37.17. Свет снижает содержание циклического GMP путем активации фосфодиэстеразы

Как показывают приведенные экспериментальные данные, возбудимость палочек зависит и от Са2+, и от cGMP. Взаимодействие этих агентов может играть решающую роль в зрительном возбуждении. Что касается молекулярного механизма индуцированного светом высвобождения Са2+

Рис. 37.32. Схематическое изображение гипотезы о роли cGMP как медиатора при зрительном возбуждении. Рд - фотолизированный родопсин.

в цитозоль, то в этом вопросе еще много неясного. Что же касается регуляции светом содержания cGMP в наружных сегментах палочек, то в изучении этого вопроса в последние годы был достигнут значительный прогресс. На гуанилатциклазу - фермент, катализирующий синтез cGMP, - свет, по-видимому, не оказывает существенного влияния:

Зато на фосфодиэстеразу, гидролизующую cGMP, свет оказывает поразительное по силе действие:

В результате освещения активность фосфодиэстеразы возрастает в несколько сотен раз. Стимуляция этого фермента фотолизированным родопсином опосредована регуляторным белком, называемым трансдуцином. В темноте трансдуцин содержит прочно связанную молекулу GDP. При освещении фотолизированный родопсин образует комплекс с GDP-трансдуцином и катализирует обмен GDP на GTP (рис. 37.34). Возникающий комплекс GTP-трансдуцин активирует фосфодиэстеразу. Крайне важное значение имеет то обстоятельство, что всего лишь одна фотолизированная молекула родопсина катализирует обмен GDP на GTP на нескольких сотнях молекул трансдуцина, что в свою очередь активирует сотни молекул фосфодиэстеразы. Следовательно, если число оборотов фосфодиэстеразы составляет примерно то на свету в течение секунды гидролизуется уже более 105 молекул cGMP в расчете на одну молекулу фотолизированного родопсина. Система возвращается в исходное темновое состояние благодаря встроенной в нее GTP-азной активности. Присоединенный к трансдуцину GTP подвергается медленному гидролизу с образованием GDP-трансдуцина, неспособного активировать фосфодиэстеразу. Таким образом, весь этот цикл протекает за счет свободной энергии гидролиза GTP. Здесь мы видим пример того, как для усиления сигнала используется Описанный каскад реакций, регулирующих содержание cGMP (рис. 37.35), очень напоминает каскад реакций, опосредующих действие -адре-нергических гормонов, в частности адреналина (разд. 35.4).

Рис. 37.33. Молекулярная модель циклического GMP.

Рис. 37.34. Фотолизированный родопсин катализирует образование комплекса GTP с трансдуцином; этот комплекс в свою очередь активирует фосфодиэстеразу циклического GMP. [Fung В. К.-К., Stryer L., Ргос. Nat. Acad, Sci., 77, 2503 (1980).]