Карбоангидраза. Сокращение гладких мышц и сетчатка
Карбоангидраза — фермент, играющий важную роль в образовании внутриглазной жидкости.
Фермент карбоангидраза играет важную роль в образовании внутриглазной жидкости. Его действие в органах зрения подобно его действию в почках или в других органах, где образуются тканевые жидкости. Ионный состав внутриглазной жидкости похож на состав плазмы крови, но содержание белка (10 мг/100 мл) намного ниже, чем в плазме (6000 мг/100 мл). Из-за низкого содержания белка внутриглазная жидкость прозрачна. Внутриглазная жидкость не является ультрафильтратом плазмы, на что указывает более высокое содержание в ней бикарбонатов и аскорбиновой кислоты. Это различие в составе предполагает, что внутриглазная жидкость образуется за счет более активных, чем фильтрация, процессов. Этот факт является важным для понимания того, как ингибиторы карбо-ангидразы уменьшают производство внутриглазной жидкости.
Сокращение гладких мышц — важный элемент физиологической регуляции глаза. Расширение и сужение зрачка, тонус кровеносных сосудов и ресничной мышцы зависят от сокращения гладких мышц. Эти процессы регулируются разными отделами вегетативной нервной системы, использующей различные медиаторы и рецепторы. И а1, и М3-рецепторы активируют G-белки, которые, в свою очередь, активируют фермент фосфолипазу С для сокращения гладких мышц.
Сетчатка преобразует свет в электрические импульсы нервных клеток. Сетчатка является частью эмбриональной центральной нервной системы, поэтому может рассматриваться, как часть головного мозга. Сетчатка получает кислород и питательные вещества от сосудистой оболочки (сзади) и ретинальных кровеносных сосудов (спереди). Сетчатка — это единственное место, где систему кровообращения головного мозга можно видеть непосредственно в офтальмоскопе.
Macula lutea с ямкой в центре — область сетчатки, характеризующаяся максимальной плотностью колбочек и отсутствием кровеносных сосудов. В этой части генерируются максимально четкие изображения, воспринимаемые мозгом наиболее детально и в самом высоком качестве.
Сетчатка — высокоорганизованная многослойная структура из нервных клеток. За пигментным эпителием сетчатки расположены два типа фоторецепторов — палочки и колбочки, выполняющие различные функции:
• палочки активируются светом слабой интенсивности (сумеречное зрение);
• колбочки активируются светом высокой интенсивности и отвечают за восприятие цвета. Фоторецепторы превращают свет в электрические импульсы посредством белка из рода опсинов. Генерированные импульсы передаются через биполярные клетки к ганглионарным клеткам сетчатки, аксоны которых формируют зрительный нерв и по нему направляются в головной мозг. Другие клетки сетчатки, включая амакриновые, горизонтальные и межплексиформные, также вовлечены в процесс обработки изображения, который происходит в сетчатке. Для восприятия фотонов света головным мозгом требуется преобразование этих фотонов в электрические импульсы в фоторецепторных клетках таким образом, чтобы смодулировать ими выброс нейротрансмиттеров. Это приводит к активизации нейронов, импульсы от которых в итоге достигают зрительных отделов коры, расположенных в затылочных долях головного мозга.
Регуляция высвобождения глутамата (нейротрансмиттера фоторецепторных клеток) происходит в несколько этапов. В тканях глаза фермент гуанилилциклаза превращает ГТФ в цГМФ. Затем цГМФ посредством ФДЭ превращается в ГМФ. Различают 11 основных изоформ ФДЭ, каждый из которых имеет еще различные подтипы.
Для фоторецепторов палочек имеет значение изоформа ФДЭ-6. В темноте активность ФДЭ-6 снижена, что приводит к накоплению цГМФ. Регуляция концентрации цГМФ критически важна для фоторецепторов палочек. Фоторецептор содержит родопсин, структура которого совпадает с G-белком, содержащим 11-цис-ретинальную функциональную группу. Фотон света вызывает конформационные изменения родопсина, активируя специфический G-белок трансдуцин (Gt). К а-цепочке Gt присоединяется бета/у-субъединица, что приводит к активации ФДЭ-6 и резко снижает концентрацию цГМФ.
Мембраны фоторецепторных клеток имеют особый вид ионных каналов, которые зависят от цГМФ (так называемые цГМФ-зависимые каналы). В присутствии цГМФ эти каналы пропускают катионы внутрь фоторецепторных клеток, что приводит к деполяризации. Так же как и в нейронах, деполяризация приводит к открытию потенциал-зависимых кальциевых каналов в пресинаптических отделах и высвобождению глутамата. Гиперполяризация фоторецептора приводит к закрытию кальциевых каналов и уменьшению высвобождения глутамата.
При отсутствии света (в темноте) в фоторецепторных клетках накапливаются большие концентрации цГМФ, фоторецепторные клетки деполяризуются и выбрасывают нейротрансмиттер. И наоборот, в присутствии света ФДЭ-6 активирована, что приводит к увеличению преобразования цГМФ в неактивный ГМФ и к снижению концентрации цГМФ. Фоторецепторные клетки гиперполяризуются, что приводит к закрытию потенциал-зависимых кальциевых каналов на пресинаптическом окончании, в результате уменьшается выделение глутамата.
Таким образом, в присутствии света фоторецепторы имеют низкую концентрацию цГМФ, гиперполяризованы и не выделяют нейротрансмиттеры. В первом синапсе зрительной системы воздействие фотонов света на сетчатку приводит к уменьшению выделения глутамата.
Следующие клетки в цепи передачи сигналов — биполярные клетки. Они делятся на два класса. «Включающие» биполярные клетки — это клетки, реагирующие на прекращение нейротрансмиттерной деполяризации. «Выключающие» биполярные клетки — это клетки, реагирующие на прекращение возбуждения, вызванного глутаматной гиперполяризацией. В связи с этим на ранних этапах визуальной обработки сетчатка глаза одновременно кодирует не только свет, но и его отсутствие во «включающих» и в «выключающих» клетках.
