Прејди на содржината

Родопсин

Од Википедија — слободната енциклопедија

Родопсинот ― протеин кодиран од генот RHO[1] и e рецептор поврзан со G-протеин (GPCR). Тој е рецепторски протеин чувствителен на светлина кој ја активира визуелната фототрансдукција во клетките на стапчињата. Родопсинот учествува во процесот на гледање во темно и затоа е исклучително чувствителен на светлина.[2] Кога родопсинот е изложен на светлина, тој веднаш фотобелее. Кај луѓето, тој е целосно регенериран за околу 30 минути, по што стапчињата се почувствителни.[3] Дефектите во генот за родопсин предизвикуваат очни заболувања како што се ретинитис пигментоза и конгенитално стационарно ноќно слепило.

Родопсинот е протеин кој се наоѓа во надворешните мемнрански дискови на стапчестите клетки. Тој посредува во скотопичниот вид, што е монохроматски вид при слаба светлина.[3][4] Родопсинот најсилно апсорбира зелено-сина светлина (~500 nm)[5][6] и затоа изгледа црвеникаво-виолетова, па оттука и архаичниот термин „визуелна виолетова“.

Неколку тесно поврзани опсини се разликуваат само во неколку аминокиселини и во брановите должини на светлината што ги апсорбираат најсилно.

Структура

[уреди | уреди извор]
Родопсин кај говеда

Родопсинот, како и другите опсини, е рецептор поврзан со G-протеин (GPCR).[7][8] GPCR се хеморецептори кои се вградени во липидниот двослој на клеточните мембрани и имаат седум трансмембрански домени кои формираат врзувачко место за лиганд.[9][10] Лигандот за родопсин е хромофорот 11-cis-ретинал базиран на витамин А,[11][12][13][14][15] кој лежи хоризонтално на клеточната мембрана [16] и е ковалентно врзан за остаток од лизин (lys296)[17] во седмиот трансмембрански домен[18][16]преку Шифова база.[19][20] Сепак, 11-cis-ретиналот само го блокира врзувачкото место и не го активира родопсинот. Се активира само кога 11-цис-ретиналот апсорбира фотон од светлина и се изомеризира во all-trans-ретинал,[21][22] форма што го активира рецепторот,[23][24] предизвикувајќи конфигурациска промена во родопсинот,[23] што активира каскада на фототрансдукција.[25] Така, хеморецепторот се претвора во светлосен или фото(n)рецептор.[26]

Лизинот што се врзува за мрежницата е зачуван кај речиси сите опсини, само неколку опсини го изгубиле за време на еволуцијата . [26] Опсините без лизин не се чувствителни на светлина,[27][28][29] вклучувајќи го и родопсинот.

Родопсинот кај говедата има 348 аминокиселини, при што лизинот што се врзува за мрежницата е Lys296. Тоа е првиот опсин чија аминокиселинска секвенца[30] и 3D-структура се одредени.[16] Неговата структура е детално проучена со рендгенска кристалографија на кристали од родопсин.[31] Неколку модели (на пр., механизмот на велосипедска педала, механизмот на хула-вртење) се обидуваат да објаснат како групата на мрежницата може да ја промени својата конформација без да се судри со обвивката на протеинскиот џеб на родопсин.[32][33][34]

Во рамките на мембраната, родопсинот е присутен во голема концентрација и густина, што ја олеснува неговата способност да заробува фотони. Поради неговото густо пакување во мембраната, постои поголема шанса родопсинот да заробува фотони. Сепак, високата густина е и недостаток кога станува збор за сигнализација преку G протеин, бидејќи потребната дифузија станува потешка во мембрана што е преполна со родопсин.[35]

Визуелниот циклус го следи обновувањето на ретиналниот хромофор. Тој тече паралелно со патеката на фототрансдукција.

Родопсинот е суштински рецептор поврзан со G-протеинот во фототрансдукцијата.

Активирање

[уреди | уреди извор]

Кај родопсинот, алдехидната група на ретиналот е ковалентно поврзана со амино групата на лизинскиот остаток на протеинот во протонирана Шифова база (-NH + =CH-).[17] Кога родопсинот апсорбира светлина, неговиот ретинален кофактор изомеризира од 11-цис до all-trans конфигурација, а протеинот последователно претрпува серија релаксации за да се прилагоди на изменетата форма на изомеризираниот кофактор. Меѓупроизводите формирани за време на овој процес првпат биле испитани во лабораторијата на Џорџ Валд, кој ја добил Нобеловата награда за ова истражување во 1967 година.[36] Динамиката на фотоизомеризацијата последователно била испитана со временски разрешена IR спектроскопија и UV/Vis спектроскопија. Прв фотопроизвод наречен фотородопсин се формира во рок од 200 фемтосекунди по зрачењето, по што во пикосекунди следува втор наречен баторходопсин со искривени all-trans врски. Овој меѓупроизвод може да се зароби и проучи на криогени температури и првично бил наречен прелумирходопсин.[37] Во последователните меѓупроизводи лумирходопсин и метaрходопсин I, врската на Шифовата база со all-trans ретиналата останува протонирана, а протеинот ја задржува својата црвеникава боја. Критичната промена што ја иницира невронската ексцитација вклучува конверзија на метaрходопсин I во метaрходопсин II, што е поврзано со депротонација на Шифовата база и промена на бојата од црвена во жолта.[38]

