WikiDer > Сетчатка

Retinal
Не путать с Ретинол.
Эта статья о молекуле. По вопросам, касающимся анатомических особенностей, см. Сетчатка.
Полностью трансретинальный
Скелетная формула сетчатки
Шаровидная модель молекулы сетчатки
Имена
Название ИЮПАК
(2E,4E,6E,8E) -3,7-Диметил-9- (2,6,6-триметилциклогексен-1-ил) нона-2,4,6,8-тетраеналь
Другие имена
  • Ретинен
  • Ретинальдегид
  • Альдегид витамина А
  • RAL
Идентификаторы
3D модель (JSmol)
ChemSpider
ECHA InfoCard100.003.760 Отредактируйте это в Викиданных
UNII
Свойства
C20ЧАС28О
Молярная масса284.443 г · моль−1
ВнешностьОранжевые кристаллы из петролейный эфир[1]
Температура плавления От 61 до 64 ° C (от 142 до 147 ° F, от 334 до 337 K)[1]
Почти не растворим
Растворимость в жиреРастворимый
Родственные соединения
Родственные соединения
ретинол; ретиноевая кислота; бета-каротин; дегидроретинальный; 3-гидроксиретинал; 4-гидроксиретинал
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверятьY проверить (что проверятьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Сетчатка (также известен как ретинальдегид) это полиен хромофор, связанный с белками, называемыми опсины, и является химической основой зрения животных.

Сетчатка позволяет определенным микроорганизмам преобразовывать свет в метаболическую энергию.

Есть много форм витамин А - все они превращаются в сетчатку, что невозможно без них. Сам по себе сетчатка считается формой витамина А при употреблении в пищу животными. Количество различных молекул, которые могут быть преобразованы в сетчатку, варьируется от вида к виду. Ретинал изначально назывался ретинен,[2] и переименовал[3] после того, как было обнаружено, что это витамин А альдегид.[4][5]

Позвоночные животные глотают сетчатку непосредственно из мяса или продуцируют сетчатку из каротиноиды - либо из α-каротин или β-каротин - оба из которых каротины. Они также производят его из β-криптоксантин, тип ксантофилл. Эти каротиноиды должны быть получены из растений или других фотосинтетический организмы. Никакие другие каротиноиды не могут быть преобразованы животными в сетчатку. Некоторые плотоядные животные вообще не могут преобразовывать каротиноиды. Другие основные формы витамина А - ретинол и частично активная форма, ретиноевая кислота - оба могут быть произведены из сетчатки.

Беспозвоночные, такие как насекомые и кальмары, используют гидроксилированные формы сетчатки в своих зрительных системах, которые возникают в результате преобразования из других ксантофиллы.

Метаболизм витамина А

Живые организмы продуцируют сетчатку (RAL) путем необратимого окислительного расщепления каротиноидов.[6]Например:

бета-каротин + O2 → 2 сетчатки

катализируется бета-каротин 15,15'-монооксигеназа[7]или бета-каротин 15,15'-диоксигеназа.[8]Подобно тому, как каротиноиды являются предшественниками сетчатки, сетчатка является предшественником других форм витамина А. Ретиналь является взаимопревращаемым веществом. ретинол (ROL), транспортная форма и форма хранения витамина А:

сетчатка + НАДФН + H+ ⇌ ретинол + НАДФ+
ретинол + НАД+ ⇌ сетчатка + НАДН + Н+

катализируется ретинолдегидрогеназы (RDH)[9] и алкогольдегидрогеназы (ADH).[10]Ретинол называют витамином А алкоголь или, чаще, просто витамин А. Сетчатка также может окисляться до ретиноевая кислота (РА):

сетчатка + НАД+ + H2О → ретиноевая кислота + НАДН + Н+ (катализируется RALDH)
сетчатка + O2 + H2O → ретиноевая кислота + H2О2 (катализируется ретинальной оксидазой)

катализируется дегидрогеназы сетчатки[11] также известные как дегидрогеназа ретинальдегида (RALDH)[10]а также оксидазы сетчатки.[12]Ретиноевая кислота, иногда называемая витамином А кислота, является важной сигнальной молекулой и гормоном у позвоночных животных.

