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De retina

El retinal (también conocido como retinaldehído ) es un cromóforo poliénico . El retinal, unido a proteínas llamadas opsinas , es la base química de la fototransducción visual , la etapa de detección de luz de la percepción visual (visión).

Algunos microorganismos utilizan retinal para convertir la luz en energía metabólica. De hecho, un estudio reciente sugiere que la mayoría de los organismos vivos de nuestro planeta hace unos 3.000 millones de años utilizaban retinal para convertir la luz solar en energía en lugar de clorofila . Dado que la retina absorbe principalmente luz verde y transmite luz violeta, esto dio lugar a la hipótesis de la Tierra Púrpura . [2]

El retinal en sí se considera una forma de vitamina A cuando lo ingiere un animal. Existen muchas formas de vitamina A, todas las cuales se convierten en retinal, que no se puede producir sin ellas. La cantidad de moléculas diferentes que se pueden convertir en retinal varía de una especie a otra. El retinal se llamaba originalmente retineno [ 3] y se le cambió el nombre [4] después de que se descubrió que era un aldehído de vitamina A [5] [6]

Los animales vertebrados ingieren retinal directamente de la carne o lo producen a partir de carotenoides (ya sea a partir de α-caroteno o β-caroteno ), ambos carotenos . También lo producen a partir de β-criptoxantina , un tipo de xantofila . Estos carotenoides deben obtenerse de plantas u otros organismos fotosintéticos . Los animales no pueden convertir ningún otro carotenoides en retinal. Algunos carnívoros no pueden convertir ningún carotenoides en absoluto. Las otras formas principales de vitamina A ( retinol y una forma parcialmente activa, el ácido retinoico ) pueden producirse a partir de retinal.

Los invertebrados , como los insectos y los calamares, utilizan formas hidroxiladas de retinal en sus sistemas visuales, que derivan de la conversión de otras xantofilas .

Metabolismo de la vitamina A

Los organismos vivos producen retinal mediante la escisión oxidativa irreversible de los carotenoides. [7]

Por ejemplo:

betacaroteno + O 2 → 2 retinal,

catalizada por una beta-caroteno 15,15'-monooxigenasa [8] o una beta-caroteno 15,15'-dioxigenasa. [9]

Así como los carotenoides son los precursores del retinal, el retinal es el precursor de las otras formas de vitamina A. El retinal es interconvertible con el retinol , la forma de transporte y almacenamiento de la vitamina A:

retinal + NADPH + H + ⇌ retinol + NADP +
retinol + NAD + ⇌ retina + NADH + H + ,

catalizada por las retinol deshidrogenasas (RDH) [10] y las alcohol deshidrogenasas (ADH). [11]

El retinol se denomina alcohol de vitamina A o, más a menudo, simplemente vitamina A. El retinol también puede oxidarse a ácido retinoico :

retinal + NAD + + H 2 O → ácido retinoico + NADH + H + (catalizado por RALDH)
retinal + O 2 + H 2 O → ácido retinoico + H 2 O 2 (catalizado por la oxidasa de la retina),

catalizada por las deshidrogenasas retinianas [12] también conocidas como retinaldehído deshidrogenasas (RALDH) [11] así como oxidasas retinianas . [13]

El ácido retinoico, a veces llamado ácido vitamínico A , es una importante molécula de señalización y hormona en los animales vertebrados.

Visión

El retinal es un cromóforo conjugado . En los ojos de los vertebrados, el retinal comienza en una configuración 11- cis -retinal, que, al capturar un fotón de la longitud de onda correcta, se endereza en una configuración todo- trans -retinal. Este cambio de configuración empuja contra una proteína opsina en la retina , lo que desencadena una cascada de señalización química, que da como resultado la percepción de luz o imágenes por parte del cerebro. El espectro de absorbancia del cromóforo depende de sus interacciones con la proteína opsina a la que está unido, de modo que diferentes complejos retinal-opsina absorberán fotones de diferentes longitudes de onda (es decir, diferentes colores de luz).

