Rodopsină - Rhodopsin
Rodopsina (cunoscută și sub denumirea de violet vizual ) este o proteină receptivă sensibilă la lumină implicată în fototransducția vizuală . Este numit după greaca veche ῥόδον ( rhódon ) pentru trandafir , datorită culorii sale roz, și ὄψις ( ópsis ) pentru vedere . Rodopsinei este un pigment biologic găsit în tijele de retina si este un receptor cuplat cu proteina G (GPCR). Acesta aparține unui grup de photoswitchable opsins . Rodopsina este extrem de sensibilă la lumină și, astfel, permite viziunea în condiții de lumină slabă. Când rodopsina este expusă la lumină, aceasta fotoblastează imediat . La om, este regenerat complet în aproximativ 30 de minute, după care tijele sunt mai sensibile.
Rodopsina a fost descoperită de Franz Christian Boll în 1876.
Structura
Rodopsina este formată din două componente, o moleculă proteică numită și scotopsină și un cofactor legat covalent numit retinal . Scotopsina este o opsină , un receptor cuplat la proteina G sensibil la lumină , care se încorporează în stratul stratificat lipidic al membranelor celulare utilizând șapte domenii transmembranare proteice . Aceste domenii formează un buzunar în care cromoforul fotoreactiv , retinian, se află orizontal pe membrana celulară, legat de un reziduu de lizină din al șaptelea domeniu transmembranar al proteinei. Mii de molecule de rodopsină se găsesc în fiecare disc de segment exterior al celulei tijei gazdă. Retina este produsă în retină din vitamina A , din betacaroten dietetic . Izomerizarea 11- cis -retiniană în toate- trans- retiniană prin lumină declanșează o serie de modificări conformaționale („albire”) în opsină, ducând în cele din urmă la o formă numită metarhodopsină II (Meta II), care activează o G asociată proteină , transducin , pentru a declanșa o a doua cascadă de mesageri monofosfat ciclic (cGMP) .
Rodopsina tijelor absoarbe cel mai puternic lumina verde-albastră și, prin urmare, apare roșu-violet, motiv pentru care este numită și „violet vizual”. Este responsabil pentru viziunea monocromatică în întuneric.
Mai multe opsine strâns înrudite diferă doar în câțiva aminoacizi și în lungimile de undă ale luminii pe care le absorb cel mai puternic. Oamenii au alte opt opsine în afară de rodopsină, precum și criptocrom (sensibil la lumină, dar nu o opsină).
Cele photopsins se găsesc în celulele con ale retinei si sunt baza de viziune de culoare . Au absorbție maximă pentru lumina verde-gălbuie (fotopsina I), verde (fotopsina II) și violet-albăstrui (fotopsina III). Restul de opsină, melanopsina , se găsește în celulele ganglionare fotosensibile și absoarbe cel mai puternic lumina albastră.
În rodopsină, gruparea aldehidă a retinei este legată covalent de gruparea amino a unui reziduu de lizină de pe proteină într-o bază Schiff protonată (-NH + = CH-). Când rodopsina absoarbe lumina, cofactorul său retinian se izomerizează de la configurația 11-cis la configurația all-trans, iar proteina suferă ulterior o serie de relaxări pentru a acomoda forma modificată a cofactorului izomerizat. Intermediarii formați în timpul acestui proces au fost studiați pentru prima dată în laboratorul lui George Wald , care a primit premiul Nobel pentru această cercetare în 1967. Dinamica fotoizomerizării a fost investigată ulterior cu spectroscopie IR rezolvată în timp și spectroscopie UV / Vis . Un prim fotoprodus numit fotorodopsină se formează în 200 femtosecunde după iradiere, urmat în picosecunde de un al doilea numit bathorodopsină cu legături distorsionate all-trans. Acest intermediar poate fi prins și studiat la temperaturi criogenice și a fost denumit inițial prelumirodopsină. În intermediarii ulteriori lumirhodopsin și metarhodopsin I , legătura bazei Schiff cu retina all-trans rămâne protonată, iar proteina își păstrează culoarea roșiatică. Schimbarea critică care inițiază excitația neuronală implică conversia metarhodopsinei I în metarhodopsină II , care este asociată cu deprotonarea bazei Schiff și schimbarea culorii de la roșu la galben.