Видение

Сетчатка - это конъюгированный хромофор. в человеческий глаз, сетчатка начинается в 11-СНГ-ретинальная конфигурация, которая - при захвате фотон правильной длины волны - выпрямляется во все-транс-ретинальная конфигурация. Это изменение конфигурации отталкивает белок опсин в сетчатка, который запускает каскад химических сигналов, который может привести к восприятие света или изображений человеческого мозга. Спектр поглощения хромофора зависит от его взаимодействия с белком опсина, с которым он связан, так что разные комплексы ретиналь-опсин будут поглощать фотоны с разной длиной волны (то есть с разными цветами света).

Опсины

Белок опсин окружает молекулу сетчатки, ожидая обнаружения фотона. Как только сетчатка захватывает фотон, изменение конфигурации сетчатки отталкивается от окружающего белка опсина. Опсин может посылать химический сигнал в мозг человека, сигнализируя об обнаружении света. Затем сетчатка перезагружается в 11-СНГ конфигурации путем фосфорилирования АТФ, и цикл начинается снова.
GPCR животных родопсин (цвета радуги) встроены в липидный бислой (красные головы и синие хвосты) с трансдуцин под этим. гтα окрашен в красный цвет, Gтβ синий и Gтγ желтый. Есть граница ВВП молекула в Gтα-субъединица и связанная сетчатка (черный) в родопсине. В N-конец конец родопсина красный, а конец C-конец синий. Закрепление трансдуцина на мембране показано черным цветом.

Опсины белки и связывающие сетчатку зрительные пигменты, обнаруженные в фоторецепторные клетки в сетчатка глаз. Опсин состоит из семи трансмембранных альфа-спирали связаны шестью петлями. В стержневые клеткимолекулы опсина встроены в мембраны дисков, которые полностью находятся внутри клетки. В N-конец Голова молекулы простирается внутрь диска, а C-конец хвост заходит в цитоплазму клетки. В конических ячейках диски определяются размером ячейки. плазматическая мембрана, так что N-концевая головка выходит за пределы ячейки. Сетчатка ковалентно связывается с лизин на трансмембранной спирали, ближайшей к С-концу белка через База Шиффа связь. Образование связи основания Шиффа включает удаление атома кислорода из сетчатки и двух атомов водорода из свободной аминогруппы лизина, что дает H2О. Ретинилиден - это двухвалентная группа, образованная удалением атома кислорода из сетчатки, поэтому опсины были названы ретинилиденовые белки.

Опсины являются прототипами G-белковые рецепторы (GPCR).[13] Родопсин крупного рогатого скота, опсин палочек крупного рогатого скота, был первым GPCR, имеющим свой Рентгеновская структура определяется.[14]Бычий родопсин содержит 348 аминокислотных остатков. Хромофор сетчатки связывается с Lys296.

Хотя млекопитающие используют сетчатку исключительно в качестве хромофора опсина, другие группы животных дополнительно используют четыре хромофора, тесно связанные с сетчаткой: 3,4-дидегидроретиналь (витамин А2), (3р) -3-гидроксиретинал, (3S) -3-гидроксиретиналь (оба витамина А3) и (4р) -4-гидроксиретиналь (витамин А4). Многие рыбы и амфибии используют 3,4-дидегидроретинал, также называемый дегидроретинальный. За исключением двукрылое животное подотряд Циклоррафа (так называемые высшие мухи), все насекомые исследовано использовать (р)-энантиомер 3-гидроксиретиналя. (р) -энантиомер следует ожидать, если 3-гидроксиретиналь получают непосредственно из ксантофилл каротиноиды. Циклоррафаны, в том числе Дрозофила, используйте (3S) -3-гидроксиретинал.[15][16]Светлячок-кальмар были найдены для использования (4р) -4-гидроксиретинал.

Визуальный цикл

Визуальный цикл
Смотрите также: Родопсин § Структура

Визуальный цикл представляет собой круговой ферментативный путь, который является передним концом фототрансдукции. Восстанавливает 11-СНГ-ретинальный. Например, зрительный цикл стержневых клеток млекопитающих выглядит следующим образом:

  1. все-транс-ретиниловый эфир + H2О → 11-СНГ-ретинол + жирная кислота; RPE65 изомерогидролазы,[17]
  2. 11-СНГ-ретинол + НАД+ → 11-СНГ-ретинал + НАДН + Н+; 11-СНГ-ретинолдегидрогеназы,
  3. 11-СНГ-ретинальный + апородопсин → родопсин + H2О; формы База Шиффа связь с лизин, -CH = N+ЧАС-,
  4. родопсин + hν → метародопсин II, т.е. 11-СНГ фотоизомеризуется все-транс,
    родопсин + hν → фотородопсин → батородопсин → люмиродопсин → метародопсин I → метародопсин II,
  5. метародопсин II + H2О → апородопсин + все-транс-ретинальный,
  6. все-транс-ретинальный + НАДФН + Н+ → все-транс-ретинол + НАДФ+; все-транс-ретинол дегидрогеназы,
  7. все-транс-ретинол + жирная кислота → все-транс-ретиниловый эфир + H2О; лецитин ретинол ацилтрансферазы (LRAT).[18]