Opsinas

Una proteína opsina rodea una molécula de retinal 11- cis , esperando la llegada de un fotón. Una vez que la molécula de retinal captura un fotón, su cambio de configuración hace que empuje a la proteína opsina circundante, lo que puede hacer que la opsina envíe una señal química al cerebro indicando que se ha detectado luz. Luego, el retinal vuelve a su configuración 11-cis mediante fosforilación de ATP y el ciclo comienza de nuevo.
Rodopsina GPCR animal (color arco iris) incrustada en una bicapa lipídica (cabeza roja y cruz azul) con transducina debajo. G t α está coloreada en rojo, G t β en azul y G t γ en amarillo. Hay una molécula de GDP unida en la subunidad G t α y un retinal unido (negro) en la rodopsina. El extremo N-terminal de la rodopsina es rojo y el extremo C-terminal azul. El anclaje de la transducina a la membrana se ha dibujado en negro.

La retina está unida a las opsinas , que son receptores acoplados a proteína G (GPCR). [14] [15] Las opsinas, como otros GPCR, tienen siete hélices alfa transmembrana conectadas por seis bucles. Se encuentran en las células fotorreceptoras de la retina del ojo. La opsina en las células bastón de los vertebrados es la rodopsina . Los bastones forman discos, que contienen las moléculas de rodopsina en sus membranas y que están completamente dentro de la célula. La cabeza N-terminal de la molécula se extiende hacia el interior del disco, y la cola C-terminal se extiende hacia el citoplasma de la célula. Las opsinas en las células cono son OPN1SW , OPN1MW y OPN1LW . Los conos forman discos incompletos que son parte de la membrana plasmática , de modo que la cabeza N-terminal se extiende fuera de la célula. En las opsinas, el retinal se une covalentemente a una lisina [16] en la séptima hélice transmembrana [17] [18] [19] a través de una base de Schiff . [20] [21] La formación del enlace de base de Schiff implica eliminar el átomo de oxígeno del retinal y dos átomos de hidrógeno del grupo amino libre de la lisina, lo que da H 2 O. El retinilideno es el grupo divalente formado al eliminar el átomo de oxígeno del retinal, por lo que las opsinas se han denominado proteínas retinilidén .

Las opsinas son receptores acoplados a proteína G prototípicos (GPCR). [22] La rodopsina bovina, la opsina de las células bastón, fue el primer GPCR en el que se determinó su secuencia de aminoácidos [23] y su estructura 3D (mediante cristalografía de rayos X ). [18] La rodopsina bovina contiene 348 residuos de aminoácidos . La retina se une como cromóforo en Lys 296. [ 18] [23] Esta lisina se conserva en casi todas las opsinas, solo unas pocas la han perdido durante la evolución . [24] Las opsinas sin la lisina de unión a la retina no son sensibles a la luz. [25] [26] [27] Estas opsinas pueden tener otras funciones. [26] [24]

Aunque los mamíferos utilizan exclusivamente retinal como cromóforo de opsina, otros grupos de animales utilizan además cuatro cromóforos estrechamente relacionados con el retinal: 3,4-didehidroretinal (vitamina A 2 ), (3 R )-3-hidroxiretinal, (3 S )-3-hidroxiretinal (ambos vitamina A 3 ), y (4 R )-4-hidroxiretinal (vitamina A 4 ). Muchos peces y anfibios utilizan 3,4-didehidroretinal, también llamado dehidroretinal . Con la excepción del suborden díptero Ciclorrafa (las llamadas moscas superiores), todos los insectos examinados utilizan el enantiómero ( R )- de 3-hidroxiretinal. El enantiómero ( R )- es de esperar si el 3-hidroxiretinal se produce directamente a partir de carotenoides xantófilos . Los ciclorrafanos, incluida la Drosophila , utilizan (3 S )-3-hidroxiretinal. [28] [29] Se ha descubierto que el calamar luciérnaga utiliza (4 R )-4-hidroxiretinal.

Ciclo visual

Ciclo visual

El ciclo visual es una vía enzimática circular , que es la etapa inicial de la fototransducción. Regenera el 11- cis -retinal. Por ejemplo, el ciclo visual de las células bastón de los mamíferos es el siguiente:

  1. éster de retinilo todo-trans + H 2 O → 11- cis -retinol + ácido graso ; isomerohidrolasas RPE65 ; [30]
  2. 11-cis-retinol + NAD + → 11- cis -retinal + NADH + H + ; 11- cis -retinol deshidrogenasas;
  3. 11- cis -retinal + aporrodopsina → rodopsina + H 2 O; forma un enlace de base de Schiff a la lisina , -CH=N + H-;
  4. rodopsina + hν → metarrodopsina II (es decir, 11- cis fotoisomeriza a todo- trans ):
    (rodopsina + hν → fotorrodopsina → batorrodopsina → lumirrodopsina → metarrodopsina I → metarrodopsina II);
  5. metarrodopsina II + H 2 O → aporrodopsina + todo- trans -retinal;
  6. todo- trans -retinal + NADPH + H + → todo- trans -retinol + NADP + ; todo- trans -retinol deshidrogenasas ;
  7. todo- trans -retinol + ácido graso → todo- trans -retinilo éster + H2O ; lecitina retinol aciltransferasas (LRAT). [31]

Los pasos 3, 4, 5 y 6 ocurren en los segmentos externos de las células bastón ; los pasos 1, 2 y 7 ocurren en las células del epitelio pigmentario de la retina (EPR).