Каскада на фототрансдукција

[уреди | уреди извор]

Производот на активирање на светлината, метарходопсин II, го иницира вториот пат на гласник на визуелната фототрансдукција со стимулирање на G-протеинскиот трансдуцин (Gt), што резултира со ослободување на неговата α подгрупа. Оваа подгрупа врзана за гванозин трифосфат (GTP) за возврат активира cGMP фосфодиестераза. CGMP фосфодиестеразата хидролизира (разградува) cGMP, намалувајќи ја неговата локална концентрација, така што повеќе не може да ги активира cGMP-зависните катјонски канали . Ова води до хиперполаризација на фоторецепторните клетки, менувајќи ја брзината со која тие ослободуваат предаватели.[39][25]

Деактивирање

[уреди | уреди извор]

Мета II (метарходопсин II) се деактивира брзо по активирањето на трансдуцинот од страна на родопсин киназата и арестинот.[40] Пигментот на родопсин мора да се регенерира за да се случи понатамошна фототрансдукција. Ова значи замена на all-trans-ретиналот со 11-цис-ретинал, а распаѓањето на Мета II е клучно во овој процес. За време на распаѓањето на Мета II, Шифовата базна врска што нормално ги содржи all-trans-ретиналот и апопротеинот опсин (апорходопсин) се хидролизира и станува Мета III. Во надворешниот сегмент на прачката, Мета III се распаѓа на посебен all-trans-ретинал и опсин. [40] Втор производ на распаѓањето на Мета II е all-trans-ретинален опсин комплекс во кој all-trans-ретиналот е транслоциран на втори места на врзување. Дали распаѓањето на Мета II се поврзува со Мета III или all-trans-ретинален опсин комплекс, се чини дека зависи од pH вредноста на реакцијата. Повисоката pH вредност има тенденција да ја насочи реакцијата на распаѓање кон Мета III. [40]

Болести на мрежницата

[уреди | уреди извор]

Мутациите во генот за родопсин во голема мера придонесуваат за разни болести на мрежницата, како што е ретинитис пигментоза. Општо земено, дефектот на родопсин се агрегира со убиквитин во инклузионите тела, ја нарушува мрежата на средни филаменти и ја нарушува способноста на клетката да ги разградува нефункционалните протеини, што доведува до апоптоза на фоторецепторите.[41] Други мутации на родопсин доведуваат до X-поврзано конгенитално стационарно ноќно слепило, главно поради конститутивна активација, кога мутациите се јавуваат околу делот за врзување на хромофорот на родопсин.[42]