Шаги 3, 4, 5 и 6 выполняются в внешние сегменты стержневой ячейки; Шаги 1, 2 и 7 выполняются в пигментный эпителий сетчатки (RPE) клетки.

Изомерогидролазы RPE65 являются гомологичный с бета-каротинмонооксигеназами;[6] гомологичный фермент ninaB в Дрозофила обладает как каротиноид-оксигеназной активностью, формирующей сетчатку, так и полностьютранс к 11-СНГ изомеразная активность.[19]

Микробные родопсины

Основная статья: Микробный родопсин

Все-транс-ретинал также является важным компонентом микробных опсинов, таких как бактериородопсин, канал родопсин, и галородопсин. В этих молекулах свет вызывает всетранс-ретинал станет 13-СНГ сетчатка, которая затем возвращается ко всем -транс-ретинал в темном состоянии. Эти белки не связаны эволюционно с опсинами животных и не являются GPCR; тот факт, что они оба используют сетчатку, является результатом конвергентная эволюция.[20]

История

Американский биохимик Джордж Уолд и другие наметили визуальный цикл к 1958 году. За свою работу Уолд получил долю конкурса 1967 года. Нобелевская премия по физиологии и медицине с участием Халдан Кеффер Хартлайн и Рагнар Гранит.[21]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б Индекс Merck, 13-е издание, 8249
  2. ^ УОЛД, ДЖОРДЖ (14 июля 1934 г.). «Каротиноиды и цикл витамина А в зрении». Природа. 134 (3376): 65. Bibcode:1934 Натур.134 ... 65 Вт. Дои:10.1038 / 134065a0. S2CID 4022911.
  3. ^ Вальд, G (11 октября 1968 г.). «Молекулярные основы зрительного возбуждения». Наука. 162 (3850): 230–9. Bibcode:1968Sci ... 162..230Вт. Дои:10.1126 / science.162.3850.230. PMID 4877437.
  4. ^ MORTON, R.A .; ГУДВИН, Т. У. (1 апреля 1944 г.). «Приготовление ретинена in vitro». Природа. 153 (3883): 405–406. Bibcode:1944Натура.153..405М. Дои:10.1038 / 153405a0. S2CID 4111460.
  5. ^ МЯЧИ; GOODWIN, TW; МОРТОН, Р.А. (1946). «Ретинен-1-витаминный альдегид». Биохимический журнал. 40 (5–6): lix. PMID 20341217.
  6. ^ а б фон Линтиг, Йоханнес; Фогт, Клаус (2000). «Заполнение пробела в исследованиях витамина А: молекулярная идентификация фермента, отщепляющего бета-каротин до сетчатки». Журнал биологической химии. 275 (16): 11915–11920. Дои:10.1074 / jbc.275.16.11915. PMID 10766819.
  7. ^ Воггон, Вольф-Д. (2002). «Окислительное расщепление каротиноидов, катализируемое моделями ферментов и бета-каротин 15,15´-монооксигеназой». Чистая и прикладная химия. 74 (8): 1397–1408. Дои:10.1351 / pac200274081397.
  8. ^ Ким, Ён Су; Ким, Нам-Хи; Йом, Су-Джин; Ким, Сон-Вон; О, Док-Кун (2009). «In vitro характеристика рекомбинантного белка Blh из некультивируемых морских бактерий как β-каротин 15,15'-диоксигеназа». Журнал биологической химии. 284 (23): 15781–93. Дои:10.1074 / jbc.M109.002618. ЧВК 2708875. PMID 19366683.
  9. ^ Лиден, Мартин; Эрикссон, Ульф (2006). «Понимание метаболизма ретинола: структура и функция ретинолдегидрогеназ». Журнал биологической химии. 281 (19): 13001–13004. Дои:10.1074 / jbc.R500027200. PMID 16428379.
  10. ^ а б Дестер, Дж. (Сентябрь 2008 г.). «Синтез ретиноевой кислоты и передача сигналов во время раннего органогенеза». Ячейка. 134 (6): 921–31. Дои:10.1016 / j.cell.2008.09.002. ЧВК 2632951. PMID 18805086.
