Rodopsina - Rhodopsin
A rodopsina (também conhecida como púrpura visual ) é uma proteína receptora sensível à luz envolvida na fototransdução visual . É o nome do grego antigo ῥόδον ( rhódon ) para rosa , devido à sua cor rosada, e ὄψις ( ópsis ) para visão . A rodopsina é um pigmento biológico encontrado nos bastonetes da retina e é um receptor acoplado à proteína G (GPCR). Pertence a um grupo de opsinas comutáveis por fotos . A rodopsina é extremamente sensível à luz e, portanto, permite a visão em condições de pouca luz. Quando a rodopsina é exposta à luz, ela imediatamente fotobranqueamento . Em humanos, é totalmente regenerado em cerca de 30 minutos, após os quais os bastonetes são mais sensíveis.
A rodopsina foi descoberta por Franz Christian Boll em 1876.
Estrutura
A rodopsina consiste em dois componentes, uma molécula de proteína também chamada escotopsina e um cofator ligado covalentemente chamado retinal . A escotopsina é uma opsina , um receptor acoplado à proteína G sensível à luz que se incorpora à bicamada lipídica das membranas celulares usando sete domínios transmembrana de proteína . Esses domínios formam uma bolsa onde o cromóforo fotorreativo , retinal, fica horizontalmente à membrana celular, ligado a um resíduo de lisina no sétimo domínio transmembrana da proteína. Milhares de moléculas de rodopsina são encontradas em cada disco de segmento externo da célula-bastonete hospedeira. A retina é produzida na retina a partir da vitamina A , do beta-caroteno da dieta . A isomerização de 11- cis- retinal em todo- trans- retinal pela luz desencadeia uma série de mudanças conformacionais ('branqueamento') na opsina, eventualmente levando-a a uma forma chamada metarodopsina II (Meta II), que ativa um G associado proteína , transducina , para desencadear uma cascata de segundo mensageiro de monofosfato de guanosina cíclico (cGMP) .
A rodopsina dos bastonetes absorve mais fortemente a luz verde-azulada e, portanto, tem uma aparência púrpura-avermelhada, razão pela qual também é chamada de "púrpura visual". É responsável pela visão monocromática no escuro.
Várias opsinas intimamente relacionadas diferem apenas em alguns aminoácidos e nos comprimentos de onda da luz que absorvem mais fortemente. Os humanos têm oito outras opsinas além da rodopsina, bem como criptocromo (sensível à luz, mas não uma opsina).
As fotopsinas são encontradas nas células cônicas da retina e são a base da visão em cores . Eles têm máximos de absorção para luz verde-amarelada (fotopsina I), verde (fotopsina II) e violeta-azulada (fotopsina III). A opsina restante, a melanopsina , é encontrada nas células ganglionares fotossensíveis e absorve a luz azul com mais força.
Na rodopsina, o grupo aldeído da retina está covalentemente ligado ao grupo amino de um resíduo de lisina na proteína em uma base de Schiff protonada (-NH + = CH-). Quando a rodopsina absorve luz, seu cofator retinal isomeriza da configuração 11-cis para a totalmente trans, e a proteína subsequentemente sofre uma série de relaxamentos para acomodar a forma alterada do cofator isomerizado. Os intermediários formados durante este processo foram investigados primeiro em laboratório de George Wald , que recebeu o prémio Nobel para esta pesquisa, em 1967. A dinâmica fotoisomerização foi subsequentemente investigados com resolvida no tempo de espectroscopia de IV e UV / Vis espectroscopia. Um primeiro fotoproduto denominado fotorrodopsina se forma dentro de 200 femtossegundos após a irradiação, seguido em picossegundos por um segundo fotoproduto denominado bathorodopsina com ligações totalmente trans distorcidas. Este intermediário pode ser aprisionado e estudado em temperaturas criogênicas e foi inicialmente referido como pré-rodopsina. Em intermediários subsequentes, lumirodopsina e metarodopsina I , a ligação da base de Schiff à retinal totalmente trans permanece protonada e a proteína retém sua cor avermelhada. A mudança crítica que inicia a excitação neuronal envolve a conversão da metarodopsina I em metarodopsina II , que está associada à desprotonação da base de Schiff e à mudança da cor do vermelho para o amarelo.
A estrutura da rodopsina foi estudada em detalhes por meio de cristalografia de raios-X em cristais de rodopsina. Vários modelos (por exemplo, o mecanismo de bicicletas a pedal , mecanismo hula-torção ) tentar explicar como o grupo da retina pode alterar a sua conformação sem colidir com a envolvente rodopsina bolso proteína. Dados recentes suportam que a rodopsina é um monômero funcional, em vez de um dímero, que foi o paradigma dos receptores acoplados à proteína G por muitos anos.
