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Estructura tridimensional de la rodopsina bovina. Los siete dominios transmembrana se muestran en distintos colores. El cromóforo se muestra en rojo.
La molécula de retina dentro de una proteína opsina absorbe un fotón de luz. La absorción del fotón hace que la retina cambie de su isómero 11-cis-retinal a su isómero totalmente trans-retinal. Este cambio en la forma de la retina empuja contra la proteína opsina externa para iniciar una cascada de señales, que eventualmente puede resultar en el envío de señales químicas al cerebro como percepción visual. El cuerpo recarga la retina para que la señalización pueda volver a ocurrir.

Las opsinas animales son receptores acoplados a proteína G y un grupo de proteínas que se vuelven sensibles a la luz mediante un cromóforo , típicamente retiniano . Cuando se unen a la retina, las opsinas se convierten en proteínas retinilideno , pero de todos modos todavía se llaman opsinas. Lo más destacado es que se encuentran en las células fotorreceptoras de la retina . Cinco grupos clásicos de opsinas están involucrados en la visión , mediando en la conversión de un fotón de luz en una señal electroquímica, el primer paso en la cascada de transducción visual . Otra opsina que se encuentra en la retina de los mamíferos, la melanopsina , participa en los ritmos circadianos y el reflejo pupilar , pero no en la visión. Los humanos tienen en total nueve opsinas. Además de la visión y la percepción de la luz, las opsinas también pueden detectar la temperatura , el sonido o las sustancias químicas .

Estructura y función

Las opsinas animales detectan la luz y son las moléculas que nos permiten ver. Las opsinas son receptores acoplados a proteína G (GPCR), [1] [2] que son quimiorreceptores y tienen siete dominios transmembrana que forman un bolsillo de unión para un ligando. [3] [4] El ligando de las opsinas es el cromóforo 11- cis -retinal a base de vitamina A , [5] [6] [7] [8] [9] que está unido covalentemente a un residuo de lisina [10] en el séptimo dominio transmembrana [11] [12] [13] a través de una base de Schiff . [14] [15] Sin embargo, 11- cis -retinal solo bloquea el bolsillo de unión y no activa la opsina. La opsina solo se activa cuando 11- cis -retinal absorbe un fotón de luz y se isomeriza a todo- trans -retinal, [16] [17] la forma activadora del receptor, [18] [19] causando cambios conformes en la opsina, [ 18] que activan una cascada de fototransducción . [20] Por lo tanto, un quimiorreceptor se convierte en un foto(n)receptor de luz o . [21]

En las células fotorreceptoras de los vertebrados, el todo- trans -retinal se libera y se reemplaza por un 11- cis -retinal recién sintetizado proporcionado por las células epiteliales de la retina. Además del 11- cis -retinal (A1), el 11- cis -3,4-dideshidroretinal (A2) también se encuentra como ligando en vertebrados , como por ejemplo en peces de agua dulce. [19] Las opsinas unidas a A2 tienen un λ máx y un espectro de absorción desplazados en comparación con las opsinas unidas a A1. [22]

Residuos y motivos funcionalmente conservados.

Los siete dominios transmembrana de hélice α en las opsinas están conectados por tres bucles extracelulares y tres citoplasmáticos . A lo largo de las hélices α y los bucles, muchos residuos de aminoácidos están altamente conservados entre todos los grupos de opsina, lo que indica que cumplen funciones importantes y, por lo tanto, se denominan residuos funcionalmente conservados . En realidad, las inserciones y deleciones en las hélices α son muy raras y deberían ocurrir preferentemente en los bucles. Por lo tanto, diferentes receptores acoplados a proteína G tienen diferente longitud y residuos homólogos pueden estar en diferentes posiciones. Para que dichas posiciones sean comparables entre diferentes receptores, Ballesteros y Weinstein introdujeron un esquema de numeración común para los receptores acoplados a proteína G. [23] El número antes del período es el número del dominio transmembrana. El número después del período se establece arbitrariamente en 50 para el residuo más conservado en ese dominio transmembrana entre los GPCR conocidos en 1995. Por ejemplo, en el séptimo dominio transmembrana, la prolina en el motivo NPxxY 7.53 altamente conservado es Pro 7.50 , la asparagina anterior es luego Asp 7.49 , y la tirosina tres residuos después es Tyr 7.53 . [21] Otro esquema de numeración se basa en la rodopsina bovina . La rodopsina bovina tiene 348 aminoácidos y es la primera opsina cuya secuencia de aminoácidos [24] y cuya estructura tridimensional se determinaron. [12] El esquema de numeración de rodopsina bovina está muy extendido en la literatura sobre opsina. [21] Por lo tanto, es útil utilizar ambos esquemas.

