Physiol., 169, 39-50. [16] F o s t e r R. G. , T i m m e r s A. M. , D e G r i p W. J. (1989), J. C om p. P hysiol., 165, 565-572. [17] G o l d s m i t h T . (1994), V ision R es., 11, 1479-1487. [18] H a n s o n D . L., D e L e o V. A. (1989), P h o to ch em . P h o to b io l., 4, 4 23-430. [19] H a r o s i F. J (1994), Vision R es., 11, 1359-1367.

[20] H a r t w i g H . G . (1982), [w:] Vertebrale Circadian S y s te m , eds J. A s c h o f f , S. D a a n , G. G r o s s , S pringer, B erlin, H eidelberg, N ew Y ork.

[21] H a w r y s h y n C. H . (1991), V isual N eu ro sci., 6, 293-301. [22] J a c o b s H. G. , D e e g a n J. F . (1994), V ision R es., 11, 1433-1441. [23] J a c o b s H. G. , N e i t z J., D e e g a n J. F. (1991), N a tu re , 353, 655-656. [24] M a e d a K. , N a g a n u m a M. , F u k u d a M. (1991), M u ta t. R es. 5, 737-740. [25] M o r i s o n L. W. (1989), P h o to c h em . P h o to b io l., 4, 515-524. [26] M o y s a n A. , M a r q u i s I., G a b o r i a u F .,. S a n t u s R. , D u b a r t r e t L. , M o r l i e - r e P. (1993), J. Invest. D e rm ato l., 100, 692-698. [27] N a t h a n s J., H o g n e s s D . S. (1983), Cell, 34, 804-809. [28] N o w a k Z. J., Z a w i l s k a B . J., R o s i a k J., B e d n a r s k a K ., [w:] R etin a l M elatonin G eneration, (1997) P ineal U p d a te, P JD P u b licatio n s L im ited, W estb u ry , U S A .

[29] O k a n o T. , K o j i m a D. , F u k a d a Y., S h i c h i d a Y. (1992), Proc. N atl. A cad. Sei., 89, 5932-5936.

[30] O s t r o w s k i M . (1982), Inform acja obrazowa, W N T , W arszaw a. [31] P a l a c i o s A. , V a r e l a E. J. (1992), V ision R es., 32, 1947-1953. [32] P a r k i n s o n D. , R a n d o R. R. (1983), J. N eu ro ch em ., 4 0, 3 9-46. [33] P r o v e n c i o J., F o s t e r R. G . (1995), B rain R es., 694, 183-190.

[34] R a d l e r - P o h l A. , S a c h s e n m a i e r C., G e b e l S., A u e r H. D. , R a h m s d o r f H. J., H e r r l i c h P. (1993), E M B O J., 3, 1005-1012.

[35] R a p p L. M. , F i s h e r L., D h i n s a H. S. (1994), Invest. O pthalm ol. Vis. Sei., 9, 3540-3548. [36] R o b i n s o n J., S c h m i t t A. E. , H a r o s i F. J., R e e c e R. J., D o w l i n g J. E. (1993),

P roc. N a tl. A cad . Sei., 90, 6009-6012.

[37] R ö z a n o w s k a M. , J a r v i s - E v a n s J., K o r y t o w s k i W. , B o u l t o n M. E. , B u r k e M. J „ S a m a T . (1995), J. Biol. C hem ., 32, 18825-18830. [38] S a r n a T . (1992), J. P h o to ch em . P h o to b io l. B: Biol., 12, 215-258. [39] S m i t h J. S. (1995), J. P h o to ch em . P h o to b io l. B: B iol., 27, 187-198. [40] S z e l A. , R o h l i c h P., V a n V e e n T. (1993), Exp. E ye Res., 57, 503-505. [41]] S c h r e i b e r M. , B a u m a n n B., C o t t e n M. , A n g e l P., W a g n e r F. E. (1995), E M B O J., 21, 5338-5349. [42] T h o r i n g t o n L. (1985), A n n N . J. A cad. Sei., 453, 28-54.

(11)

[43] T o u r n i e r C , T h o m a s G , P i e r r e J , J a q u c m i n C , P i e r e M , S a u n i e r B. (1997), E u r. J. B iochem ., 244, 587-595. [44] T r a u l i n g c r F , K i n d a s - M u g g e J , K n o b l e r R. M. , H o n i g s m a n n H . (1996), J. P h o to ch em . P h o to b io l. B: B io l, 35, 141-148. [45] U n d e r w o o d H , M e n a k e r M. (1976), J. C o m p . P h y s io l, 8 3, 187-222. [46] Z h u k o v s k y E. A , O p a r i a n D . D . (1989), Science, 246, 928-930.

W płynęło d o R ed ak cji K a te d ra Biochem ii O gólnej

F o lia b iochim ica et b iophysica U n iw ersy tet Ł ó d zk i

24.04.1998

K atarzyna Bednarska, Barbara W achowicz

UV L IG H T S IG N A L S IN B IO L O G IC A L S Y S T E M S (I) D E T E C T IO N OK UV R A D IA T IO N IN P H O T O R E C E P T O R S Y S T E M

E x p o sitio n o f cells to U V ra d ia tio n causes the d ifferen t biological effects. In th is p a p e r th e effects o f low pow er U V ra d ia tio n o n p h o to re c e p to r system are presen ted .

Cytaty

Powiązane dokumenty

Analiza transmitancji wybarwionych wyrobów przy u yciu opracowanych modeli pozwoliła oceni zdolno ci barwników do podwy szania poziomu barierowo ci wyrobu tekstylnego

Celem ćwiczenia jest badanie charakterystyk licznika Geigera-Müllera oraz wyznaczanie współczynnika absorpcji promieniowania  w aluminium... Wyniki pomiarów wpisać do tabeli

Opisz oraz omów w kilku zdaniach zasadę działania przyrządów do pomiaru promieniowania UV oraz ozonu.. Podaj definicję stałej słonecznej oraz omów przyczyny

Nie mniej jednak, można mieć nadzieje, iż obecny materiał faktograficzny przysłużył się w jakim ś stopniu do realizacji przez współczesną ekologią w Polsce swoich

• Spektroskopia UV-VIS polega na pomiarze absorpcji promieniowania ultrafioletowego z zakresu 200-400.. nm i widzialnego w zakresie

- strumień promieniowania emitowany przez jednostkę powierzchni źródła do jednostkowego kąta bryłowego..

Dla złącza krzemowego, prąd nasycenia jest zdominowany przez prąd generacji nośników w obszarze zubożonym złącza. W ćwiczeniu należy zmierzyć

Metody niszczenia mikroorganizmów w technologii wody dzielimy:. Fizyczne (temp.,promieniowanie, cedzenie, u-d wi