  1. ↑ „RHO rhodopsin [Homo sapiens (human)]“. NCBI. Посетено на November 16, 2017.
  2. ↑ Litmann BJ, Mitchell DC (1996). „Rhodopsin structure and function“. Во Lee AG (уред.). Rhodopsin and G-Protein Linked Receptors, Part A (Vol 2, 1996) (2 Vol Set). Biomembranes: A Multi-Volume Treatise. 2. Greenwich, Conn: JAI Press. стр. 1–32. doi:10.1016/S1874-5342(07)80004-3. ISBN 978-1-55938-659-3.
  3. 1 2 Stuart JA, Brige RR (1996). „Characterization of the primary photochemical events in bacteriorhodopsin and rhodopsin“. Во Lee AG (уред.). Rhodopsin and G-Protein Linked Receptors, Part A (Vol 2, 1996) (2 Vol Set). Biomembranes: A Multi-Volume Treatise. 2. Greenwich, Conn: JAI Press. стр. 33–140. doi:10.1016/S1874-5342(07)80005-5. ISBN 978-1-55938-659-3.
  4. ↑ „Rhodopsin“. Encyclopædia Britannica. Britannica.com. Посетено на 30 January 2016.
  5. ↑ „Human rhodopsin“. Science. 127 (3292): 222–226. January 1958. Bibcode:1958Sci...127..222W. doi:10.1126/science.127.3292.222. PMID 13495499.
  6. ↑ „Visual pigments of rods and cones in a human retina“. The Journal of Physiology. 298 (1): 501–511. January 1980. doi:10.1113/jphysiol.1980.sp013097. PMC 1279132. PMID 7359434.
  7. ↑ „G protein involvement in receptor-effector coupling“. The Journal of Biological Chemistry. 263 (6): 2577–2580. February 1988. doi:10.1016/s0021-9258(18)69103-3. PMID 2830256.
  8. ↑ „Fingerprinting G-protein-coupled receptors“. Protein Engineering. 7 (2): 195–203. February 1994. doi:10.1093/protein/7.2.195. PMID 8170923.
  9. ↑ „Cloning of the gene and cDNA for mammalian beta-adrenergic receptor and homology with rhodopsin“. Nature. 321 (6065): 75–79. May 1986. Bibcode:1986Natur.321...75D. doi:10.1038/321075a0. PMID 3010132.
  10. ↑ „Ligand binding to the beta-adrenergic receptor involves its rhodopsin-like core“. Nature. 326 (6108): 73–77. March 1987. Bibcode:1987Natur.326...73D. doi:10.1038/326073a0. PMID 2881211.
  11. ↑ „Carotenoids and the Vitamin A Cycle in Vision“. Nature. 134 (3376): 65. July 1934. Bibcode:1934Natur.134...65W. doi:10.1038/134065a0.
  12. ↑ „Hindered Cis Isomers of Vitamin a and Retinene: The Structure of the Neo-B Isomer“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 41 (7): 438–451. July 1955. Bibcode:1955PNAS...41..438W. doi:10.1073/pnas.41.7.438. PMC 528115. PMID 16589696.
  13. ↑ „The neo-b isomer of vitamin A and retinene“. The Journal of Biological Chemistry. 222 (2): 865–877. October 1956. doi:10.1016/S0021-9258(20)89944-X. PMID 13367054.
  14. ↑ „The Synthesis and Configuration of Neo-B Vitamin A and Neoretinine b“. Journal of the American Chemical Society. 78 (11): 2651–2652. June 1956. doi:10.1021/ja01592a095.
  15. ↑ „HINDERED CIS ISOMERS OF VITAMIN A AND RETINENE: THE STRUCTURE OF THE NEO-b ISOMER“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 42 (9): 578–580. September 1956. Bibcode:1956PNAS...42..578O. doi:10.1073/pnas.42.9.578. PMC 534254. PMID 16589909.
  16. 1 2 3 „Crystal structure of rhodopsin: A G protein-coupled receptor“. Science. 289 (5480): 739–745. August 2000. Bibcode:2000Sci...289..739P. CiteSeerX 10.1.1.1012.2275. doi:10.1126/science.289.5480.739. PMID 10926528.
  17. 1 2 „Site of attachment of retinal in rhodopsin“. Nature. 216 (5121): 1178–1181. December 1967. Bibcode:1967Natur.216.1178B. doi:10.1038/2161178a0. PMID 4294735.
  18. ↑ „The structure of bovine rhodopsin“. Biophysics of Structure and Mechanism. 9 (4): 235–244. 1983. doi:10.1007/BF00535659. PMID 6342691.
  19. ↑ „Rhodopsin and indicator yellow“. Nature. 171 (4350): 469–471. March 1953. Bibcode:1953Natur.171..469C. doi:10.1038/171469a0. PMID 13046517.
  20. ↑ „Studies on rhodopsin. VIII. Retinylidenemethylamine, an indicator yellow analogue“. The Biochemical Journal. 59 (1): 122–128. January 1955. doi:10.1042/bj0590122. PMC 1216098. PMID 14351151.
  21. ↑ „The Action of Light on Rhodopsin“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 44 (2): 130–139. February 1958. Bibcode:1958PNAS...44..130H. doi:10.1073/pnas.44.2.130. PMC 335377. PMID 16590155.
  22. ↑ „The mechanism of bleaching rhodopsin“. Annals of the New York Academy of Sciences. 74 (2): 266–280. November 1959. Bibcode:1959NYASA..74..266K. doi:10.1111/j.1749-6632.1958.tb39550.x. PMID 13627857.
