Секрет цветного зрения раскрыт на атомном уровне

Мы привыкли к цветному миру вокруг себя и не задумываемся, каким образом видим мир в миллионах оттенков.

Международная группа исследователей впервые определила атомную структуру трех светочувствительных молекул человеческого глаза — колбочковых опсинов, отвечающих за восприятие красного, зеленого и синего цветов. Работа помогает объяснить, каким образом свет преобразуется в нервные сигналы, которые затем интерпретирует мозг. Исследование опубликовано в журнале Science.

Авторы отмечают, что для понимания механизма цветового восприятия необходимо было увидеть точное трехмерное устройство этих молекул в момент их активации светом. Именно это удалось сделать интернациональной команде физиологов из Китая, Германии и Австралии.

В сетчатке глаза находятся три типа колбочек (лат. coni retinae, мн.ч. от слова conus), каждый из которых содержит собственный вариант опсина. После поглощения фотонов видимого света молекулы переходят в активное состояние и запускают цепочку химических реакций, в результате которой возникает электрический сигнал, направляющийся в мозг.

Исследователи обнаружили, что структуры трех типов опсинов в активном состоянии отличаются друг от друга значительно сильнее, чем предполагалось. Эти различия позволяют понять, почему каждый тип колбочек реагирует на определенную область спектра — красную, зеленую или синюю.

Профессор Австралийского национального университета Тревор Лэмб пояснил, что быстрое включение и выключение опсинов играет важную роль в дневном зрении. По его словам, именно высокая скорость работы этих молекул помогает человеку различать мелкие детали и точно воспринимать цвета даже у движущихся объектов.

Почему открытие имеет значение не только для биологии

Полученные данные могут стать основой для дальнейших исследований наследственных заболеваний сетчатки и разработки новых методов лечения нарушений зрения. Кроме того, знание точной структуры белков зрительного анализатора открывает возможности для создания лекарств, воздействующих непосредственно на молекулярные механизмы работы клеток-фоторецепторов.

Человеческий глаз способен различать около 10 миллионов оттенков благодаря совместной работе трех типов колбочек. При этом в условиях слабого освещения основную роль начинают играть палочки (англ. roв cells, лат. bacilli retinae) — другой тип фоторецепторов, практически не различающий цвета. Именно поэтому ночью окружающий мир кажется черно-белым.

Красные и зеленые опсины очень похожи по строению — различия между ними составляют лишь несколько аминокислот. Именно поэтому наиболее распространенной формой дальтонизма является нарушение различения красного и зеленого цветов.

В глазу человека в среднем присутствует 90-92 миллиона палочек длиной 0,006 мм, диаметром — 0,002 мм, и всего 6-7 миллионов колбочек. Длина их выступающей конической части — около 0,005 мм, диаметр — 0,004 мм в основании, 0,001 мм на конце.

Недавно стало известно, что ученые создали искусственную сетчатку с умными опциями.