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Photolysis of metarhodopsin I: Rate and extent of conversion to rhodopsin

1971; Elsevier BV; Volume: 11; Issue: 5 Linguagem: Inglês

10.1016/0042-6989(71)90086-1

1878-5646

Barbara N. Baker, Theodore P. Williams,

Molecular Communication and Nanonetworks

The photolysis of metarhodopsin I, produced from cattle rhodopsin, has been investigated. The rate of conversion of meta I to rhodopsin has little, if any, “dark” component i.e. rhodopsin appears nearly as fast as the meta I absorbs light. This differs from what was found in the studies on meta II where an easily measured dark component exists. Also different from the results on meta II was the fact that no product, analogous to P470, was noticed when meta I was flashed. The extent of photoreversibility of meta I to rhodopsin was also investigated and was found to depend both on pH and temperature. The reversibility was nearly abolished at pH 4 and reached an upper limit at pH 6.5 or above. The reversibility was decreased with increasing temperature and these results were interpreted in terms of a mechanism recently proposed by Williams (1970):MI ← MI' ← MII + H+. Assuming meta I-prime to be photoirreversible, the two equilibrium constants were measured over the range: 1–18°. The thermodynamic parameters were calculated and it was found thatΔHfor theMI-MI'reaction is 11.3 kcal/mole and for theMI'-MIIreaction it is 1.8 kcal/mole. The sum of these, 13.1 kcal/mole, is exactly the value obtained by Matthewset al. (1963) for the overall reaction:MI-MII One´tudie la photolyse de la me´tarhodopsine I produitea`partir de rhodopsine de be´tail. La vitesse de conversion de me´ta I en rhodopsine a peu ou pas de composante d'obscurite´, ce qui signifie que la rhodopsine apparait presque aussi vite que l'absorption de lumie`re par la me´ta I. Ce re´sultat diffe`re des re´sultats obtenus avec la me´ta II pour laquelle existe une composante d'obscurite´aise´ment mesurable. Une autre diffe´rence avec la me´ta II est l'absence d'un produit analoguea`P470 quand one´claire la me´ta I. One´tudie aussi la photore´versibilite´de la me´ta I et de la rhodopsine, et on trouve qu'elle de´penda`la fois du pH et de la tempe´rature. La re´versibilite´est presque abolie au pH 4 et atteint sa limite supe´rieure vers le pH 6,5 ou plus. La re´versibilite´de´croit quand la tempe´rature augmente, ce qu'on interpre`te dans le cadre d'un me´canisme propose´re´cemment par Williams (1970):MI ← MI' ← MII + H+. Si on admet que la me´ta I-prime est photoirre´versible, on peut mesurer les deux constantes d'e´quilibre dans le domaine 1–18°. On calcule les parame`tres thermodynamiques et on trouve que pour la re´actionMI-MI'la valeur deΔHest 11,3 kcal/mole et pourMI'-MII1,8 kcal/ mole. La somme des deux, soit 13,1 kcal/mole, est exactement la valeur obtenue par Matthewset al. (1963) pour la re´action globaleMI-MII. Es wurde die Photolyse des aus dem Rindersehpurpur gewonnenen Metarhodopsins I untersucht. Die Verwandlungsgeschwindigkeit des Meta I zum Sehpurpur hat kaum einen Dunkelbestandteil d.h. der Sehpurpur erscheint beinahe so schnell, wie das Meta I das Licht absorbiert. Dies unterscheidet sich von den Versuchenu¨ber das Meta II, wo es einen leicht messbaren Dunkelbestandteil gibt. Ein anderer Unterschied besteht darin, dass im Gegensatz zu Meta II Meta I nicht einen Stoff, welcher dem P470 analog ist, hervorbrachte. Die Lichtwechselverwandlungskraft des Meta I zum Sehpurpur wurde auch untersucht: sie ha¨ngt sowohl vom pH als auch von der Temperatur ab. Sie war beinahe Null bei pH 4 und erreichte einen Gipfel bei pH 6,5 und daru¨ber. Sie verminderte sich bei erho¨hter Temperatur und diese Ergebnisse wurden im Sinne eines von Williams (1970) vorgeschlagenen Mechanismus erkla¨rt:MI ← MI' ← MII + H+. Wenn man annimmt, dass das Meta I-Strich lichtunverwandelbar ist, so kann man zwei Gleichgewichtskonstanten im Bereich von 1–18° messen. Die thermodynamischen Parameter wurden berechnet und es wurde gefunden, dass ΔH fu¨r dieMI-MI'Reaktion 11,3 KKal/Mole und fu¨r dieMI'-MII Reaktion 1,8 KKal/Mole betra¨gt. Ihre Summe, na¨mlich 13,1 KKal/Mole, gleicht genau dem von Matthewset al. (1963) erhaltenen Wert fu¨r die Ganzreaktion desMI zuMII. Был иccлeдoвaн фoтoлизиc мeтapoдoпcинa 1, oбpaзoвaннoгo poдoпcинoм кpyпнoгo poгaтoгo cкoтa. Cкopocть пpeвpaщeния мeтa I в poдoпcин былa мaлa, ecли вooбщe кaкoй либo “тeмнoвoй” кoмпoнeнт, т.e. poдoпcин пoявлялcя oкoлo тoгo мoмeнтa, кoгдa мeтa I пoглoщaeт cвeт. Этo oтлихaeтcя oт тoгo, хтo имeeт мecтo пpи изyхeнии мeтa II, шдe cyщecтвyeт лeгкo измepяeмый тeмнoвoй кoмпoeнт. Paзлихия c мeтa II выpaжaлиcь тaк жe в тoм, хтo нe был зaмeхeн пpoдyкт aнaлoгихный P470, кoгдa мeтa I зacвeхивaлacь вcпышкoй. Beлихинa фoтooбpaтимocти мeтa I в poдoпcин былa тaк жe иccлeдoвaнa и былo нaйдeнo, хтo oнa зaвиcит кaк oтpH, тaк и oт тeмпepaтypы. Фoтooбpaтимocть пoхти пpeкpaщaлacь пpи pH 4 н дocтигaлa вepхнeгo пpeдлиa пpи pH 6,5 или дaжe бoлee выcoкoм pH. Фoтooбpaтимocть yмeньшaлacь c yвeлихeниeм тeмпepaтypы и зти peзyльтaты oбъяcнялиcь нa ocнoвaнии мeхaнизмa пpeдлoжeннoгo в пocлeднee вpeмя Williams (1970):MI ← MI' ← MII + H+Пpeдпoлaгaя, хтo мeтa 1-пpим нe oблaдaeт фoтooбpaтимocтью, были измepeны двe кoнcтaнты paвнoвecия в пpeдeлaх 1–18°. Былн выcхитaны тepмoдинaмихecкиe пapaмeтpы и былo нaйдeнo, хтoΔHдля peaкциMI-MI'paвнo 11,3 килoкaлopий нa мoль, a для peaкцииMI'-MII. 1,8 килoкaлopий нa мoль. Их cyммa, 13,1 килoкaлopий/мoль, в тoхocти вycooтвeтcт eт вeлихинe пoлyхeннoй Matthews п дp. (1963) для вceй peaкцииMI-MII.