Las isomerohidrolasas RPE65 son homólogas con las monooxigenasas de betacaroteno; [7] la enzima ninaB homóloga en Drosophila tiene actividad de carotenoide-oxigenasa formadora de retinal y actividad de isomerasa todo -trans a 11- cis . [32]

Rodopsinas microbianas

El todo- trans -retinal también es un componente esencial de las opsinas microbianas como la bacteriorrodopsina , la canalrodopsina y la halorrodopsina , que son importantes en la fotosíntesis anoxigénica bacteriana y arqueal . En estas moléculas, la luz hace que el todo- trans -retinal se convierta en 13- cis- retinal, que luego vuelve a ciclarse a todo- trans -retinal en el estado oscuro. Estas proteínas no están relacionadas evolutivamente con las opsinas animales y no son GPCR; el hecho de que ambas utilicen retinal es resultado de la evolución convergente . [33]

Historia

El bioquímico estadounidense George Wald y otros habían delineado el ciclo visual en 1958. Por su trabajo, Wald ganó una parte del Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1967 con Haldan Keffer Hartline y Ragnar Granit . [34]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Índice Merck , 13.ª edición, 8249
  2. ^ DasSarma, Shiladitya; Schwieterman, Edward W. (2018). "Evolución temprana de los pigmentos retinianos púrpuras en la Tierra e implicaciones para las biofirmas de exoplanetas". Revista Internacional de Astrobiología . 20 (3) (publicado el 11 de octubre de 2018): 241–250. arXiv : 1810.05150 . doi : 10.1017/S1473550418000423 . ISSN  1473-5504. S2CID  119341330.
  3. ^ Wald, George (14 de julio de 1934). "Carotenoides y el ciclo de la vitamina A en la visión". Nature . 134 (3376): 65. Bibcode :1934Natur.134...65W. doi : 10.1038/134065a0 . S2CID  4022911.
  4. ^ Wald, G (11 de octubre de 1968). "Base molecular de la excitación visual". Science . 162 (3850): 230–9. Bibcode :1968Sci...162..230W. doi :10.1126/science.162.3850.230. PMID  4877437.
  5. ^ MORTON, RA; GOODWIN, TW (1 de abril de 1944). "Preparación de retineno in vitro". Nature . 153 (3883): 405–406. Código Bibliográfico :1944Natur.153..405M. doi :10.1038/153405a0. S2CID  4111460.
  6. ^ BALL, S; GOODWIN, TW; MORTON, RA (1946). "Retinene1-vitamina A aldehído". The Biochemical Journal . 40 (5–6): lix. PMID  20341217.
  7. ^ de von Lintig, Johannes; Vogt, Klaus (2000). "Rellenando el vacío en la investigación sobre la vitamina A: identificación molecular de una enzima que escinde el betacaroteno en retinal". Journal of Biological Chemistry . 275 (16): 11915–11920. doi : 10.1074/jbc.275.16.11915 . PMID  10766819.
  8. ^ Woggon, Wolf-D. (2002). "Escisión oxidativa de carotenoides catalizada por modelos enzimáticos y beta-caroteno 15,15'-monooxigenasa". Química Pura y Aplicada . 74 (8): 1397–1408. doi : 10.1351/pac200274081397 .
  9. ^ Kim, Yeong-Su; Kim, Nam-Hee; Yeom, Soo-Jin; Kim, Seon-Won; Oh, Deok-Kun (2009). "Caracterización in vitro de una proteína Blh recombinante de una bacteria marina no cultivada como una β-caroteno 15,15′-dioxigenasa". Revista de química biológica . 284 (23): 15781–93. doi : 10.1074/jbc.M109.002618 . PMC 2708875 . PMID  19366683. 
  10. ^ Lidén, M; Eriksson, U (2006). "Comprensión del metabolismo del retinol: estructura y función de las deshidrogenasas del retinol". Journal of Biological Chemistry . 281 (19): 13001–04. doi : 10.1074/jbc.R500027200 . PMID  16428379.
