רודופסין

מויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפוץ לניווט קפוץ לחיפוש

RHO
Rhodopsin 3D.jpeg
מבנים זמינים
PDBחיפוש אורתולוגי: PDBe RCSB
מזהים
כינוייםRHO , CSNBAD1, OPN2, RP4, rhodopsin, Rhodopsin, סגול חזותי
תעודות זהות חיצוניותOMIM : 180380 MGI : 97914 HomoloGene : 68068 GeneCards : RHO
אורתולוגים
מִיןבן אנושעכבר
אנטרז
אנסמבל
UniProt
RefSeq (mRNA)

NM_000539

NM_145383

RefSeq (חלבון)

NP_000530

NP_663358

מיקום (UCSC)Chr 3: 129.53 - 129.54 MbChr 6: 115.91 - 115.92 Mb
חיפוש ב-PubMed[3][4]
ויקידאטה
הצג/ערוך את האדםהצג/ערוך עכבר

רודופסין , הידוע גם בשם סגול חזותי , הוא חלבון קולטן רגיש לאור המעורב בהעברה חזותית . שמו נובע מיוונית עתיקה ῥόδον ( rhódon ) עבור "ורד", בשל צבעו הוורוד, ו- ὄψις ( ópsis ) עבור "מראה". [5] רודופסין הוא פיגמנט ביולוגי המצוי במוטות הרשתית והוא קולטן G-protein-coupled (GPCR). זה שייך לקבוצה של אופסינים הניתנים להחלפה בתמונות . רודופסין רגיש במיוחד לאור, ובכך מאפשר ראייה בתנאי תאורה חלשים. [6] כאשר רודופסין נחשף לאור, הוא מלבין מיד . בבני אדם הוא מתחדש במלואו תוך כ-30 דקות, ולאחר מכן מוטות רגישים יותר. [7]

רודופסין התגלה על ידי פרנץ כריסטיאן בול בשנת 1876. [8] [9]

מבנה

רודופסין מורכב משני מרכיבים, מולקולת חלבון הנקראת גם סקוטופסין וקופקטור הקשור בקוולנטי הנקרא רשתית . Scotopsin הוא אופסין , קולטן משולב חלבוני G רגיש לאור, המטמע בשכבת השומנים הדו-שכבתית של ממברנות התא באמצעות שבעה תחומים טרנסממברניים של חלבון . תחומים אלה יוצרים כיס שבו הכרומופור הפוטו-ריאקטיבי , הרשתית, שוכב אופקית לממברנת התא, מקושר לליזיןשאריות בתחום הטרנסממברני השביעי של החלבון. אלפי מולקולות רודופסין נמצאות בכל דיסק מקטע חיצוני של תא המוט המארח. הרשתית מיוצרת ברשתית מרטינול . איזומריזציה של 11- cis -retinal ל-all- trans -retinal על ידי אור מפעילה סדרה של שינויים קונפורמטיביים ('הלבנה') באופסין, ובסופו של דבר מובילה אותו לצורה הנקראת metarhodopsin II (Meta II), אשר מפעילה G קשורה חלבון , transducin , כדי להפעיל מפל שליח שני של גואנוזין מונופוספט (cGMP) מחזורי . [7] [10] [11]

הרודופסין של המוטות סופג בצורה החזקה ביותר אור ירוק-כחול, ולכן הוא נראה סגול-אדמדם, וזו הסיבה שהוא נקרא גם "סגול ויזואלי". [12] הוא אחראי לראייה מונוכרומטית בחושך. [7]

רודופסין בקר
מחזור חזותי

כמה אופסינים הקשורים זה לזה נבדלים רק בכמה חומצות אמינו ובאורכי הגל של האור שהם סופגים בצורה החזקה ביותר. לבני אדם יש שמונה אופסינים נוספים מלבד רודופסין, כמו גם קריפטוכרום (רגיש לאור, אבל לא אופסין). [13] [14]

הפוטופסינים נמצאים בתאי החרוט של הרשתית והם הבסיס לראיית הצבע . יש להם מקסימום קליטה עבור אור צהבהב-ירוק (פוטופסין I), ירוק (פוטופסין II) וכחלחל-סגול (פוטופסין III). האופסין שנותר, מלנופסין , נמצא בתאי גנגליון רגישים לאור וסופג אור כחול בצורה החזקה ביותר.

