Родопсин - Rhodopsin

RHO
Родопсин 3D.jpeg
Доступные конструкции
PDBПоиск ортолога: PDBe RCSB
Идентификаторы
ПсевдонимыRHO, CSNBAD1, OPN2, RP4, родопсин, родопсин, визуальный фиолетовый
Внешние идентификаторыOMIM: 180380 MGI: 97914 ГомолоГен: 68068 Генные карты: RHO
Расположение гена (человек)
Хромосома 3 (человек)
Chr.Хромосома 3 (человек)[1]
Хромосома 3 (человек)
Геномное расположение RHO
Геномное расположение RHO
Группа3q22.1Начинать129,528,639 бп[1]
Конец129,535,344 бп[1]
Экспрессия РНК шаблон
PBB GE RHO 206455 s в формате fs.png

PBB GE RHO 206454 s в формате fs.png
Дополнительные данные эталонного выражения
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Entrez
Ансамбль
UniProt
RefSeq (мРНК)

NM_000539

NM_145383

RefSeq (белок)

NP_000530

NP_663358

Расположение (UCSC)Chr 3: 129,53 - 129,54 МбChr 6: 115.93 - 115.94 Мб
PubMed поиск[3][4]
Викиданные
Просмотр / редактирование человекаПросмотр / редактирование мыши

Родопсин (также известен как визуальный фиолетовый) это свет -чувствительный рецепторный белок участвует в визуальная фототрансдукция. Он назван в честь древнегреческий ῥόδον (Родон) за Роза, из-за розоватого цвета, и ὄψις (ópsis) за достопримечательность.[5] Родопсин - это биологический пигмент найдено в стержни из сетчатка и является Рецептор, связанный с G-белком (GPCR). Это принадлежит опсины. Родопсин чрезвычайно чувствителен к свету и поэтому обеспечивает зрение в условиях низкой освещенности.[6] Когда родопсин подвергается воздействию света, он немедленно фотообесцвечивание. У человека он полностью регенерируется примерно через 30 минут, после чего стержни становятся более чувствительными.[7]

Родопсин был открыт Франц Кристиан Болль в 1876 г.[8][9]

Структура

Родопсин состоит из двух компонентов: молекула белка также называется скотопсином и ковалентно -граница кофактор называется сетчатка. Скотопсин - это опсин, светочувствительный Рецептор, связанный с G-белком что встраивается в липидный бислой клеточных мембран с использованием семи белков трансмембранные домены. Эти домены образуют карман, в котором фотореактивные хромофор, сетчатка, лежит горизонтально к клеточной мембране, связана с лизин остаток в седьмом трансмембранном домене белка. Тысячи молекул родопсина находятся в каждом внешнем сегменте диска стержневой клетки-хозяина. Сетчатка вырабатывается в сетчатка из витамин А, из диетических бета-каротин. Изомеризация из 11-СНГ-ретинал во все-транс-ретинал свет вызывает серию конформационных изменений («обесцвечивание») в опсине, что в конечном итоге приводит его к форме, называемой метародопсин II (Мета II), которая активирует связанный G протеин, трансдуцин, чтобы запустить циклический гуанозинмонофосфат (cGMP) второй посланник каскад.[7][10][11]

Родопсин стержни наиболее сильно поглощает зелено-синий свет и поэтому выглядит красновато-пурпурным, поэтому его также называют «визуально-пурпурным».[12] Он отвечает за монохромный видение в темноте.[7]

Бычий родопсин
Визуальный цикл

Несколько близкородственных опсинов различаются лишь несколькими аминокислоты и в длины волн света, который они поглощают сильнее всего. У людей помимо родопсина есть восемь других опсинов, а также криптохром (светочувствительный, но не опсин).[13][14]

В фотопсины находятся в конические клетки сетчатки и являются основой цветовое зрение. Они имеют максимумы поглощения для желтовато-зеленого (фотопсин I), зеленого (фотопсин II) и голубовато-фиолетового (фотопсин III) света. Оставшийся опсин, меланопсин, находится в светочувствительные ганглиозные клетки и сильнее всего поглощает синий свет.

