Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жарыққа сезімтал рецептор ақуызы – омыртқалы жануарлардың торлы жасушаларының көру родопсині. Родопсин, сондай-ақ «көз қызғылт» деп те аталады, RHO генімен кодталған ақуыз және G ақуызды жұптасқан рецептор (GPCR). Бұл торлы қабықтағы таяқ жасушаларының опсині және таяқтардағы визуалды фототрансдукцияны іске қосатын жарыққа сезімтал рецептор ақуызы. Родопсин әлсіз жарықта көруге мүмкіндік береді, сондықтан жарыққа өте сезімтал. Родопсин жарыққа ұшырағанда бірден ағарады. Адамда ол шамамен 30 минут ішінде толыққандай қалпына келеді, содан кейін таяқ жасушалары көбірек сезімтал болады. Родопсин генінің бұзылуы пигменттік ретинит және туа біткен тұрақты түнгі соқырлық сияқты көз ауруларын тудырады.
Light sensitive receptor protein
the visual rhodopsin of the vertebrate [[rod cell
Rhodopsin, also known as visual purple, is a protein encoded by the RHO gene and a G protein coupled receptor (GPCR). It is the opsin of the rod cells in the retina and a light sensitive receptor protein that triggers visual phototransduction in rods. Rhodopsin mediates dim light vision and thus is extremely sensitive to light. When rhodopsin is exposed to light, it immediately photobleaches. In humans, it is regenerated fully in about 30 minutes, after which the rods are more sensitive. Defects in the rhodopsin gene cause eye diseases such as retinitis pigmentosa and congenital stationary night blindness.
Аттар
Родопсинді 1876 жылы Франц Кристиан Болл ашқан. "Родопсин" атауы ежелгі грек тілінен алынған, онда ῥόδον сөзі "гүл" деген мағынаны білдіреді (оның қызғылт түсіне байланысты) және ὄψις – "көру". Бұл атауды 1878 жылы неміс физиологы Вильгельм Фридрих Кюне (1837–1900) енгізген. Джордж Уолд родопсиннің ретиналь және апопротеиннен тұратын голопротеин екенін анықтағанда, оны "опсин" деп атады, бұл қазіргі кезде апородопсин деп танылады. Бүгінде "опсин" термині ретинальмен байланысатын және нәтижесінде жарыққа сезімтал фоторецепторға айналатын G протеинімен жұптасқан рецепторлар класына қатысты қолданылады, соның ішінде барлық жақын туысқан белоктар да осы кластың құрамына кіреді. Хофман мен Лэмбтің еңбегі.
Rhodopsin was discovered by Franz Christian Boll in 1876. The name rhodospsin derives from Ancient Greek ῥόδον for "rose", due to its pinkish color, and ὄψις for "sight". It was coined in 1878 by the German physiologist Wilhelm Friedrich Kühne (1837–1900). When George Wald discovered that rhodopsin is a holoprotein, consisting of retinal and an apoprotein, he called it opsin, which today would be described more narrowly as apo rhodopsin. Today, the term opsin refers more broadly to the class of G protein coupled receptors that bind retinal and as a result become a light sensitive photoreceptor, including all closely related proteins. efn|Hofmann and Lamb
Жалпы
Родопсин – таяқша жасушаларының сыртқы сегмент дискілерінде кездесетін ақуыз. Ол көңілсіз жарықтағы монохроматикалық көруді, яғни скотоптық көруді қамтамасыз етеді. Родопсин көк-жасыл жарықты (~500 нм) ең күшті сіңіреді, сондықтан ол қызғылт-күлгін түсті болып көрінеді, осыдан "көрнекі қызғылт" деген ежелгі термин пайда болған. Бірнеше жақын туысқан опсиндер тек бірнеше аминқышқылы және олар ең күшті сіңіретін жарықтың толқын ұзындығы бойынша ғана ерекшеленеді. Адамдарда, родопсиннен басқа, тоғыз опсин, сондай-ақ криптохром (жарыққа сезімтал, бірақ опсин емес) бар.
Rhodopsin is a protein found in the outer segment discs of rod cells. It mediates scotopic vision, which is monochromatic vision in dim light. Rhodopsin most strongly absorbs green blue light (~500 nm) and appears therefore reddish purple, hence the archaic term "visual purple". Several closely related opsins differ only in a few amino acids and in the wavelengths of light that they absorb most strongly. Humans have, including rhodopsin, nine opsins, as well as cryptochrome (light sensitive, but not an opsin).
