Родопсин

Родопсинот ― протеин кодиран од генот ''RHO'' 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. Кога родопсинот е изложен на светлина, тој веднаш фотобелее. Кај луѓето, тој е целосно регенериран за околу 30 минути, по што стапчињата се почувствителни. Дефектите во генот за родопсин предизвикуваат очни заболувања како што се ретинитис пигментоза и конгенитално стационарно ноќно слепило.
1 Општо
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. Родопсинот најсилно апсорбира зелено-сина светлина (~500 nm) 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.
2 Структура
Родопсинот, како и другите опсини, е рецептор поврзан со G-протеин (GPCR). GPCR се хеморецептори кои се вградени во липидниот двослој на клеточните мембрани и имаат седум трансмембрански домени кои формираат врзувачко место за лиганд. Лигандот за родопсин е хромофорот 11-''cis''-ретинал базиран на витамин А, кој лежи хоризонтално на клеточната мембрана и е ковалентно врзан за остаток од лизин (lys296) во седмиот трансмембрански доменпреку Шифова база. 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, форма што го активира рецепторот, предизвикувајќи конфигурациска промена во родопсинот, што активира каскада на фототрансдукција. Така, хеморецепторот се претвора во светлосен или фото(n)рецептор.
Лизинот што се врзува за мрежницата е зачуван кај речиси сите опсини, само неколку опсини го изгубиле за време на еволуцијата . Опсините без лизин не се чувствителни на светлина, 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 и 3D-структура се одредени. Неговата структура е детално проучена со рендгенска кристалографија на кристали од родопсин. 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.
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.
Родопсинот е суштински рецептор поврзан со G-протеинот во фототрансдукцијата.
2.1 Активирање
Кај родопсинот, алдехидната група на ретиналот е ковалентно поврзана со амино групата на лизинскиот остаток на протеинот во протонирана Шифова база (-NH <sup>+</sup> =CH-). 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. 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. 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.
2.2 Каскада на фототрансдукција
Производот на активирање на светлината, метарходопсин II, го иницира вториот пат на гласник на визуелната фототрансдукција со стимулирање на G-протеинскиот трансдуцин (G<sub>t</sub>), 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.
2.3 Деактивирање
Мета II (метарходопсин II) се деактивира брзо по активирањето на трансдуцинот од страна на родопсин киназата и арестинот. 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. 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.
3 Болести на мрежницата
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. 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.
4 Наводи