В родопсине альдегидная группа сетчатки ковалентно связана с аминогруппой остатка лизина в протеине протонированного База Шиффа (-NH+= СН-).[15] Когда родопсин поглощает свет, его кофактор сетчатки изомеризуется из 11-цис-конфигурации в полностью транс-конфигурацию, и впоследствии белок подвергается серии релаксации, чтобы приспособиться к измененной форме изомеризованного кофактора. Промежуточные продукты, образующиеся при этом процессе, были впервые исследованы в лаборатории Джордж Уолд, получивший Нобелевскую премию за свои исследования в 1967 г.[16] Впоследствии динамика фотоизомеризации была исследована с временным разрешением. ИК спектроскопия и УФ / видимый спектроскопия. Первый фотопродукт под названием фотородопсин формы в пределах 200 фемтосекунды после облучения, с последующим внутри пикосекунды вторым по имени батородопсин с искаженными полностью транс-облигациями. Этот интермедиат можно поймать и изучить на криогенный температуры и первоначально назывался прелюмиродопсином.[17] В последующих промежуточных звеньях люмиродопсин и метародопсин Iсвязь основания Шиффа с полностью транс-ретиналем остается протонированной, и белок сохраняет свой красноватый цвет. Критическое изменение, инициирующее возбуждение нейронов, включает превращение метародопсина I в метародопсин II, что связано с депротонированием основания Шиффа и изменением цвета с красного на желтый.[18]

Строение родопсина подробно изучено с помощью рентгеновская кристаллография на кристаллах родопсина.[19] Несколько моделей (например, велосипедно-педальный механизм, hula-twist механизм) попытка объяснить, как группа сетчатки может изменить свою конформацию, не сталкиваясь с обволакивающим карманом белка родопсина.[20][21][22] Недавние данные подтверждают, что родопсин является функциональным мономером, а не димером, который на протяжении многих лет был парадигмой рецепторов, связанных с G-белком.[23]

Фототрансдукция

Родопсин является важным рецептором, связанным с G-белком в фототрансдукция.

Функция

Продукт световой активации, Метародопсин II, инициирует визуальная фототрансдукция пути за счет стимуляции G-белка трансдуцин (ГРАММт), что приводит к высвобождению его α-субъединицы. Эта GTP-связанная субъединица в свою очередь активирует цГМФ фосфодиэстераза. цГМФ фосфодиэстераза гидролизуется (расщепляется) cGMP, снижая его локальную концентрацию, чтобы он больше не мог активировать цГМФ-зависимый катионные каналы. Это приводит к гиперполяризации фоторецепторных клеток, изменяя скорость, с которой они высвобождают передатчики.

Деактивация

Мета II (метародопсин II) быстро дезактивируется после активации трансдуцина посредством родопсинкиназа и арестовать.[24] Пигмент родопсин должен быть регенерирован для дальнейшей фототрансдукции. Это означает замену полностью транс-ретиналя на 11-цис-ретиналь, и распад Meta II имеет решающее значение в этом процессе. Во время распада Meta II, основание Шиффа, которое обычно удерживает все транс-ретиналь и апопротеин опсин (апородопсин), гидролизуется и становится Meta III. В наружном сегменте палочек Meta III распадается на отдельные полностью трансретинальные и опсиновые.[24] Второй продукт распада Meta II представляет собой комплекс опсина, полностью транс-ретиналя, в котором полностью транс-ретиналь перемещен во вторые сайты связывания. Переходит ли распад Meta II в Meta III или полностью трансретинальный опсиновый комплекс, по-видимому, зависит от pH реакции. Более высокий pH способствует реакции распада на Meta III.[24]

Заболевание сетчатки

Мутация гена родопсина является основным фактором различных ретинопатий, таких как пигментный ретинит. Как правило, вызывающий заболевание белок объединяется с убиквитин в теле включения, разрушает сеть промежуточных филаментов и снижает способность клетки разрушать нефункционирующие белки, что приводит к образованию фоторецепторов. апоптоз.[25] Другие мутации родопсина приводят к Х-сцепленная врожденная стационарная куриная слепота, в основном из-за конститутивной активации, когда мутации происходят вокруг хромофор-связывающего кармана родопсина.[26] Было обнаружено несколько других патологических состояний, связанных с родопсином, включая плохой трафик после Гольджи, нарушение регуляции активации, нестабильность внешнего сегмента стержня и связывание аррестина.[26]