Structura rodopsinei a fost studiată în detaliu prin cristalografie cu raze X pe cristale de rodopsină. Mai multe tipuri de modele (eg, mecanismul de biciclete-pedală , mecanism hula-răsucire ) încearcă să explice modul în care grupul retinei poate schimba conformația sa , fără a ciocni cu înfășurător rodopsinei de buzunar de proteine. Datele recente susțin că rodopsina este un monomer funcțional, în loc de un dimer, care a fost paradigma receptorilor cuplați la proteina G timp de mulți ani.
Fototransducție
Rodopsina este un receptor esențial cuplat la proteina G în fototransducție .
Funcţie
Produsul activării luminii, Metarhodopsin II, inițiază calea vizuală de fototransducție prin stimularea transducinei proteinei G (G t ), rezultând în eliberarea subunității sale α. La rândul său, această subunitate legată de GTP activează cGMP fosfodiesterază . cGMP fosfodiesterază hidrolizează (descompune) cGMP , scăzând concentrația sa locală, astfel încât să nu mai poată activa canalele cationice dependente de cGMP . Acest lucru duce la hiperpolarizarea celulelor fotoreceptoare, modificând rata la care eliberează emițătorii.
Dezactivare
Meta II (metarhodopsina II) este dezactivată rapid după activarea transducinei prin rodopsin kinază și arestină . Pigmentul de rodopsină trebuie regenerat pentru a avea loc o fototransducție suplimentară. Aceasta înseamnă înlocuirea tuturor trans-retinienei cu 11-cis-retiniene, iar decăderea Meta II este crucială în acest proces. În timpul decăderii Meta II, legătura de bază Schiff care deține în mod normal trans-retinianul și apoproteina opsină (aporodopsina) este hidrolizată și devine Meta III. În segmentul exterior al tijei, Meta III se descompune în toată trans-retiniană și opsină separată. Un al doilea produs al decăderii Meta II este un complex de opsină trans-retiniană în care trans-retiniana a fost translocată în al doilea loc de legare. Fie că dezintegrarea Meta II intră în Meta III sau în complexul de opsină trans-retiniană pare să depindă de pH-ul reacției. Un pH mai mare tinde să conducă reacția de descompunere spre Meta III.
Boala retiniană
Mutația genei rodopsinei contribuie major la diferite retinopatii, cum ar fi retinita pigmentară . În general, proteinele care cauzează boala se agregează cu ubiquitină în corpurile de incluziune, perturbă rețeaua de filamente intermediare și afectează capacitatea celulei de a degrada proteinele care nu funcționează, ceea ce duce la apoptoza fotoreceptorului . Alte mutații ale rodopsinei duc la orbirea nocturnă staționară congenitală legată de X , în principal datorită activării constitutive, când mutațiile apar în jurul buzunarului de legare a cromoforului rodopsinei. Au fost descoperite mai multe alte stări patologice legate de rodopsină, incluzând traficul slab post-Golgi, activarea neregulatorie, instabilitatea segmentului exterior al tijei și legarea arrestinului.
Rodopsine microbiene
Unele procariote exprimă pompe de protoni numite bacteriorodopsine , arhaerodopsine , proteorodopsine , heliorodopsine și xanthorodopsine pentru a efectua fototrofia . La fel ca pigmenții vizuali ai animalelor, aceștia conțin un cromofor al retinei (deși este o formă all- trans , mai degrabă decât 11- cis ) și au șapte spirale alfa transmembranare ; cu toate acestea, acestea nu sunt cuplate la o proteină G. Halorodopsinele procariote sunt pompe cu clorură activate de lumină. Algele flagelate unicelulare conțin canale rodopsine care acționează ca canale de cationi cu porți ușoare atunci când sunt exprimate în sisteme heteroloage. Multe alte organisme pro și eucariote (în special ciuperci precum Neurospora ) exprimă pompe ionice de rodopsină sau rodopsine senzoriale cu funcție încă necunoscută. Foarte recent, s-au descoperit rodopsine microbiene cu activitate guanilil ciclaza . În timp ce toate rodopsinele microbiene au o omologie de secvență semnificativă una cu cealaltă, nu au nicio omologie de secvență detectabilă familiei receptorilor cuplați cu proteina G (GPCR) de care aparțin rodopsinele vizuale animale. Cu toate acestea, rodopsinele microbiene și GPCR-urile sunt legate în mod evolutiv, pe baza similarității structurilor lor tridimensionale. Prin urmare, acestea au fost atribuite aceleiași superfamilii în Clasificarea structurală a proteinelor (SCOP).
Referințe
Lecturi suplimentare
- Vezi și bacteriorodopsina , utilizată în unele halobacterii ca pompă de protoni acționată de lumină .
- Humphries P, Kenna P, Farrar GJ (mai 1992). „Despre genetica moleculară a retinitei pigmentare”. Știință . 256 (5058): 804-8. Bibcode : 1992Sci ... 256..804H . doi : 10.1126 / science.1589761 . PMID 1589761 .
- Edwards SC (iulie 1995). "Implicarea cGMP și a calciului în răspunsul fotoreceptiv în celulele fotoreceptoare ale vertebratelor". Jurnalul Asociației Medicale din Florida . 82 (7): 485-8. PMID 7673885 .
- al-Maghtheh M, Gregory C, Inglehearn C, Hardcastle A, Bhattacharya S (1993). „Mutațiile rodopsinei în retinita pigmentară autozomală dominantă”. Mutația umană . 2 (4): 249-55. doi : 10.1002 / humu.1380020403 . PMID 8401533 . S2CID 28459589 .
- Garriga P, Manyosa J (septembrie 2002). "Proteina rodopsinei fotoreceptorului ocular. Implicații structurale pentru boala retiniană" . Scrisori FEBS . 528 (1-3): 17-22. doi : 10.1016 / S0014-5793 (02) 03241-6 . PMID 12297272 . S2CID 41860711 .
- Inglehearn CF, Keen TJ, Bashir R, Jay M, Fitzke F, Bird AC, Crombie A, Bhattacharya S (aprilie 1992). "Un ecran complet pentru mutațiile genei rodopsinei într-un grup de pacienți cu retinită pigmentară autozomală dominantă". Genetica moleculară umană . 1 (1): 41-5. doi : 10.1093 / hmg / 1.1.41 . PMID 1301135 .
- Farrar GJ, Findlay JB, Kumar-Singh R, Kenna P, Humphries MM, Sharpe E, Humphries P (decembrie 1992). "Retinită pigmentară autozomală dominantă: o mutație nouă în gena rodopsinei din familia inițială legată 3q". Genetica moleculară umană . 1 (9): 769–71. doi : 10.1093 / hmg / 1.9.769 . PMID 1302614 .
- Robinson PR, Cohen GB, Zhukovsky EA, Oprian DD (octombrie 1992). „Mutanți constitutivi activi ai rodopsinei”. Neuron . 9 (4): 719-25. doi : 10.1016 / 0896-6273 (92) 90034-B . PMID 1356370 . S2CID 13172583 .
- Fujiki K, Hotta Y, Hayakawa M, Sakuma H, Shiono T, Noro M, Sakuma T, Tamai M, Hikiji K, Kawaguchi R (iunie 1992). "Mutații punctuale ale genei rodopsinei găsite în familiile japoneze cu retinită pigmentară autozomală dominantă (ADRP)" . Jurnalul japonez de genetică umană . 37 (2): 125-32. doi : 10.1007 / BF01899733 . PMID 1391967 .
- Olsson JE, Gordon JW, Pawlyk BS, Roof D, Hayes A, Molday RS, Mukai S, Cowley GS, Berson EL, Dryja TP (noiembrie 1992). "Șoareci transgenici cu mutație rodopsină (Pro23His): un model de șoarece de retinită pigmentară autozomală dominantă". Neuron . 9 (5): 815-30. doi : 10.1016 / 0896-6273 (92) 90236-7 . PMID 1418997 . S2CID 37524461 .