  23. 1 2 „Crystal structure of metarhodopsin II“. Nature. 471 (7340): 651–655. March 2011. Bibcode:2011Natur.471..651C. doi:10.1038/nature09789. PMID 21389988.
  24. ↑ „Molecular basis of visual excitation“. Science. 162 (3850): 230–239. October 1968. Bibcode:1968Sci...162..230W. doi:10.1126/science.162.3850.230. PMID 4877437.
  25. 1 2 „Evolution and diversity of opsins“. Wiley Interdisciplinary Reviews: Membrane Transport and Signaling. 1 (1): 104–111. January 2012. doi:10.1002/wmts.6.
  26. 1 2 „The Gluopsins: Opsins without the Retinal Binding Lysine“. Cells. 11 (15): 2441. August 2022. doi:10.3390/cells11152441. PMC 9368030 Проверете ја вредноста |pmc= (help). PMID 35954284 Проверете ја вредноста |pmid= (help).
  27. ↑ „Chromophore-Independent Roles of Opsin Apoproteins in Drosophila Mechanoreceptors“. Current Biology. 29 (17): 2961–2969.e4. September 2019. Bibcode:2019CBio...29E2961K. doi:10.1016/j.cub.2019.07.036. PMID 31447373.
  28. ↑ „Functions of Opsins in Drosophila Taste“. Current Biology. 30 (8): 1367–1379.e6. April 2020. Bibcode:2020CBio...30E1367L. doi:10.1016/j.cub.2020.01.068. PMC 7252503. PMID 32243853.
  29. ↑ „Melanopsin triggers the release of internal calcium stores in response to light“. Photochemistry and Photobiology. 83 (2): 273–279. March 2007. doi:10.1562/2006-07-11-RA-964. PMID 16961436.
  30. ↑ „Rhodopsin and bacteriorhodopsin: structure-function relationships“. FEBS Letters. 148 (2): 179–191. November 1982. doi:10.1016/0014-5793(82)80805-3. PMID 6759163.
  31. ↑ „Photocyclic behavior of rhodopsin induced by an atypical isomerization mechanism“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (13): E2608–E2615. March 2017. Bibcode:2017PNAS..114E2608G. doi:10.1073/pnas.1617446114. PMC 5380078. PMID 28289214.
  32. ↑ „Crystallographic analysis of primary visual photochemistry“. Angewandte Chemie. 45 (26): 4270–4273. June 2006. doi:10.1002/anie.200600595. PMID 16586416.
  33. ↑ „Quantum mechanical studies on the crystallographic model of bathorhodopsin“. Angewandte Chemie. 45 (26): 4274–4277. June 2006. doi:10.1002/anie.200600585. PMID 16729349.
  34. ↑ „The twisted C11=C12 bond of the rhodopsin chromophore--a photochemical hot spot“. Journal of the American Chemical Society. 129 (35): 10618–10619. September 2007. doi:10.1021/ja071793t. PMID 17691730.
  35. ↑ „Rhodopsin Oligomerization and Aggregation“. The Journal of Membrane Biology. 252 (4–5): 413–423. October 2019. doi:10.1007/s00232-019-00078-1. PMC 6790290. PMID 31286171.
  36. ↑ The Nobel Foundation. „The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1967“. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Посетено на 12 December 2015.
  37. ↑ „Pre-lumirhodopsin and the bleaching of visual pigments“. Nature. 197 (Mar 30): 1279–1286. March 1963. Bibcode:1963Natur.197.1279Y. doi:10.1038/1971279a0. PMID 14002749.
  38. ↑ „Tautomeric Forms of Metarhodopsin“. The Journal of General Physiology. 47 (2): 215–240. November 1963. doi:10.1085/jgp.47.2.215. PMC 2195338. PMID 14080814.
  39. ↑ Hofmann KP, Heck M (1996). „Light-induced protein-protein interactions on the rod photoreceptor disc membrane“. Во Lee AG (уред.). Rhodopsin and G-Protein Linked Receptors, Part A (Vol 2, 1996) (2 Vol Set). Biomembranes: A Multi-Volume Treatise. 2. Greenwich, Conn: JAI Press. стр. 141–198. doi:10.1016/S1874-5342(07)80006-7. ISBN 978-1-55938-659-3.
  40. 1 2 3 „Signaling states of rhodopsin. Formation of the storage form, metarhodopsin III, from active metarhodopsin II“. The Journal of Biological Chemistry. 278 (5): 3162–3169. January 2003. doi:10.1074/jbc.M209675200. PMC 1364529. PMID 12427735.
  41. ↑ „The cellular fate of mutant rhodopsin: quality control, degradation and aggresome formation“. Journal of Cell Science. 115 (Pt 14): 2907–2918. July 2002. doi:10.1242/jcs.115.14.2907. PMID 12082151.
  42. ↑ „Mechanisms of cell death in rhodopsin retinitis pigmentosa: implications for therapy“. Trends in Molecular Medicine. 11 (4): 177–185. April 2005. doi:10.1016/j.molmed.2005.02.007. PMID 15823756.
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Родопсин&oldid=5474948“