Құрылымы
Родопсин, басқа опсиндер сияқты, G протеинмен жұптасқан рецептор (GPCR) болып табылады. GPCR – жасушалық мембрананың липидтік екі қабатына енетін және лиганд үшін байланысу қалтасын құрайтын жеті трансмембраналық домені бар химиорецепторлар. Родопсиннің лиганды – А витаминіне негіделген хромофор 11-цис-ретинал, ол жасуша мембранасына көлденең орналасқан және жетінші трансмембраналық домендегі лизин қалдығына (Lys296) ковалентті байланысқан. Бірақ 11-цис-ретинал тек байланысу қалтасын жабады және родопсинды белсендірмейді. Ол тек 11-цис-ретинал жарық фотонын сіңіріп, барлық-транс-ретиналға изомерленгенде ғана белсендіріледі, бұл рецепторды белсендіретін формасы болып табылады және родопсинде конформациялық өзгерістерге (ағаруға) себеп болады. Осылайша, химиорецептор жарық немесе фоторецепторға айналады. Ретинаға байланысатын лизин дерлік барлық опсиндерде сақталады, тек бірнеше опсиндер эволюция барысында оны жоғалтқан, соның ішінде родопсин де бар. Кейбір мутациялар родопсинды жарықсыз да белсенді етеді. Сондай-ақ, егер 11-цис-ретинал байланыспаса, жабайы типтегі родопсин де конститутивті түрде белсенді болады, бірақ одан әлдеқайда аз. Сондықтан 11-цис-ретинал кері агонист болып табылады. Мұндай мутациялар аутосомдық-доминантты пигменттік ретиниттің бір себебі болуы мүмкін. Сиырдың родопсині 348 аминқышқылынан тұрады, ретинаға байланысатын лизин – Lys296. Бұл аминқышқылының тізбегі мен 3D құрылымы анықталған алғашқы опсин. Бірнеше модельдер (мысалы, велосипед педалі механизмі, хула-твист механизмі) ретиналық топтың қалай қоршап тұрған родопсин ақуыз қалтасымен соқтығыспай конформациясын өзгерте алатынын түсіндіруге тырысады. Жақында алынған деректер родопсиннің димер емес, функционалдық мономер екенін көрсетеді, бұл көп жылдар бойы G протеинмен жұптасқан рецепторлардың парадигмасы болды. Өзінің табиғи мембранасында родопсин фотондарды ұстау қабілетін жеңілдететін жоғары тығыздықпен кездеседі. Мембрананың тығыз орналасуына байланысты родопсиннің белоктарды ұстап алу мүмкіндігі артады. Дегенмен, жоғары тығыздық G протеинінің сигнализациясына кедергі келтіруі мүмкін, өйткені рецептор, родопсинмен толтырылған тығыз мембранада диффузия қиындатады.
Rhodopsin, like other opsins, is a G protein coupled receptor (GPCR). GPCRs are chemoreceptors that embed in the lipid bilayer of the cell membranes and have seven transmembrane domains forming a binding pocket for a ligand. The ligand for rhodopsin is the vitamin A based chromophore 11 cis retinal, which lies horizontally to the cell membrane and is covalently bound to a lysine residue (lys296) in the seventh transmembrane domain However, 11 cis retinal only blocks the binding pocket and does not activate rhodopsin. It is only activated when 11 cis retinal absorbs a photon of light and isomerizes to all trans retinal, the receptor activating form, causing conformal changes in rhodopsin (bleaching), Thus, a chemoreceptor is converted to a light or photo(n)receptor. The retinal binding lysine is conserved in almost all opsins, only a few opsins having lost it during evolution. including rhodopsin. Rhodopsin is made constitutively (continuously) active by some of those mutations even without light. Also wild type rhodopsin is constitutively active, if no 11 cis retinal is bound, but much less. Therefore 11 cis retinal is an inverse agonist. Such mutations are one cause of autosomal dominant retinitis pigmentosa. The rhodopsin of cattle has 348 amino acids, the retinal binding lysine being Lys296. It was the first opsin whose amino acid sequence and 3D structure were determined. Several models (e. g., the bicycle pedal mechanism, hula twist mechanism) attempt to explain how the retinal group can change its conformation without clashing with the enveloping rhodopsin protein pocket. Recent data support that rhodopsin is a functional monomer, instead of a dimer, which was the paradigm of G protein coupled receptors for many years. Within its native membrane, rhodopsin is found at a high density facilitating its ability to capture photons. Due to its dense packing within the membrane, there is a higher chance of rhodopsin capturing proteins. However, the high density also provides a disadvantage when it comes to G protein signaling because the diffusion becomes more difficult in a crowded membrane that is packed with the receptor, rhodopsin.
Фототрансдукция
Родопсин – фототрансдукциядағы маңызды G протеинімен байланысқан рецептор.
Rhodopsin is an essential G protein coupled receptor in phototransduction.