- Andréasson S, Ehinger B, Abrahamson M, Fex G (septembrie 1992). "O familie de șase generații cu retinită pigmentară autozomală dominantă și o mutație a genei rodopsinei (arginină-135-leucina)". Pediatrie oftalmică și genetică . 13 (3): 145-53. doi : 10.3109 / 13816819209046483 . PMID 1484692 .
- Inglehearn CF, Lester DH, Bashir R, Atif U, Keen TJ, Sertedaki A, Lindsey J, Jay M, Bird AC, Farrar GJ (martie 1992). „Recombinarea între rodopsină și locus D3S47 (C17) în familiile de retopsită pigmentară a rodopsinei” . American Journal of Human Genetics . 50 (3): 590-7. PMC 1684283 . PMID 1539595 .
- Fishman GA, Stone EM, Gilbert LD, Sheffield VC (mai 1992). "Constatări oculare asociate cu o mutație a codonului genei rodopsinei 106. Schimbarea glicinei-argininei în retinita pigmentară autozomală dominantă". Arhive de Oftalmologie . 110 (5): 646-53. doi : 10.1001 / archopht.1992.01080170068026 . PMID 1580841 .
- Keen TJ, Inglehearn CF, Lester DH, Bashir R, Jay M, Bird AC, Jay B, Bhattacharya SS (septembrie 1991). „Retinită pigmentară autozomală dominantă: patru mutații noi în rodopsină, una dintre ele în situsul de atașament al retinei”. Genomică . 11 (1): 199–205. doi : 10.1016 / 0888-7543 (91) 90119-Y . PMID 1765377 .
- Dryja TP, Hahn LB, Cowley GS, McGee TL, Berson EL (octombrie 1991). "Spectrul de mutație al genei rodopsinei în rândul pacienților cu retinită pigmentară autozomală dominantă" . Lucrările Academiei Naționale de Științe din Statele Unite ale Americii . 88 (20): 9370-4. Cod Bib : 1991PNAS ... 88.9370D . doi : 10.1073 / pnas.88.20.9370 . PMC 52716 . PMID 1833777 .
- Gal A, Artlich A, Ludwig M, Niemeyer G, Olek K, Schwinger E, Schinzel A (octombrie 1991). "Mutația Pro-347-Arg a genei rodopsinei în retinita pigmentară autozomală dominantă". Genomică . 11 (2): 468-70. doi : 10.1016 / 0888-7543 (91) 90159-C . PMID 1840561 .
- Sung CH, Davenport CM, Hennessey JC, Maumenee IH, Jacobson SG, Heckenlively JR, Nowakowski R, Fishman G, Gouras P, Nathans J (august 1991). „Mutațiile rodopsinei în retinita pigmentară autozomală dominantă” . Lucrările Academiei Naționale de Științe din Statele Unite ale Americii . 88 (15): 6481-5. Cod Bib : 1991PNAS ... 88.6481S . doi : 10.1073 / pnas.88.15.6481 . PMC 52109 . PMID 1862076 .
- Jacobson SG, Kemp CM, Sung CH, Nathans J (septembrie 1991). "Funcția retiniană și nivelurile de rodopsină în retinita pigmentară autozomală dominantă cu mutații ale rodopsinei". Revista Americană de Oftalmologie . 112 (3): 256–71. doi : 10.1016 / s0002-9394 (14) 76726-1 . PMID 1882937 .
- Sheffield VC, Fishman GA, Beck JS, Kimura AE, Stone EM (octombrie 1991). "Identificarea mutațiilor noi ale rodopsinei asociate cu retinita pigmentară prin electroforeză cu gradient de gradient de denaturare cu clemă GC" . American Journal of Human Genetics . 49 (4): 699-706. PMC 1683182 . PMID 1897520 .
linkuri externe
- Rodopsină la Biblioteca Națională de Medicină a SUA Rubricile subiectului medical (MeSH)
- Kolb H, Fernandez E, Nelson R, Jones BW (1 martie 2010). „Pagina de pornire Webvision: organizarea retinei și a sistemului vizual” . Universitatea din Utah.
- Proteina Rodopsină
- Fotoizomerizarea rodopsinei , animație.
- Rodopsina și ochiul , rezumat cu imagini.