  11. ^ ab Duester, G (septiembre de 2008). "Síntesis y señalización del ácido retinoico durante la organogénesis temprana". Cell . 134 (6): 921–31. doi :10.1016/j.cell.2008.09.002. PMC 2632951 . PMID  18805086. 
  12. ^ Lin, Min; Zhang, Min; Abraham, Michael; Smith, Susan M.; Napoli, Joseph L. (2003). "Deshidrogenasa de retina 4 de ratón (RALDH4), clonación molecular, expresión celular y actividad en la biosíntesis del ácido 9-cis-retinoico en células intactas". Journal of Biological Chemistry . 278 (11): 9856–9861. doi : 10.1074/jbc.M211417200 . PMID  12519776.
  13. ^ "ENZIMA KEGG: 1.2.3.11 oxidasa de retina" . Consultado el 10 de marzo de 2009 .
  14. ^ Casey, PJ; Gilman, AG (febrero de 1988). "Participación de la proteína G en el acoplamiento receptor-efector". Journal of Biological Chemistry . 263 (6): 2577–2580. doi : 10.1016/s0021-9258(18)69103-3 . PMID  2830256. S2CID  38970721.
  15. ^ Attwood, TK; Findlay, JBC (1994). "Huellas dactilares de receptores acoplados a proteína G". Ingeniería, diseño y selección de proteínas . 7 (2): 195–203. doi :10.1093/protein/7.2.195. PMID  8170923.
  16. ^ Bownds, Deric (diciembre de 1967). "Sitio de unión de la retina a la rodopsina". Nature . 216 (5121): 1178–1181. Bibcode :1967Natur.216.1178B. doi :10.1038/2161178a0. PMID  4294735. S2CID  1657759.
  17. ^ Hargrave, PA; McDowell, JH; Curtis, Donna R.; Wang, Janet K.; Juszczak, Elizabeth; Fong, Shao-Ling; Mohana Rao, JK; Argos, P. (1983). "La estructura de la rodopsina bovina". Biofísica de la estructura y el mecanismo . 9 (4): 235–244. doi :10.1007/BF00535659. PMID  6342691. S2CID  20407577.
  18. ^ abc Palczewski K, Kumasaka T, Hori T, Behnke CA, Motoshima H, Fox BA, et al. (agosto de 2000). "Estructura cristalina de la rodopsina: receptor acoplado a proteína AG". Science . 289 (5480): 739–45. Bibcode :2000Sci...289..739P. CiteSeerX 10.1.1.1012.2275 . doi :10.1126/science.289.5480.739. PMID  10926528. 
  19. ^ Murakami M, Kouyama T (mayo de 2008). "Estructura cristalina de la rodopsina del calamar". Nature . 453 (7193): 363–7. Bibcode :2008Natur.453..363M. doi :10.1038/nature06925. PMID  18480818. S2CID  4339970.
  20. ^ Collins, FD (marzo de 1953). "Rodopsina y amarillo indicador". Nature . 171 (4350): 469–471. Código Bibliográfico :1953Natur.171..469C. doi :10.1038/171469a0. PMID  13046517. S2CID  4152360.
  21. ^ Pitt, GAJ; Collins, FD; Morton, RA; Stok, Pauline (1 de enero de 1955). "Estudios sobre la rodopsina. 8. Retinilidenometilamina, un análogo del indicador amarillo". Revista bioquímica . 59 (1): 122–128. doi :10.1042/bj0590122. PMC 1216098 . PMID  14351151. 
  22. ^ Lamb, TD (1996). "Ganancia y cinética de la activación en la cascada de la proteína G de la fototransducción". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 93 (2): 566–570. Bibcode :1996PNAS...93..566L. doi : 10.1073/pnas.93.2.566 . PMC 40092 . PMID  8570596. 
  23. ^ ab Ovchinnikov, Yu.A. (8 de noviembre de 1982). "Rodopsina y bacteriorrodopsina: relaciones estructura-función". FEBS Letters . 148 (2): 179–191. Bibcode :1982FEBSL.148..179O. doi : 10.1016/0014-5793(82)80805-3 . PMID  6759163. S2CID  85819100.
  24. ^ ab Gühmann M, Porter ML, Bok MJ (agosto de 2022). "Las gluopsinas: opsinas sin la lisina de unión a la retina". Cells . 11 (15): 2441. doi : 10.3390/cells11152441 . PMC 9368030 . PMID  35954284. 
  25. ^ Katana, Radoslaw; Guan, Chonglin; Zanini, Damián; Larsen, Mateo E.; Giraldo, Diego; Geurten, Bart RH; Schmidt, Christoph F.; Britt, Steven G.; Göpfert, Martin C. (septiembre de 2019). "Funciones independientes de cromóforos de las apoproteínas de opsina en los mecanorreceptores de Drosophila". Biología actual . 29 (17): 2961–2969.e4. Código Bib : 2019CBio...29E2961K. doi : 10.1016/j.cub.2019.07.036 . PMID  31447373. S2CID  201420079.
  26. ^ ab Leung, Nicole Y.; Thakur, Dhananjay P.; Gurav, Adishthi S.; Kim, Sang Hoon; Di Pizio, Antonella; Niv, Masha Y.; Montell, Craig (abril de 2020). "Funciones de las opsinas en el gusto de la Drosophila". Current Biology . 30 (8): 1367–1379.e6. Código Bibliográfico :2020CBio...30E1367L. doi :10.1016/j.cub.2020.01.068. PMC 7252503 . PMID  32243853. 
  27. ^ Kumbalasiri T, Rollag MD, Isoldi MC, Castrucci AM, Provencio I (marzo de 2007). "La melanopsina desencadena la liberación de depósitos internos de calcio en respuesta a la luz". Fotoquímica y fotobiología . 83 (2): 273–279. doi :10.1562/2006-07-11-RA-964. PMID  16961436. S2CID  23060331.
  28. ^ Seki, Takaharu; Isono, Kunio; Ito, Masayoshi; Katsuta, Yuko (1994). "Las moscas del grupo Cyclorrhapha utilizan (3S)-3-hidroxiretinal como un pigmento cromóforo visual único". Revista Europea de Bioquímica . 226 (2): 691–696. doi :10.1111/j.1432-1033.1994.tb20097.x. PMID  8001586.
  29. ^ Seki, Takaharu; Isono, Kunio; Ozaki, Kaoru; Tsukahara, Yasuo; Shibata-Katsuta, Yuko; Ito, Masayoshi; Irie, Toshiaki; Katagiri, Masanao (1998). "La vía metabólica de la formación del cromóforo del pigmento visual en Drosophila melanogaster: el (3S)-3-hidroxiretinal todo-trans se forma a partir del retinal todo-trans a través del (3R)-3-hidroxiretinal en la oscuridad". Revista Europea de Bioquímica . 257 (2): 522–527. doi : 10.1046/j.1432-1327.1998.2570522.x . PMID  9826202.
  30. ^ Moiseyev, Gennadiy; Chen, Ying; Takahashi, Yusuke; Wu, Bill X.; Ma, Jian-xing (2005). "RPE65 es la isomerohidrolasa en el ciclo visual retinoide". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 102 (35): 12413–12418. Bibcode :2005PNAS..10212413M. doi : 10.1073/pnas.0503460102 . PMC 1194921 . PMID  16116091. 
  31. ^ Jin, Minghao; Yuan, Quan; Li, Songhua; Travis, Gabriel H. (2007). "El papel de LRAT en la actividad de la isomerasa retinoide y la asociación de membrana de Rpe65". Journal of Biological Chemistry . 282 (29): 20915–20924. doi : 10.1074/jbc.M701432200 . PMC 2747659 . PMID  17504753. 
  32. ^ Oberhauser, Vitus; Voolstra, Olaf; Bangert, Annette; von Lintig, Johannes; Vogt, Klaus (2008). "NinaB combina la actividad de la carotenoides oxigenasa y la retinoide isomerasa en un único polipéptido". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 105 (48): 19000–5. Bibcode :2008PNAS..10519000O. doi : 10.1073/pnas.0807805105 . PMC 2596218 . PMID  19020100. 
  33. ^ Chen, De-Liang; Wang, Guang-yu; Xu, Bing; Hu, Kun-Sheng (2002). "Isomerización de retinal de todo-trans a 13-cis en bacteriorrodopsina adaptada a la luz a pH ácido". Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology . 66 (3): 188–194. Bibcode :2002JPPB...66..188C. doi :10.1016/S1011-1344(02)00245-2. PMID  11960728.
  34. ^ Premio Nobel de Fisiología o Medicina 1967

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