Белсенділендіру
Родопсинде ретиналдың альдегид тобы, протеиндегі лизин қалдығының амино тобымен ковалентті байланысып, протондалған Шифф негізін (NH+=CH) құрайды. Фотоизомеризация динамикасы уақыт бойынша шешілетін инфрақызыл спектроскопиясы және УФ/ВИС спектроскопиясы арқылы зерттелді. Сәулелендіруден кейін 200 фемтосекунд ішінде фоторходопсин деп аталатын алғашқы фотоөнім пайда болады, одан кейін пикосекунд ішінде бұрылған барлық транс-байланыстары бар баторходопсин деп аталатын екінші фотоөнім пайда болады. Бұл аралық зат криогендік температурада тоқтатылып, зерттелуі мүмкін және бастапқыда прелюмиродопсин деп аталды. Люмиродопсин және метародопсин I сияқты келесі аралық заттарда Шифф негізінің барлық транс-ретиналға байланысы протондалған күйде қалады, ал протеин қызғылт түсті болып сақталады. Нейрондық қоздыруды бастайтын маңызды өзгеріс – I метародопсинінің II метародопсініне айналуы, бұл Шифф негізінің депротондалуымен және түстің қызылдан сарыға өзгеруімен байланысты.
In rhodopsin, the aldehyde group of retinal is covalently linked to the amino group of a lysine residue on the protein in a protonated Schiff base ( NH+=CH ). The photoisomerization dynamics has been subsequently investigated with time resolved IR spectroscopy and UV/Vis spectroscopy. A first photoproduct called photorhodopsin forms within 200 femtoseconds after irradiation, followed within picoseconds by a second one called bathorhodopsin with distorted all trans bonds. This intermediate can be trapped and studied at cryogenic temperatures, and was initially referred to as prelumirhodopsin. In subsequent intermediates lumirhodopsin and metarhodopsin I, the Schiff's base linkage to all trans retinal remains protonated, and the protein retains its reddish color. The critical change that initiates the neuronal excitation involves the conversion of metarhodopsin I to metarhodopsin II, which is associated with deprotonation of the Schiff's base and change in color from red to yellow.
Фототрансдукция каскады
Жарықпен белсендірілген Метарходопсин II, G протеині трансдукцины (Gt) ынталандыру арқылы көру фототрансдукциясының екінші хабаршы жолын іске қосады, нәтижесінде оның α- кіші бірлігі босатылады. Бұл GTP-мен байланысқан кіші бірлік өз кезегінде cGMP фосфодиэстеразасын белсендіреді. cGMP фосфодиэстераза cGMP-ні гидролиздеп (тозады), оның жергілікті концентрациясын төмендетеді, сондықтан ол cGMP-ге тәуелді катиондық каналдарды белсендіре алмайды. Бұл фоторецепторлық жасушалардың гиперполяризациясына әкеледі, олардың нейротрансмиттерлерді босату жылдамдығын өзгертеді. Фототрансдукцияның одан әрі жүзеге асуы үшін родопсин пигментін қайта жаңарту қажет. Бұл барлық транс-ретиналды 11-цис-ретиналмен алмастыруды білдіреді, ал Meta II-нің ыдырауы осы процесте маңызды рөл атқарады. Meta II ыдыраған кезде, әдетте барлық транс-ретиналды және апопротеин опсинді (апородопсин) ұстап тұратын Шифф негіздік байланысы гидролизделеді және Meta III пайда болады. Сабақтың сыртқы сегментінде Meta III жеке-жеке транс-ретинал мен опсинге ыдырайды. Родопсиндегі басқа да мутациялар X-хромосомаға байланысты туа біткен тұрақты түнгі соқырлыққа алып келеді, көбінесе родопсиннің хромофор байланысу қалтасының маңында пайда болатын конститутивті активацияға байланысты. Родопсинмен байланысты бірнеше басқа патологиялық жағдайлар анықталды, оның ішінде Голги аппаратынан кейінгі нашар тасымалдану, бұрыс реттелу активациясы, сабақтың сыртқы сегментінің тұрақсыздығы және арестинмен байланысу.
The product of light activation, Metarhodopsin II, initiates the visual phototransduction second messenger pathway by stimulating the G protein transducin (Gt), resulting in the liberation of its α subunit. This GTP bound subunit in turn activates a cGMP phosphodiesterase. The cGMP phosphodiesterase hydrolyzes (breaks down) cGMP, lowering its local concentration so it can no longer activate cGMP dependent cation channels. This leads to the hyperpolarization of photoreceptor cells, changing the rate at which they release transmitters. Rhodopsin pigment must be regenerated for further phototransduction to occur. This means replacing all trans retinal with 11 cis retinal and the decay of Meta II is crucial in this process. During the decay of Meta II, the Schiff base link that normally holds all trans retinal and the apoprotein opsin (aporhodopsin) is hydrolyzed and becomes Meta III. In the rod outer segment, Meta III decays into separate all trans retinal and opsin. Other mutations on rhodopsin lead to X linked congenital stationary night blindness, mainly due to constitutive activation, when the mutations occur around the chromophore binding pocket of rhodopsin. Several other pathological states relating to rhodopsin have been discovered including poor post Golgi trafficking, dysregulative activation, rod outer segment instability and arrestin binding.