Rodopsina

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

La rodopsina és un receptor especialitzat que absorbeix la llum i així permetre el procés de visió. Concretament, és una cromoproteïna que té com a grup prostètic l'11-cis-retinal, derivat de la vitamina A. Pel que fa a la localització, la rodopsina es troba en una mena de sacs membranosos als bastons, cèl·lules fotoreceptores que es troben juntament amb els cons a la retina, i constitueix més d'un 80% de les proteïnes de membrana d'aquesta zona dels bastons.

L'estudi de les relacions entre l'estructura i la funció de la rodopsina té principalment un triple interès: en primer lloc, pel paper fonamental que du a terme en el procés de la fototransducció visual; en segon lloc, per la seva implicació en diversos processos regeneratius de la retina, particularment en la retinosis pigmentaria i en la ceguera nocturna congènita; i en terce lloc, per la possible extrapolació dels descobriments a altres membre de la família dels complexos d'acoblament a la proteïna G.[1]

Estructura[modifica | modifica el codi]

Com ja hem dit abans, la rodopsina és un pigment visual. Tots aquests consisteixen en un retinal (que actua com a cromòfor) lligat a un tipus de proteïna, l’opsina, que es troba en els cons i els bastons del vertebrats. En vertebrats, els dos tipus de retinal (1 i 2) s’uneixen amb les dues grans famílies d’opsines (les que es troben en els cons i les que es troben en els bastons), per formar els quatre pigments principals del procés de visió en vertebrats.

Formació de pigments visuals

La rodopsina s'estructura en tres dominis, l'extracel·lular, l'intermembranós i l'intracel·lular. El domini transmembrana de l'opsina es distribueix en set trams d'hèlix alfa que se situen perpendiculars a la membrana units per parts protèiques sense estructura definida. L'extrem carboxil terminal se situa a la part citosòlica constituint el domini intracel·lular i l'amino terminal extracel·lular en posició intradiscal. Concretament, la part proteïca de la rodopsina, l'apoproteïna opsina, forma part dels receptors amb set hèlix membranoses (7TM), la classe més gran de receptors de la superfície cel·lular. Aquesta cadena polipeptídica està formada per uns 348 aminoàcids i té un pes molecular de 40kDa.

L' 11-cis-retinal, derivat de la vitamina A, se troba unit covalentment a una de les hèlix alfa al centre de la molècula i està col·locat perpendicularment.

En els últims anys, l'obtenció de cristalls tridimensionals de la rodopsina i la seva anàlisi per mitjà de difracció de raigs X ha permès proposar el primer model tridimensional a 2,8 Å de resolució. Aquest model, que ha estat modificat posteriorment,[2] ha permès conèixer nous detalls estructurals com l'existència de quatre segments d'estructura beta o la presència de molècules d'aigua entre les hèlix alfa transmembranals[3]

Rodopsina bovina

Funció[modifica | modifica el codi]

La unió del lligand (11-cis-retinal) a l'opsina provoca un canvi de conformació del seu domini citoplasmàtic, fet que condueix a l'activació de la proteïna G. Quan el grup 11-cis-retinal absorbeix llum (fotons), s'isomeritza a la forma trans en picosegons. Primer de tot s'isomeritza la base de Schiff del retinal donant lloc a la batorodopsina, que instants després es converteix en metarodopsina II. Llavors, s'activa una proteïna G heterotrimèrica (transducina) que propaga el senyal. La metarodopsina II provoca l'intercanvi de GDP per GTP de la subunitat α de la transducina, de manera que s'alliberen les subunitats β i γ. Així la subunitat α activa una cGMP-fosfodiesterasa, un enzim que hidrolitza ràpidament cGMP a GMP. La reducció del GMP cíclic provoca el tancament dels canals iònics activats per aquest i per tant, s'hiperpolaritza la membrana. La desactivació del procés es produeix bàsicament com a conseqüència de la fosforilació de diversos residus de serines i treonines situats en l'extrem carboxiterminal de la proteïna. La metarodopsina II fosforilada pot intereccionar amb l'arrestina (proteïna inhibidora), de manera que impedeix la interacció amb la transduccina. A continuació, la subunitat α de la transucina retorna a l'estat inactiu a través de la hidròlisi de GTP, fet que provoca que la forma de la transducina unida al GDP es torni a associar amb les subunitats β i γ. La guanilat-ciclasa duu a terme la síntesi de cGMP per tal que augmenti la seva concentració i que així s'obrin els canals iònics. L'enzim guanilat-ciclasa està controlat per l'ió Ca2+ . Quan els bastons esan en repòs, els canals de sodi deixen passar també petites quantitats de ions de calci al citosol, que s'uneixen a la proteïna activadora del guanilat ciclasa (GCAP). Aquesta proteïna s'ancora a la guanilat ciclasa unida a la membrana i inhibeix la seva activitat. Amb el tencament dels canals de Na+ en incidir-hi fotons, el calci és bombejat cap a fora des de l'interior cel·lular i es dissocia el complex GCAP-Ca2+. L'apoforma del GCAP lliure de calci pot activar el guanilat ciclasa, que sintetitza llavors cGMP. Així s'obren altra vegada els canals de Na+ en la membrana plamàtica, i el Ca2+ passa en petites quantitats juntament amb el sodi i inhibeix a través del complex GCAP-Ca2+ el guanilat ciclasa, de manera que el sistema està preperat per rebre un altre cop fotons.

Diagrama del sistema de la rodopsina; adaptació de l'article George Wald, Molecular basis of visual Excitation

En resum, aquesta isomertizació provoca que l'àtom de nitrogen de la base de Schiff [link a base de schiff] es desplaci al voltant de 5 Å. Aquest moviment desencadena una sèrie de processos que acaben amb el tencament dels canals iònics i la generació de l'impuls nerviós.

Les mutacions en algunes d’aquestes proteïnes són l’origen de diverses degeneracions de la retina, concretamente la retinosis pigmentària. De fet, és en el gen de l’opsina que codifica per a la proteïna rodopsina on s’han trobat més mutacions en pacients afectats per la retinosis pigmentària.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Joan Manyosa, Anna Andrés, et al. «Estructura de la rodopsina: luz en las sombras de las degeneraciones retinianas». Medicina Clínica, vol. 121, 2003.
  2. Teller DC, Okada T, Behnke CA, Palczewski K, Stenkamp RE. «Advances in determination of a high-resolution three-dimensional structure of rhodopsin, a model of G-protein-coupled receptors (GPCRs)». Biochemistry, vol. 40, 2001, pàg. 7761-72.
  3. Okada T, Fujiyoshi Y, Silow M, Navarro J, Landau EM, Shichida Y. «Functional role of internal water molecules in rhodopsin revealed by X-ray crystallography». Proc Natl Acad Sci USA, vol. 99, 2002, pàg. 5982-7.

Bibliografia[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Rodopsina
  • Berg, Tymoczko, Stryer, Bioquímica, Editorial Reverte, 2007.
  • Werner Müller-Esterl, Bioquímica, Editorial Reverte,2008