Fototransdução
A rodopsina é um receptor acoplado à proteína G essencial na fototransdução .
Função
O produto da ativação da luz, Metarodopsina II, inicia a via de fototransdução visual por meio da estimulação da transducina da proteína G (G t ), resultando na liberação de sua subunidade α. Esta subunidade ligada ao GTP, por sua vez, ativa a fosfodiesterase cGMP . O cGMP fosfodiesterase hidrolisa (decompõe) o cGMP , diminuindo sua concentração local para que não possa mais ativar os canais de cátions dependentes do cGMP . Isso leva à hiperpolarização das células fotorreceptoras, alterando a taxa de liberação dos transmissores.
Desativação
Meta II (metarodopsina II) é desativado rapidamente após a ativação da transducina pela rodopsina quinase e arrestina . O pigmento da rodopsina deve ser regenerado para que ocorra a fototransdução posterior. Isso significa substituir todo-trans-retinal por 11-cis-retinal e a decadência do Meta II é crucial neste processo. Durante a decadência do Meta II, o elo de base de Schiff que normalmente contém todo o trans-retinal e a apoproteína opsina (aporhodopsina) é hidrolisado e se torna o Meta III. No segmento externo da haste, o Meta III se decompõe em trans-retinal e opsina separados. Um segundo produto do decaimento Meta II é um complexo de opsina totalmente trans-retinal no qual o trans-retinal foi translocado para segundos locais de ligação. Se o decaimento do Meta II vai para o Meta III ou para o complexo de opsina totalmente trans-retinal, parece depender do pH da reação. O pH mais alto tende a conduzir a reação de decaimento em direção ao Meta III.
Doença retiniana
A mutação do gene da rodopsina é um dos principais contribuintes para várias retinopatias, como a retinite pigmentosa . Em geral, a proteína causadora da doença agrega a ubiquitina em corpos de inclusão, interrompe a rede de filamentos intermediários e prejudica a capacidade da célula de degradar proteínas não funcionais, o que leva à apoptose de fotorreceptores . Outras mutações na rodopsina levam à cegueira noturna estacionária congênita ligada ao X , principalmente devido à ativação constitutiva, quando as mutações ocorrem ao redor da bolsa de ligação cromóforo da rodopsina. Vários outros estados patológicos relacionados à rodopsina foram descobertos, incluindo baixo tráfego pós-Golgi, ativação desreguladora, instabilidade do segmento externo do bastão e ligação da arrestina.
Rodopsinas microbianas
Alguns procariontes expressar próton bombas chamados bacteriorhodopsins , archaerhodopsins , proteorhodopsins , heliorhodopsins e xanthorhodopsins para realizar fototróficas . Como os pigmentos visuais dos animais, eles contêm um cromóforo retinal (embora seja uma forma all- trans , em vez de 11- cis ) e têm sete hélices alfa transmembrana ; no entanto, eles não estão acoplados a uma proteína G. As halorodopsinas procarióticas são bombas de cloro ativadas pela luz. As algas flageladas unicelulares contêm channelrodopsinas que atuam como canais de cátions protegidos por luz quando expressos em sistemas heterólogos. Muitos outros organismos pró e eucarióticos (em particular, fungos como Neurospora ) expressam bombas de íons de rodopsina ou rodopsinas sensoriais de função ainda desconhecida. Muito recentemente, foram descobertas rodopsinas microbianas com atividade de guanilil ciclase . Embora todas as rodopsinas microbianas tenham homologia de sequência significativa umas com as outras, elas não têm homologia de sequência detectável com a família do receptor acoplado à proteína G (GPCR) à qual pertencem as rodopsinas visuais de animais. No entanto, rodopsinas microbianas e GPCRs são possivelmente relacionados evolutivamente, com base na similaridade de suas estruturas tridimensionais. Portanto, eles foram atribuídos à mesma superfamília na Classificação Estrutural de Proteínas (SCOP).
Referências
Leitura adicional
- Veja também bacteriorodopsina , usada em algumas halobactérias como bomba de prótons acionada pela luz .
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links externos
- Rodopsina nos títulos de assuntos médicos da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA (MeSH)
- Kolb H, Fernandez E, Nelson R, Jones BW (1 de março de 2010). "Webvision Home Page: A organização da retina e do sistema visual" . Universidade de Utah.
- A proteína rodopsina
- Fotoisomerização da rodopsina , animação.
- A rodopsina e o olho , resumo com fotos.