Świat - Świat nauki

"Żaluzje słoneczne w oku" - wyniki badań międzynarodowego zespołu badaczy

2021-06-17 12:27:54

Oko – narząd wzroku człowieka – pod wieloma względami zachwyca i zdumiewa nie tylko precyzją widzenia oraz możliwością rozróżniania milionów barw, ale również umiejętnością funkcjonowania w niezwykle szerokim przedziale intensywności światła, która w naturalnych warunkach potrafi zmieniać się nawet o czynnik równy dziesięciu miliardom! Takie wyzwanie wymaga od fotoreceptorów dysponowania krańcowo odmiennymi, a nawet pozornie sprzecznymi atrybutami: z jednej strony bardzo wysoką czułością, z drugiej zaś strony fotostabilnością. Łączenie tego typu skrajności możliwe jest dzięki aktywności wielu mechanizmów regulacyjnych, funkcjonujących na różnych poziomach organizacji narządu wzroku. Wśród nich ważnym oraz doskonale znanym jest zwężanie, oraz rozszerzanie źrenicy w odpowiedzi na zmiany intensywności światła, przypominające działanie przysłony fotograficznej.

Odkrucie mechanizmu w okuWidok okładki czasopisma, w którym ukazał się artykuł, nawiązującej do jego treści. Grafika przedstawia ideę eksponatu w muzeum nauki, obrazującego aktywność mechanizmu "żaluzji molekularnych" w oku człowieka.

Na czym polega mechanizm regulacyjny w oku człowieka?

Okazuje się, iż w oku człowieka funkcjonuje również inny ważny mechanizm regulacyjny, przypominający z kolei działanie okularów fotochromowych. Mechanizm ten dynamicznie osłabia intensywność światła docierającego do fotoreceptorów przy wysokich natężeniach, działając w przeciwnym kierunku przy niskim poziomie oświetlenia. W tę nieznaną dotychczas aktywność regulacyjną na poziomie molekularnym zaangażowane są bezpośrednio luteina oraz zeaksantyna, barwniki ksantofilowe obecne w siatkówce oka człowieka, w szczególności w jej centralnym obszarze zwanym plamką żółtą.

Kto przychynił się do odkrycia tego mechanizmu regulacyjnego?

Odkrycie tego mechanizmu zostało właśnie ogłoszone przez międzynarodowy zespół badaczy pracujących pod kierunkiem prof. Wiesława Gruszeckiego z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie. Zespół został utworzony w celu realizacji projektu badawczego w programie TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, współfinansowanym w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój Unii Europejskiej.

Jak mówi prof. Gruszecki, lider projektu:"Aktywność interdyscyplinarnego zespołu złożonego z fizyków, medyków oraz chemików, zarówno eksperymentalnych, jak i reprezentujących podejścia obliczeniowe, stworzyła unikalne możliwości badania mechanizmów molekularnych funkcjonujących w oku człowieka oraz poszukiwania odpowiedzi na pytania formułowane z perspektywy wielu, dopełniających się obszarów poznawczych. Co równie ważne, zaangażowanie w pracach zespołu uznanych ekspertów, jak prof. Robert Rejdak z Uniwersytetu Medycznego w Lublinie czy prof. Jacek Czub z Politechniki Gdańskiej, ramię w ramię z adeptami nauki – doktorantami oraz studentami – stanowiło "mieszankę wybuchową" doświadczenia i młodzieńczego entuzjazmu, czyniąc naszą współpracę nie tylko dynamiczną, twórczą i wydajną, ale również pełną radości oraz satysfakcji na poziomie relacji społecznych".

Co wykazał zespół badaczy?

Badacze pokazali, że ksantofile obecne w plamce żółtej oka, w odpowiedzi na zmiany intensywności światła, ulegają odwracalnej fotoizomeryzacji z konfiguracji molekularnej trans do cis, skutkującej zmianą orientacji tych barwników w błonach lipidowych. Co istotne, tego typu zmiana położenia w stosunku do płaszczyzny siatkówki oraz kierunku padających promieni powoduje radykalne zmiany pochłaniania światła przez tę grupę barwników. Przejawia się to przepuszczaniem większej liczby fotonów w kierunku fotoreceptorów, gdy poziom natężenia jest niski, oraz pochłanianiem promieniowania w warunkach jego nadmiernej intensywności. Aktywność ta chroni siatkówkę przed fotouszkodzeniami w warunkach silnego oświetlenia, ułatwiając jednocześnie widzenie barwne oraz precyzyjne przy stosunkowo słabym świetle. Jak podkreślają badacze w swoim artykule, dodatkową, istotną cechą odkrytego mechanizmu jest jego bardzo krótki czas aktywacji (poniżej jednej tysięcznej sekundy) w stosunku do typowych reakcji źrenicy (czasy dłuższe niż 0,5 sekundy). Oznacza to, że ochrona fotoreceptorów włącza się automatycznie, zanim jeszcze dotrze do naszej świadomości informacja o zagrożeniu.