La lisina de unión a la retina

Las opsinas sin lisina, que se une a la retina, no son sensibles a la luz. [25] [26] En la rodopsina bovina , esta lisina es el aminoácido número 296 [12] [24] y, por tanto, según ambos esquemas de numeración, Lys296 7,43 . Está bien conservado entre las opsinas, tan bien conservado que las secuencias sin él ni siquiera se consideraron opsinas y, por lo tanto, se excluyeron de las reconstrucciones filogenéticas a gran escala . [27] [28] Aun así, la mayoría de las opsinas tienen Lys296 7.43 , algunas lo han perdido durante la evolución: en las nemopsinas de nematodos , Lys296 7.43 es reemplazada por arginina . [29] [21] En las astropsinas de los erizos de mar [30] [21] y en las gluopsinas, Lys296 7.43 se reemplaza por ácido glutámico . [21] Una nemopsina se expresa en células quimiosensoriales en Caenorhabditis elegans . Por tanto, se cree que las nemopsinas son quimiorreceptores . [29] Las gluopsinas se encuentran en insectos como escarabajos , moscas escorpión , libélulas y mariposas y polillas , incluidos organismos modelo como la polilla de la seda y la polilla halcón del tabaco . Sin embargo, las gluopsinas no tienen ninguna función conocida. [21]

No es necesario que dicha función sea la detección de luz, ya que algunas opsinas también participan en la termosensación , [31] mecanorrecepción como la audición [32] , la detección de fosfolípidos , la quimiosensación y otras funciones. [33] [34] En particular, las opsinas rabdoméricas de Drosophila (rabopsinas, r-opsinas) Rh1, Rh4 y Rh7 funcionan no solo como fotorreceptores, sino también como quimiorreceptores del ácido aristolóquico . Estas opsinas todavía tienen Lys296 7,43 como otras opsinas. Sin embargo, si esta lisina se reemplaza por una arginina en Rh1, entonces Rh1 pierde sensibilidad a la luz pero aún responde al ácido aristolóquico. Por tanto, Lys296 7.43 no es necesario para que Rh1 funcione como quimiorreceptor. [26] Además, las rabopsinas Rh1 y Rh6 de Drosophila están involucradas en la mecanorrecepción; nuevamente, para la mecanorrecepción Lys296 7.43 no es necesaria, pero sí es necesaria para el funcionamiento adecuado en las células fotorreceptoras. [25]

Además de estas funciones, una opsina sin Lys296 7.43 , como la gluopsina, todavía podría ser sensible a la luz, ya que en la rodopsina del ganado, la lisina de unión a la retina se puede desplazar de la posición 296 a otras posiciones, incluso a otros dominios transmembrana, sin cambiar la sensibilidad a la luz. . [35]

En la filogenia anterior, cada clado contiene secuencias de opsinas y otros receptores acoplados a proteína G. El número de secuencias y dos gráficos circulares se muestran al lado del clado. El primer gráfico circular muestra el porcentaje de un determinado aminoácido en la posición de las secuencias correspondiente a Lys296 7,43 en la rodopsina bovina. Los aminoácidos están codificados por colores. Los colores son rojo para la lisina (K), morado para el ácido glutámico (E), naranja para la argenina (R), gris oscuro y medio para otros aminoácidos y gris claro para las secuencias que no tienen datos en esa posición. El segundo gráfico circular muestra la composición taxonómica de cada clado: el verde representa los cráneos , el verde oscuro los cefalocordados , el verde medio los equinodermos , el marrón los nematodos , el rosa pálido los anélidos , el azul oscuro los artrópodos , el azul claro los moluscos y el morado los cnidarios . . Las ramas de los clados tienen gráficos circulares, que proporcionan valores de soporte para las ramas. Los valores son de derecha a izquierda SH-aLRT/aBayes/UFBoot. Las ramas se consideran apoyadas cuando SH-aLRT ≥ 80%, aBayes ≥ 0,95 y UFBoot ≥ 95%. Si un valor de soporte está por encima de su umbral, el gráfico circular es negro; de lo contrario, es gris. [21]

El motivo NPxxY

El motivo NPxxY7.53 está bien conservado entre las opsinas y los receptores acoplados a proteína G. Este motivo es importante para la unión a la proteína G y la activación del receptor. [21] Por ejemplo, si se muta a DPxxY 7.53 ( Asn 7.49 → Asp 7.49 ) en el receptor muscarínico m3 humano , la activación no se ve afectada, pero se elimina si se muta a APxxY 7.53 ( Asn 7.49 → Ala 7.49 ). . [36] Tal mutación en APxxY 7.53 (Asn 7.49 → Ala 7.49 ) reduce la activación de la proteína G de la rodopsina bovina al 45% en comparación con el tipo salvaje. Además, en la rodopsina bovina, si el motivo se muta a NPxxA 7.53 ( Tyr 7.53 → Ala 7.53 ), la rodopsina bovina no activa la proteína G. [37] Tal mutación también reduce la activación del receptor de vasopresina V2 . De hecho, en los receptores acoplados a proteína G, solo se conocen mutaciones de la enfermedad de pérdida de función para Tyr 7.53 ⁠. [38]

Además, las mutaciones de Pro 7.50 influyen en la activación de la proteína G; si el motivo se muta a NAxxY 7.53 ( Pro 7.50 → Ala 7.50 ) en el receptor muscarínico m3 de rata , el receptor aún puede activarse pero de manera menos eficiente, [39] esta mutación incluso suprime Activación completa del receptor de colecistoquinina B. [40] ⁠ De hecho, las RGR-opsinas tienen NAxxY 7.53 y los retinocromos tienen VPxxY7.53 para anélidos o YPxxY7.53 para moluscos, de forma nativa. Tanto las RGR-opsinas como los retinocromos pertenecen a las cromopsinas. [21] Las opsinas RGR [41] y los retinocromos [42] también se unen, a diferencia de la mayoría de las opsinas, totalmente trans -retinal en la oscuridad y lo convierten en 11- cis -retinal cuando se ilumina. Por lo tanto, se cree que las opsinas RGR y los retinocromos no señalan ni activan una cascada de fototransducción, sino que funcionan como fotoisomerasas para producir 11- cis -retinal para otras opsinas. [43] [44] Este punto de vista se considera establecido en la literatura de opsin, [34] [45] [43] [46] [47] aun así no se ha demostrado de manera concluyente. [21] De hecho, el receptor de melatonina MT2 humano envía señales a través de una proteína G y tiene un motivo NAxxY 7.53 de forma nativa. Si este motivo se muta a NPxxY 7.53 (Ala 7.50 → Pro 7.50 ), el receptor no se puede activar, pero se puede rescatar parcialmente si el motivo se muta a NVxxY 7.53 (Ala 7.50 → Val 7.50 ). [48] ​​Además, cuando el motivo se muta a NAxxY 7.53 (Pro 7.50 → Ala 7.50 ) en rodopsina bovina, el mutante tiene un 141% de actividad de tipo salvaje. [37] Esta evidencia muestra que un GPCR no necesita un motivo NPxxY 7.53 estándar para la señalización. [21]

Secuencias de consenso de las diferentes cromopsinas: la primera columna contiene un número para cada grupo de cromopsinas para una fácil referencia. La segunda columna muestra los nombres de cada grupo. El tercero contiene el número de secuencias de cada grupo. Y la cuarta columna contiene el logo de la secuencia , la altura de las letras indica el porcentaje de ese aminoácido dado en esa posición. El eje x da la posición del aminoácido correspondiente a la rodopsina bovina. Las posiciones 292 7,39 y 314 7,64 están resaltadas en gris. Sobre un fondo gris se destaca la lisina (K) 296 7,43 , que es sustituida en las nemopsinas por arginina (R) y en las gluopsinas por ácido glutámico (E). El motivo NPxxY 7.53 está resaltado con un fondo gris. Se conserva en la mayoría de las opsinas y receptores acoplados a proteína G; sin embargo, se deriva de los retinocromos, las opsinas RGR y las gluopsinas. [21]

Otros residuos y motivos

Cys138 y Cys110 forman un puente disulfuro altamente conservado . Glu113 sirve como contraión, estabilizando la protonación del enlace de Schiff entre Lys296 y el ligando retiniano. El Glu134-Arg135-Tyr136 es otro motivo altamente conservado, implicado en la propagación de la señal de transducción una vez que se ha absorbido un fotón.