  11. ^ Линь, Мин; Чжан, Мин; Авраам, Михаил; Смит, Сьюзен М .; Неаполь, Джозеф Л. (2003). «Дегидрогеназа сетчатки 4 мыши (RALDH4), молекулярное клонирование, клеточная экспрессия и активность в биосинтезе 9-цис-ретиноевой кислоты в интактных клетках». Журнал биологической химии. 278 (11): 9856–9861. Дои:10.1074 / jbc.M211417200. PMID 12519776.
  12. ^ «KEGG ENZYME: 1.2.3.11 оксидаза сетчатки». Получено 2009-03-10.
  13. ^ Лэмб, Т. Д. (1996). «Усиление и кинетика активации в каскаде фототрансдукции G-белков». Труды Национальной академии наук. 93 (2): 566–570. Bibcode:1996ПНАС ... 93..566Л. Дои:10.1073 / пнас.93.2.566. ЧВК 40092. PMID 8570596.
  14. ^ Пальчевский, Кшиштоф; Кумасака, Такаши; Хори, Т; Бенке, Калифорния; Motoshima, H; Фокс, BA; Ле Тронг, я; Teller, DC; и другие. (2000). «Кристаллическая структура родопсина: рецептор, связанный с G-белком». Наука. 289 (5480): 739–745. Bibcode:2000Sci ... 289..739P. CiteSeerX 10.1.1.1012.2275. Дои:10.1126 / science.289.5480.739. PMID 10926528.
  15. ^ Секи, Такахару; Исоно, Кунио; Ито, Масаёши; Кацута, Юко (1994). «Мухи в группе Cyclorrhapha используют (3S) -3-Hydroxyretinal в качестве уникального хромофора визуального пигмента». Европейский журнал биохимии. 226 (2): 691–696. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1994.tb20097.x. PMID 8001586.
  16. ^ Секи, Такахару; Исоно, Кунио; Одзаки, Каору; Цукахара, Ясуо; Шибата-Кацута, Юко; Ито, Масаёши; Ирие, Тошиаки; Катагири, Масанао (1998). «Метаболический путь образования хромофора зрительного пигмента у Drosophila melanogaster: All-trans (3S) -3-hydroxyretinal формируется из полностью транс-ретиналя через (3R) -3-hydroxyretinal в темноте». Европейский журнал биохимии. 257 (2): 522–527. Дои:10.1046 / j.1432-1327.1998.2570522.x. PMID 9826202.
  17. ^ Моисеев, Геннадий; Чен, Инь; Такахаши, Юске; Ву, Билл Х .; Ма, Цзянь-син (2005). «RPE65 - изомерогидролаза в зрительном цикле ретиноидов». Труды Национальной академии наук. 102 (35): 12413–12418. Bibcode:2005ПНАС..10212413М. Дои:10.1073 / pnas.0503460102. ЧВК 1194921. PMID 16116091.
  18. ^ Цзинь, Минхао; Юань, Цюань; Ли, Сунхуа; Трэвис, Габриэль Х. (2007). «Роль LRAT на активность ретиноид-изомеразы и мембранную ассоциацию Rpe65». Журнал биологической химии. 282 (29): 20915–20924. Дои:10.1074 / jbc.M701432200. ЧВК 2747659. PMID 17504753.
  19. ^ Оберхаузер, Витус; Вулстра, Олаф; Бангерт, Аннетт; фон Линтиг, Йоханнес; Фогт, Клаус (2008). «NinaB сочетает в себе активность каротиноидной оксигеназы и ретиноид-изомеразы в одном полипептиде». Труды Национальной академии наук. 105 (48): 19000–5. Bibcode:2008PNAS..10519000O. Дои:10.1073 / pnas.0807805105. ЧВК 2596218. PMID 19020100.
  20. ^ Чен, Де-Лян; Ван, Гуан-ю; Сюй, Бинг; Ху, Кунь-Шэн (2002). «Изомеризация сетчатки полностью из транс в 13 цис в адаптированном к свету бактериородопсине при кислом pH». Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология. 66 (3): 188–194. Дои:10.1016 / S1011-1344 (02) 00245-2. PMID 11960728.
  21. ^ Нобелевская премия 1967 года по медицине

дальнейшее чтение

внешние ссылки