Физики и биологи смогли впервые рассмотреть точную атомную структуру молекул в наших глазах, которые отвечают за восприятие цвета. Открытие, опубликованное в журнале Science, совершили специалисты из научных институтов Австралии, Германии и Китая. Оно объясняет на молекулярном уровне, как именно человек видит окружающий мир во всем его разнообразии.

Секрет восприятия цвета

За наше зрение отвечают особые клетки сетчатки глаза, которые называют колбочками. Внутри них находятся специальные светочувствительные молекулы — колбочковые опсины. Всего существует три разновидности таких молекул, и каждая из них реагирует на свой цвет: красный, зеленый или синий. Когда на них падает свет, они мгновенно переходят в активное состояние и превращают световые волны в химические сигналы, которые затем поступают в человеческий мозг.

Наличие таких чувствительных элементов можно сравнить с работой хорошего фотоаппарата. Молекулы в наших глазах умеют включаться и выключаться с невероятной скоростью, напоминая быстрое срабатывание затвора камеры.

Именно благодаря этому свойству человек способен четко различать мелкие детали и сочные оттенки даже у объектов, которые движутся с огромной скоростью при ярком дневном свете.

Три вида молекул

Интересно, что базой для всех трех цветных опсинов служит одна и та же светочувствительная молекула — ретинальдегид, который наш организм получает из витамина А. Однако красный, зеленый и синий белки связываются с этой основой совершенно по-разному. Ученые выяснили, что красный и зеленый опсины используют особую комбинацию химических электронных зарядов вокруг ретинальдегида. Такая хитрая схема позволяет им выключаться значительно быстрее, чем это делает синий опсин или палочки, которые отвечают за сумеречное зрение.

Структуру ночных палочек ученые расшифровали еще в прошлом веке, но рассмотреть цветные колбочки не получалось очень долго. Исследователи никак не могли вырастить кристаллы из этих белков для стандартного анализа. Чтобы обойти это препятствие, авторы новой работы применили метод сверхбыстрой заморозки. Они мгновенно заморозили образцы молекул, а затем детально изучили их строение с помощью мощных электронных микроскопов.

В будущем результаты этой работы помогут медикам создать эффективные лекарства от серьезных врожденных заболеваний глаз, таких как дистрофия колбочек или различные формы дальтонизма. Большинство подобных нарушений зрения как раз связаны с поломками в структуре опсинов. Теперь, когда ученые знают точную атомную форму этих белков, они смогут понять причины сбоев и найти способ исправить молекулярные дефекты.