Микробные родопсины

Немного прокариоты выражать протонные насосы называется бактериородопсины, архаэродопсины, протеородопсины, гелиородопсины и ксантородопсины выполнять фототрофия.[27] Как и зрительные пигменты животных, они содержат хромофор сетчатки (хотя это всетранс, а не 11-СНГ форма) и иметь семь трансмембранные альфа-спирали; однако они не связаны с G-белком. Прокариотический галородопсины световые насосы для хлоридов.[27] Одноклеточные жгутиковые водоросли содержат канал родопсины которые действуют как светозависимые катионные каналы, когда экспрессируются в гетерологичных системах. Многие другие про- и эукариотические организмы (в частности, грибы, такие как Нейроспора) экспрессируют насосы ионов родопсина или сенсорные родопсины, функция которых пока неизвестна. Совсем недавно микробные родопсины с гуанилилциклаза активность были обнаружены.[28][29][30] Хотя все микробные родопсины обладают значительным гомология последовательностей друг к другу, они не имеют обнаруживаемой гомологии последовательностей Рецептор, связанный с G-белком (GPCR), к которому относятся зрительные родопсины животных. Тем не менее, микробные родопсины и GPCR, возможно, эволюционно связаны, основываясь на сходстве их трехмерных структур. Следовательно, они были отнесены к одному и тому же суперсемейству в Структурная классификация белков (СКОП).[31]