Co równie istotne, źrenica zwęża się jedynie do średnicy ok. 2 mm, pozostawiając niechronioną centralną część siatkówki, która jest odpowiedzialna za widzenie barwne oraz precyzyjne. Ochrona tego właśnie obszaru realizowana jest przez barwniki ksantofilowe oraz przez mechanizm regulacyjny porównany przez badaczy do "żaluzji" otwieranych i zamykanych na poziomie molekularnym w odpowiedzi na zmiany intensywności światła. Fakt, iż zasadniczym elementem aktywnym tych "żaluzji" są cząsteczki luteiny oraz zeaksantyny, które nie są syntetyzowane w organizmie człowieka, wskazuje na konieczność uwzględnienia ich w diecie tak, aby oczy służyły nam zarówno przy słabym, jak i intensywnym oświetleniu przez długie lata naszego życia.

Jakie są skutki niedoboru luteiny i zeakksantyny?

O skrajnie negatywnych skutkach niedoboru luteiny oraz zeaksantyny w diecie świadczy utrata widzenia spowodowana degeneracją plamki żółtej w siatkówce oka postępującą wraz z wiekiem (AMD, ang. Age-Related Macular Degeneration)."Na szczęście w zadaniu komponowania diety oraz doboru właściwych produktów żywnościowych pomaga nam zmysł wzroku, na co wskazuje fakt, iż luteina i zeaksantyna, jako barwniki ksantofilowe, charakteryzują się ciepłą, żółtopomarańczową barwą" – mówi prof. Gruszecki.

Praca przedstawiająca odkrycie mechanizmu "żaluzji molekularnych" w siatkówce oka człowieka ukazała się w czasopiśmie "The Journal of Physical Chemistry" i można do niej dotrzeć za pośrednictwem poniższego linku: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.1c01198

Jak zauważają autorzy artykułu, warty podkreślenia jest fakt, iż podobny proces odwracalnej fotoizomeryzacji barwników polienowych wykorzystany został przez naturę na drodze ewolucji biologicznej jako centralny mechanizm leżący u podstaw funkcjonowania dwóch zasadniczo odmiennych aktywności na poziomie fizjologicznym w oku człowieka. Fotoizomeryzacja cis-trans retinalu w rodopsynie uruchamia kaskadę sygnałów w procesie widzenia, zaś fotoizomeryzacja luteiny i zeaksantyny w plamce żółtej odpowiada za kształtowanie dynamicznej regulacji intensywności światła docierającego do fotoreceptorów na drodze mechanizmu "żaluzji molekularnych".

ip

fot. materiały partnera

Słowa kluczowe: Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, wyniki badań, oczy, mechanizm regulacyjny
Komentarze
Redakcja dlaStudenta.pl nie ponosi odpowiedzialności za wypowiedzi Internautów opublikowane na stronach serwisu oraz zastrzega sobie prawo do redagowania, skracania bądź usuwania komentarzy zawierających treści zabronione przez prawo, uznawane za obraźliwie lub naruszające zasady współżycia społecznego.
Zobacz także
Au Pair, program dla studentÃłw
Au Pair, zamieszkaj za granicą!

Dowiedz się więcej o programie, który umożliwia darmowy pobyt w innym kraju

Żaluzje słoneczne w oku - wyniki badań
"Żaluzje słoneczne w oku" - wyniki badań międzynarodowego zespołu badaczy

Zobacz, co odkrył międzynarodowy zespół badaczy pod kierunkiem prof. Wiesława Gruszeckiego z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie.

Państwowy Instytut Badawczy Zima w Polsce 2100
Czy w 2100 r. będzie jeszcze śnieg? Poznaj prognozy i skutki coraz słabszych zim

Instytut Ochrony Środowiska – Państwowy Instytut Badawczy przedstawia wyniki badań.

Polecamy
Szkło uranowe - co to jest i czy jest bezpieczne?

Pierwiastek zasilający elektrownie i służący do produkcji bomb zamknięty w domowych ozdobach? Jak to w ogóle możliwe?

Zobacz, gdzie moÅźna pracować po studiach filozoficznych!
Obchodzimy Światowy Dzień Filozofii 2018

15 listopada 2018 roku obchodzimy Światowy Dzień Filozofii.

Ostatnio dodane
Au Pair, program dla studentÃłw
Au Pair, zamieszkaj za granicą!

Dowiedz się więcej o programie, który umożliwia darmowy pobyt w innym kraju

Żaluzje słoneczne w oku - wyniki badań
"Żaluzje słoneczne w oku" - wyniki badań międzynarodowego zespołu badaczy

Zobacz, co odkrył międzynarodowy zespół badaczy pod kierunkiem prof. Wiesława Gruszeckiego z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie.

Popularne
Wzór umowy najmu
Wzór umowy najmu

Zobacz wzór umowy najmu! Wystarczy uzupełnić dane i gotowe!

Oto 28 najlepszych kierunków studiów w Polsce!
Oto 28 najlepszych kierunków studiów w Polsce!

Najlepsze kierunki studiów realizowane na uczelniach w całej Polsce zostały wyłonione do specjalnego dofinansowania z nowej dotacji projakościowej.

Top 20 najlepszych klubów Wrocławia
Top 20 najlepszych klubów Wrocławia Wrocław

Grupa specjalnie przez nas wyselekcjonowanych bestii imprezowych wybrała dla was najlepsze kluby dla studentów we Wrocławiu. Oto wyniki!