ברודופסין, קבוצת האלדהיד של הרשתית מקושרת באופן קוולנטי לקבוצת האמינו של שארית ליזין על החלבון בבסיס שיף פרוטונאי (-NH + =CH-). [15] כאשר rhodopsin סופג אור, קופקטור הרשתית שלו מתאזמר מתצורת 11-cis לתצורת all-trans, והחלבון עובר לאחר מכן סדרה של הרפיות כדי להתאים לצורתו המשתנת של הקופקטור האיזומר. תוצרי הביניים שנוצרו במהלך תהליך זה נחקרו לראשונה במעבדתו של ג'ורג' ולד , שקיבל את פרס נובל על מחקר זה בשנת 1967. [16] דינמיקת הפוטואיזומריזציה נחקרה לאחר מכן באמצעות ספקטרוסקופיה IR עם פתרון זמן ו- UV/Visספקטרוסקופיה. מוצר צילום ראשון בשם photorhodopsin נוצר תוך 200 פמטו -שניות לאחר ההקרנה, ואחריו בתוך פיקו -שניות מוצר שני בשם bathorhodopsin עם קשרים מעוותים של כל-טרנס. ניתן ללכוד חומר ביניים זה ולחקור אותו בטמפרטורות קריוגניות , והוא כונה בתחילה כ-prelumirhodopsin. [17] בתוצרי הביניים הבאים לומירהודופסין ומטרהודופסין I , הקישור הבסיסי של שיף לרשתית הכל-טרנס נשאר פרוטונאי, והחלבון שומר על צבעו האדמדם. השינוי הקריטי שמתחיל את העירור הנוירוני כרוך בהמרה של metarhodopsin I לmetarhodopsin II , הקשור לדה-פרוטונציה של בסיס השיף ולשינוי צבעו מאדום לצהוב. [18]

המבנה של רודופסין נחקר בפירוט באמצעות קריסטלוגרפיה של קרני רנטגן על גבישי רודופסין. [19] מספר מודלים (לדוגמה, מנגנון דוושת האופניים, מנגנון הולה -טוויסט ) מנסים להסביר כיצד קבוצת הרשתית יכולה לשנות את המבנה שלה מבלי להתנגש עם כיס חלבון הרודופסין העוטף. [20] [21] [22] נתונים עדכניים תומכים בכך שרודופסין הוא מונומר פונקציונלי, במקום דימר, שהיה הפרדיגמה של קולטנים מצמידים לחלבון G במשך שנים רבות. [23]

Phototransduction

רודופסין הוא קולטן חיוני לצימוד חלבון G בפוטוטרנסדוקציה .

פונקציה

התוצר של הפעלת האור, Metarhodopsin II, מתחיל את מסלול הפוטו-טרנסדוקציה החזותי על ידי גירוי ה-G protein transducin (G t ), וכתוצאה מכך לשחרור תת-יחידת ה-α שלו. תת-יחידה זו הקשורה ל-GTP מפעילה בתורה cGMP פוספודיאסטראז . cGMP phosphodiesterase מיידר (מפרק) cGMP , מוריד את הריכוז המקומי שלו כך שהוא לא יכול יותר להפעיל תעלות קטיון תלויות cGMP . זה מוביל להיפרפולריזציה של תאי קולטני הצילום, משנה את הקצב שבו הם משחררים משדרים.

השבתה

Meta II (metarhodopsin II) מושבת במהירות לאחר הפעלת transducin על ידי rhodopsin kinase ו- arrestin . [24] פיגמנט רודופסין חייב להתחדש כדי להתרחש המשך פוטוטרנסדוקציה. משמעות הדבר היא החלפת הכל-טרנס-רשתית ב-11-cis-retinal והדעיכה של Meta II היא קריטית בתהליך זה. במהלך ההתפרקות של Meta II, קישור הבסיס Schiff המחזיק בדרך כלל את הכל-טרנס-רשתית ואת האפופרוטאין אופסין (אפורהודופסין) עובר הידרוליזה והופך ל- Meta III. במקטע החיצוני של המוט, Meta III מתפורר לתוך כל-טרנס-רשתית ואופסין נפרדים. [24]תוצר שני של ריקבון Meta II הוא קומפלקס אופסין הכל-טרנס-רשתית שבו הכל-טרנס-רשתית הועבר לאתרי קישור שניים. אם ההתפרקות של Meta II נקלעת לתוך Meta III או לקומפלקס האופסין הכל-טרנס-רשתית נראה תלוי ב-pH של התגובה. pH גבוה יותר נוטה להניע את תגובת הדעיכה לכיוון Meta III. [24]

מחלת רשתית

מוטציה של הגן רודופסין היא תורם מרכזי לרטינופתיות שונות כגון רטיניטיס פיגמנטוזה . באופן כללי, החלבון הגורם למחלה מתקבץ עם יוביקוויטין בגופי הכללה, משבש את רשת החוטים הביניים ופוגע ביכולת התא לפרק חלבונים שאינם מתפקדים, מה שמוביל לאפופטוזיס של קולטן פוטו . [25] מוטציות אחרות על רודופסין מובילות לעיוורון לילה נייח מולד מולד הקשור ל-X , בעיקר עקב הפעלה מכוננת, כאשר המוטציות מתרחשות סביב הכיס הקושר לכרומופור של רודופסין. [26]התגלו מספר מצבים פתולוגיים אחרים הקשורים לרודופסין, כולל סחר לקוי לאחר גולגי, הפעלה לא מווסתת, חוסר יציבות של המקטע החיצוני של המוט וקשירת ארסטינים. [26]

רודופסין מיקרוביאליים

חלק מהפרוקריוטים מביעים משאבות פרוטונים הנקראות בקטריורודופסינים , ארכארדופסינים , פרוטאורודופסינים , הליורודופסינים וקסנטורודופסינים לביצוע פוטוטרופיה . [27] בדומה לפיגמנטים חזותיים של בעלי חיים, אלה מכילים כרומופור רשתית (למרות שהוא צורת הכל- טרנס , ולא 11 - cis ) ויש להם שבעה סלילי אלפא טרנס -ממברניים ; עם זאת, הם אינם מחוברים לחלבון G. הלורודופסין פרוקריוטים הם משאבות כלוריד המופעלות באור. [27] אצות דגלים חד-תאיות מכילותchannelrhodopsins הפועלים כערוצי קטיון מגודר אור כאשר הם מתבטאים במערכות הטרוגניות. אורגניזמים פרו-אוקריוטיים רבים אחרים (במיוחד, פטריות כגון Neurospora ) מבטאים משאבות יונים של רודופסין או רודופסינים תחושתיים עם תפקוד לא ידוע עדיין. לאחרונה התגלו רודופסין מיקרוביאליים עם פעילות גואניליל ציקלאז . [28] [29] [30] בעוד שלכל הרודופסינים המיקרוביאליים יש הומולוגיה משמעותית של רצף זה לזה, אין להם הומולוגיה של רצף ניתנת לזיהוי לקולטן המזוהה עם חלבון Gמשפחה (GPCR) שאליה שייכים רודופסין חזותיים של בעלי חיים. אף על פי כן, rhodopsins ו-GPCRs מיקרוביאליים קשורים אולי מבחינה אבולוציונית, בהתבסס על הדמיון של המבנים התלת מימדיים שלהם. לכן, הם הוקצו לאותה משפחת-על בסיווג מבני של חלבונים (SCOP). [31]

הפניות

  1. ^ a b c GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000163914 - Ensembl , מאי 2017
  2. ^ a b c GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000030324 - Ensembl , מאי 2017
  3. ^ "Human PubMed Reference:" . המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגיה, הספרייה הלאומית לרפואה של ארה"ב .
  4. ^ "מאוס PubMed Reference:" . המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגיה, הספרייה הלאומית לרפואה של ארה"ב .
  5. ^ מאמר עריכה אורח , תפיסה, 2008, עמ'. 1
  6. ^ Litmann BJ, Mitchell DC (1996). "מבנה ותפקוד רודופסין". ב- Lee AG (עורך). רצפטורים מקושרים לרודופסין ו-G-Protein, חלק א' (כרך 2, 1996) (2 כרך סט) . גריניץ', קון: הוצאת JAI. עמ' 1–32. ISBN 978-1-55938-659-3.
  7. ^ a b c Stuart JA, Brige RR (1996). "אפיון האירועים הפוטוכימיים העיקריים בבקטריורודופסין ורודופסין". ב- Lee AG (עורך). רצפטורים מקושרים לרודופסין ו-G-Protein, חלק א' (כרך 2, 1996) (2 כרך סט) . גריניץ', קון: הוצאת JAI. עמ' 33–140. ISBN 978-1-55938-659-3.
  8. ^ אנציקלופדיה למדעי הנוירולוגיה . עיתונות אקדמית. 29 באפריל 2014. עמ' 441–. ISBN 978-0-12-385158-1.
  9. ^ Giese AC (24 בספטמבר 2013). פוטופיזיולוגיה: עקרונות כלליים; פעולת אור על צמחים . Elsevier. ע. 9. ISBN 978-1-4832-6227-7. אוחזר ב-23 בספטמבר 2015 .
  10. ^ Hofmann KP, Heck M (1996). "אינטראקציות חלבון-חלבון המושרות על ידי אור על קרום הדיסק המוט קולטן". ב- Lee AG (עורך). רצפטורים מקושרים לרודופסין ו-G-Protein, חלק א' (כרך 2, 1996) (2 כרך סט) . גריניץ', קון: הוצאת JAI. עמ' 141–198. ISBN 978-1-55938-659-3.
  11. ^ Kolb H, Fernandez E, Nelson R, Jones BW (1 במרץ 2010). "Webvision: קולטנים" . אוניברסיטת יוטה. בארכיון מהמקור ב-16 באוגוסט 2000.
  12. ^ Rogers K. "Rhodopsin" . אנציקלופדיה בריטניקה . Britannica.com . אוחזר ב-30 בינואר 2016 .
  13. ^ Terakita A (2005). "האופסינים" . ביולוגיה של הגנום . 6 (3): 213. doi : 10.1186/gb-2005-6-3-213 . PMC 1088937 . PMID 15774036 .  
  14. ^ Foley LE, Gegear RJ, Reppert SM (יוני 2011). "קריפטוכרום אנושי מפגין רגישות מגנטית תלוית אור" . תקשורת טבע . 2 : 356. Bibcode : 2011NatCo...2..356F . doi : 10.1038/ncomms1364 . PMC 3128388 . PMID 21694704 .  
  15. ^ Bownds D, Wald G (ינואר 1965). "תגובה של כרומופור הרודופסין עם נתרן בורוהידריד". טבע . 205 (4968): 254–7. Bibcode : 1965Natur.205..254B . doi : 10.1038/205254a0 . PMID 14270706 . S2CID 4226447 .  
  16. ^ קרן נובל. "פרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה 1967" . Nobelprize.org . Nobel Media AB 2014 . אוחזר ב-12 בדצמבר 2015 .
  17. ^ Yoshizawa T, Wald G (מרץ 1963). "Pre-lumirhodopsin והלבנת פיגמנטים חזותיים". טבע . 197 (30 במרץ): 1279–86. Bibcode : 1963Natur.197.1279Y . doi : 10.1038/1971279a0 . PMID 14002749 . S2CID 4263392 .  
  18. ^ Matthews RG, Hubbard R, Brown PK, Wald G (נובמבר 1963). "צורות טאוטומריות של metarhodopsin" . כתב העת לפיזיולוגיה כללית . 47 (2): 215–40. doi : 10.1085/jgp.47.2.215 . PMC 2195338 . PMID 14080814 .  
  19. ^ Gulati S, Jastrzebska B, Banerjee S, Placeres ÁL, Miszta P, Gao S, Gunderson K, Tochtrop GP, Filipek S, Katayama K, Kiser PD, Mogi M, Stewart PL, Palczewski K (מרץ 2017). "התנהגות פוטוציקלית של רודופסין המושרה על ידי מנגנון איזומריזציה לא טיפוסי" . הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים . 114 (13): E2608-15. doi : 10.1073/pnas.1617446114 . PMC 5380078 . PMID 28289214 .  
  20. ^ Nakamichi H, Okada T (יוני 2006). "ניתוח קריסטלוגרפי של פוטוכימיה חזותית ראשונית". Angewandte Chemie . 45 (26): 4270–3. doi : 10.1002/anie.200600595 . PMID 16586416 . 
  21. ^ Schreiber M, Sugihara M, Okada T, Buss V (יוני 2006). "מחקרים מכאניים קוונטיים על המודל הקריסטלוגרפי של באתורודופסין". Angewandte Chemie . 45 (26): 4274–7. doi : 10.1002/anie.200600585 . PMID 16729349 . 
  22. ^ Weingart O (ספטמבר 2007). "הקשר המעוות C11=C12 של כרומופור הרודופסין - נקודה חמה פוטוכימית". כתב העת של האגודה האמריקנית לכימיה . 129 (35): 10618–9. doi : 10.1021/ja071793t . PMID 17691730 . 
  23. ^ Chabre M, le Maire M (יולי 2005). "קולטן מונומרי צמוד חלבון G כיחידה תפקודית". ביוכימיה . 44 (27): 9395–403. doi : 10.1021/bi050720o . PMID 15996094 . 
  24. ^ a b c Heck M, Schädel SA, Maretzki D, Bartl FJ, Ritter E, Palczewski K, Hofmann KP (ינואר 2003). "מצבי איתות של rhodopsin. היווצרות צורת האחסון, metarhodopsin III, מ-metarhodopsin II פעיל" . כתב העת לכימיה ביולוגית . 278 (5): 3162–9. doi : 10.1074/jbc.M209675200 . PMC 1364529 . PMID 12427735 .  
  25. ^ סאליבא RS, Munro PM, Luthert PJ, Cheetham ME (יולי 2002). "הגורל התאי של רודופסין מוטנטי: בקרת איכות, השפלה והיווצרות תוקפנות" . כתב עת למדעי התא . 115 (Pt 14): 2907–18. doi : 10.1242/jcs.115.14.2907 . PMID 12082151 . 
  26. ^ a b Mendes HF, van der Spuy J, Chapple JP, Cheetham ME (אפריל 2005). "מנגנונים של מוות תאים ברודופסין רטיניטיס פיגמנטוזה: השלכות על הטיפול". מגמות ברפואה מולקולרית . 11 (4): 177–85. doi : 10.1016/j.molmed.2005.02.007 . PMID 15823756 . 
  27. ^ a b Bryant DA, Frigaard NU (נובמבר 2006). "פוטוסינתזה פרוקריוטית ופוטוטרופיה מוארים". מגמות במיקרוביולוגיה . 14 (11): 488–96. doi : 10.1016/j.tim.2006.09.001 . PMID 16997562 . 
  28. ^ Gao SQ, Nagpal J, Schneider MW, Kozjak-Pavlovic V, Nagel G, Gottschalk A (יולי 2015). "מניפולציה אופטוגנטית של cGMP בתאים ובעלי חיים על ידי ה-Guanylyl-Cyclase opsin CyclOp המווסת היטב באור" . תקשורת טבע . 6 (8046): 8046. Bibcode : 2015NatCo...6.8046G . doi : 10.1038/ncomms9046 . PMC 4569695 . PMID 26345128 .  
  29. ^ Scheib U, Stehfest K, Gee CE, Körschen HG, Fudim R, Oertner TG, Hegemann P (אוגוסט 2015). "הרודופסין-גואניליל ציקלאז של פטריית המים Blastocladiella emersonii מאפשר שליטה אופטית מהירה של איתות cGMP" . איתות מדע . 8 (389): rs8. doi : 10.1126/scisignal.aab0611 . PMID 26268609 . S2CID 13140205 .  
  30. ^ Scheib U, Broser M, Constantin OM, Yang S, Gao S, Mukherjee S, et al. (מאי 2018). "Rhodopsin-cyclases עבור photocontrol של cGMP/cAMP ומבנה 2.3 Å של תחום adenylyl cyclase" . תקשורת טבע . 9 (1): 2046. Bibcode : 2018NatCo...9.2046S . doi : 10.1038/s41467-018-04428-w . PMC 5967339 . PMID 29799525 .  
  31. ^ "משפחת-על: מרכז תגובה של חיידקי Photosystem II, יחידות משנה L ו-M" . SCOP .

קריאה נוספת

קישורים חיצוניים