Рекомендации

  1. ^ а б c ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000163914 - Ансамбль, Май 2017
  2. ^ а б c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000030324 - Ансамбль, Май 2017
  3. ^ "Справочник человека по PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  4. ^ «Ссылка на Mouse PubMed:». Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  5. ^ Восприятие (2008), Гостевое редакционное эссе, Восприятие, стр. 1
  6. ^ Литманн Б.Дж., Митчелл, округ Колумбия (1996). «Структура и функции родопсина». В Ли AG (ред.). Рецепторы, связанные с родопсином и G-белком, часть A (том 2, 1996) (набор из 2 томов). Гринвич, Коннектикут: JAI Press. С. 1–32. ISBN  978-1-55938-659-3.
  7. ^ а б c Стюарт Дж. А., Бридж Р. Р. (1996). «Характеристика первичных фотохимических событий в бактериородопсине и родопсине». В Ли AG (ред.). Рецепторы, связанные с родопсином и G-белком, часть A (том 2, 1996) (набор из 2 томов). Гринвич, Коннектикут: JAI Press. С. 33–140. ISBN  978-1-55938-659-3.
  8. ^ Энциклопедия неврологических наук. Академическая пресса. 29 апреля 2014. С. 441–. ISBN  978-0-12-385158-1.
  9. ^ Giese AC (24 сентября 2013 г.). Фотофизиология: общие принципы; Воздействие света на растения. Эльзевир. п. 9. ISBN  978-1-4832-6227-7. Получено 23 сентября 2015.
  10. ^ Хофманн К.П., Хек М. (1996). «Индуцированные светом белок-белковые взаимодействия на мембране стержневого фоторецепторного диска». В Ли AG (ред.). Рецепторы, связанные с родопсином и G-белком, часть A (том 2, 1996) (набор из 2 томов). Гринвич, Коннектикут: JAI Press. С. 141–198. ISBN  978-1-55938-659-3.
  11. ^ Колб Х., Фернандес Э., Нельсон Р., Джонс Б.В. (1 марта 2010 г.). «Webvision: фоторецепторы». Университет Юты. Архивировано из оригинал 16 августа 2000 г.
  12. ^ Роджерс К. "Родопсин". Британская энциклопедия. Britannica.com. Получено 30 января 2016.
  13. ^ Теракита А (2005). "Опсины". Геномная биология. 6 (3): 213. Дои:10.1186 / gb-2005-6-3-213. ЧВК  1088937. PMID  15774036.
  14. ^ Фоли Л.Е., Гегер Р.Дж., Репперт С.М. (июнь 2011 г.). «Криптохром человека проявляет светозависимую магниточувствительность». Nature Communications. 2: 356. Bibcode:2011НатКо ... 2..356F. Дои:10.1038 / ncomms1364. ЧВК  3128388. PMID  21694704.
  15. ^ Bownds D, Wald G (январь 1965 г.). «Реакция хромофора родопсина с борогидридом натрия». Природа. 205 (4968): 254–7. Bibcode:1965Натура.205..254Б. Дои:10.1038 / 205254a0. PMID  14270706. S2CID  4226447.
  16. ^ Нобелевский фонд. «Нобелевская премия по физиологии и медицине 1967 года». Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Получено 12 декабря 2015.
  17. ^ Йошизава Т., Вальд Г. (март 1963 г.). «Прелюмиродопсин и отбеливание зрительных пигментов». Природа. 197 (30 марта): 1279–86. Bibcode:1963Натура.197.1279Y. Дои:10.1038 / 1971279a0. PMID  14002749. S2CID  4263392.
  18. ^ Мэтьюз Р., Хаббард Р., Браун П. К., Уолд Г. (ноябрь 1963 г.). «Таутомерные формы метародопсина». Журнал общей физиологии. 47 (2): 215–40. Дои:10.1085 / jgp.47.2.215. ЧВК  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 (март 2017 г.). «Фотоциклическое поведение родопсина, вызванное атипичным механизмом изомеризации». Труды Национальной академии наук. 114 (13): E2608-15. Дои:10.1073 / pnas.1617446114. ЧВК  5380078. PMID  28289214.
  20. ^ Накамичи Х., Окада Т. (июнь 2006 г.). «Кристаллографический анализ первичной зрительной фотохимии». Angewandte Chemie. 45 (26): 4270–3. Дои:10.1002 / anie.200600595. PMID  16586416.
  21. ^ Шрайбер М., Сугихара М., Окада Т., Бусс V (июнь 2006 г.). «Квантово-механические исследования на кристаллографической модели батородопсина». Angewandte Chemie. 45 (26): 4274–7. Дои:10.1002 / anie.200600585. PMID  16729349.
  22. ^ Вайнгарт О. (сентябрь 2007 г.). «Скрученная связь C11 = C12 хромофора родопсина - фотохимическая горячая точка». Журнал Американского химического общества. 129 (35): 10618–9. Дои:10.1021 / ja071793t. PMID  17691730.
  23. ^ Chabre M, le Maire M (июль 2005 г.). «Мономерный рецептор, связанный с G-белком, как функциональная единица». Биохимия. 44 (27): 9395–403. Дои:10.1021 / bi050720o. PMID  15996094.
  24. ^ а б c Heck M, Schädel SA, Maretzki D, Bartl FJ, Ritter E, Palczewski K, Hofmann KP (январь 2003 г.). «Сигнальные состояния родопсина. Формирование запасной формы метародопсина III из активного метародопсина II». Журнал биологической химии. 278 (5): 3162–9. Дои:10.1074 / jbc.M209675200. ЧВК  1364529. PMID  12427735.
  25. ^ Салиба Р.С., Манро П.М., Лютерт П.Дж., Читам Мэн (июль 2002 г.). «Клеточная судьба мутантного родопсина: контроль качества, деградация и образование агресом». Журнал клеточной науки. 115 (Pt 14): 2907–18. PMID  12082151.
  26. ^ а б Mendes HF, van der Spuy J, Chapple JP, Cheetham ME (апрель 2005 г.). «Механизмы гибели клеток при пигментном ретините родопсина: значение для терапии». Тенденции в молекулярной медицине. 11 (4): 177–85. Дои:10.1016 / j.molmed.2005.02.007. PMID  15823756.
  27. ^ а б Bryant DA, Frigaard NU (ноябрь 2006 г.). «Прокариотический фотосинтез и фототрофия в свете». Тенденции в микробиологии. 14 (11): 488–96. Дои:10.1016 / j.tim.2006.09.001. PMID  16997562.
  28. ^ Гао С.К., Нагпал Дж., Шнайдер М.В., Козьяк-Павлович В., Нагель Г., Готтшалк А. (июль 2015 г.). «Оптогенетическая манипуляция цГМФ в клетках и животных с помощью строго регулируемого светом опсина гуанилилциклазы CyclOp». Nature Communications. 6 (8046): 8046. Bibcode:2015НатКо ... 6.8046G. Дои:10.1038 / ncomms9046. ЧВК  4569695. PMID  26345128.
  29. ^ Scheib U, Stehfest K, Gee CE, Körschen HG, Fudim R, Oertner TG, Hegemann P (август 2015 г.). «Родопсин-гуанилилциклаза водного гриба Blastocladiella emersonii обеспечивает быстрый оптический контроль передачи сигналов цГМФ». Научная сигнализация. 8 (389): RS8. Дои:10.1126 / scisignal.aab0611. PMID  26268609. S2CID  13140205.
  30. ^ Шейб У., Брозер М., Константин О.М., Ян С., Гао С., Мукерджи С. и др. (Май 2018). «Родопсинциклазы для фотоуправления цГМФ / цАМФ и 2.3 Å структуры аденилатциклазного домена». Nature Communications. 9 (1): 2046. Bibcode:2018НатКо ... 9.2046S. Дои:10.1038 / s41467-018-04428-w. ЧВК  5967339. PMID  29799525.
  31. ^ «Надсемейство: реакционный центр бактериальной фотосистемы II, субъединицы L и M». SCOP.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка