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.

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.

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.

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.

Фототрансдукция

Родопсин – фототрансдукциядағы маңызды G протеинімен байланысқан рецептор.

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.

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.