Sitios de sintonización espectral

Ciertos residuos de aminoácidos , denominados sitios de sintonización espectral , tienen un fuerte efecto sobre los valores de λmax . Utilizando la mutagénesis dirigida al sitio , es posible mutar selectivamente estos residuos e investigar los cambios resultantes en las propiedades de absorción de luz de la opsina. Es importante diferenciar los sitios de sintonización espectral , residuos que afectan la longitud de onda a la que la opsina absorbe la luz, de los sitios funcionalmente conservados , residuos importantes para el correcto funcionamiento de la opsina. No son mutuamente excluyentes, pero, por razones prácticas, es más fácil investigar sitios de sintonización espectral que no afectan la funcionalidad de la opsina. Para una revisión exhaustiva de los sitios de sintonización espectral, consulte Yokoyama [49] y Deeb. [50] El impacto de los sitios de sintonización espectral en λ max difiere entre diferentes grupos de opsina y entre grupos de opsina de diferentes especies.

Opsinas en el ojo, el cerebro y la piel humanos.

EPR, epitelio pigmentario de la retina ; ipRGC, células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles ; OPL, capa plexiforme exterior ; IPL, capa plexiforme interna ; GCL, capa de células ganglionares

Calamar

Las sepias y los pulpos contienen opsina en la piel como parte de los cromóforos. La opsina es parte de la red de detección que detecta el color y la forma del entorno de la sepia. [59] [60] [61]

Filogenia

Las opsinas animales (también conocidas como opsinas tipo 2) son miembros de las proteínas de siete dominios transmembrana de la superfamilia del receptor acoplado a proteína G (GPCR). [1] [2]

Las opsinas animales se dividen filogenéticamente en cinco grupos: las opsinas ciliares (cilopsinas, c-opsinas), las opsinas rabdoméricas (r-opsinas, rabopsinas), las xenopsinas, las nesopsinas y las tetraopsinas. Cuatro de estos subclados se encuentran en Bilateria (todos menos las nesopsinas). [21] [28] Sin embargo, los clados bilaterales constituyen un taxón parafilético sin las opsinas de los cnidarios . [21] [28] [27] [62] Las nesopsinas también se conocen como opsinas antozoarias II [63] o simplemente como opsinas cnidarias. [64] Las tetraopsinas también se conocen como RGR/Go [65] o opsinas del grupo 4 [27] y contienen tres subgrupos: las neuropsinas , las Go-opsinas y las cromopsinas. [21] [28] [64] Las cromopsinas tienen siete subgrupos: las RGR-opsinas , los retinocromos, las peropsinas , las varropsinas, las astropsinas, las nemopsinas y las gluopsinas. [21]

Las opsinas visuales animales se clasifican tradicionalmente como ciliares o rabdoméricas. Las opsinas ciliares, que se encuentran en vertebrados y cnidarios , se adhieren a estructuras ciliares como bastones y conos . Las opsinas rabdoméricas están unidas a orgánulos que captan la luz llamados rabdómeros. Esta clasificación atraviesa categorías filogenéticas (clados), por lo que tanto los términos "ciliar" como "rabdomérico" pueden ser ambiguos. Aquí, "opsinas C (ciliares)" se refiere a un clado que se encuentra exclusivamente en Bilateria y excluye las opsinas ciliares cnidarias como las que se encuentran en las medusas de caja . De manera similar, "R-opsina (rabdomérica)" incluye melanopsina aunque no se encuentra en los rabdómeros de los vertebrados. [27]

opsinas ciliares

Las opsinas ciliares (cilopsinas, c-opsinas) se expresan en células fotorreceptoras ciliares e incluyen las opsinas visuales y encefalopsinas de vertebrados. [66] Convierten señales luminosas en impulsos nerviosos a través de canales iónicos activados por nucleótidos cíclicos, que funcionan aumentando el diferencial de carga a través de la membrana celular (es decir, hiperpolarización . [67] )

Opsinas visuales de vertebrados

Las opsinas visuales de vertebrados son una subclase de opsinas ciliares que se expresan en la retina de los vertebrados y median la visión. Se subdividen además en:

Opsinas similares a rodopsina extrarretinales (o extraoculares) (Exo-Rh)

Estas opsinas pineales, que se encuentran en los Actinopterygii (peces con aletas radiadas), aparentemente surgieron como resultado de la duplicación del gen Rh1 (rodopsina). Estas opsinas parecen cumplir funciones similares a las de la pinopsina que se encuentran en aves y reptiles. [71] [72]

Pinopsinas

La primera opsina pineal (pinopsina) se encontró en la glándula pineal del pollo . Es una opsina sensible al azul ( λ max = 470 nm). [73] [74]

Las opsinas pineales tienen una amplia gama de expresión en el cerebro, más notablemente en la región pineal .

Opsina de vertebrados antiguos (VA)

La opsina de vertebrados antiguos (VA) tiene tres isoformas VA corta (VAS), VA media (VAM) y VA larga (VAL). Se expresa en la retina interna, dentro de las células horizontales y amacrinas , así como en el órgano pineal y la región habenular del cerebro. [75] Es sensible a aproximadamente 500 nm [14], y se encuentra en la mayoría de las clases de vertebrados, pero no en los mamíferos. [76]

Parapinopsinas

La primera parapinopsina (PP) se encontró en el órgano parapineal del bagre . [77] La ​​parapinopsina de la lamprea es una opsina sensible a los rayos UV ( λ max = 370 nm). [78] Los teleósteos tienen dos grupos de parapinopsinas, uno es sensible a los rayos UV ( λ max = 360-370 nm), el otro es sensible a la luz azul ( λ max = 460-480 nm). [79]

Parietopsinas

La primera parietopsina se encontró en las células fotorreceptoras del ojo parietal del lagarto. La parietopsina del lagarto es sensible al verde ( λ max = 522 nm) y, a pesar de ser una c-opsina, como las opsinas visuales de los vertebrados, no induce la hiperpolarización a través de una proteína Gt, pero induce la despolarización a través de una proteína Go. [80] [81]

Encefalopsina o panopsina

Las panopsinas se encuentran en muchos tejidos (piel, [51] cerebro, [53] [82] testículos, [53] corazón, hígado, [82] riñón, músculo esquelético, pulmón, páncreas y retina [82] . Se encontraron originalmente en el cerebro humano y de ratón y, por eso, se les llamó encefalopsina. [53]

La primera panopsina de invertebrados se encontró en las células fotorreceptoras ciliares del anélido Platynereis dumerilii y se llama c(iliar)-opsina. [83] Esta c-opsina es sensible a los rayos UV ( λ max = 383 nm) y se puede ajustar en 125 nm en un solo aminoácido (rango λ max = 377 - 502 nm). [84] Por lo tanto, no es de extrañar que exista una segunda c-opsina sensible al cian ( λ max = 490 nm) en Platynereis dumerilii . [85] La primera c-opsina media en la gravitaxis inducida por UV de la larva . La gravitaxis forma con la fototaxis un medidor de profundidad cromático proporcional . [86] En diferentes profundidades, la luz en el agua se compone de diferentes longitudes de onda : primero, las longitudes de onda roja (> 600 nm) y UV y violeta (< 420 nm) desaparecen. Cuanto mayor es la profundidad, más estrecho es el espectro, de modo que sólo queda luz cian (480 nm). [87] Por lo tanto, las larvas pueden determinar su profundidad por el color. El color, a diferencia del brillo, permanece casi constante independientemente de la hora del día o del clima, por ejemplo si está nublado. [88] [89]

Las panopsinas también se expresan en el cerebro de algunos insectos. [66] Las panopsinas del mosquito y del pez globo se absorben máximamente a 500 nm y 460 nm, respectivamente. Ambos activan las proteínas Gi y Go in vitro. [90]

Las panopsinas son hermanas de las opsinas TMT. [28] [91] [47] [92]

Opsina de tejido múltiple de teleósteos (TMT)

La primera opsina TMT se encontró en muchos tejidos de los peces teleósteos y, por lo tanto, se denominan opsinas de tejido múltiple teleósteos (TMT). [93] Las opsinas TMT forman tres grupos que están más estrechamente relacionados con un cuarto grupo, las panopsinas, que por tanto son parálogas a las opsinas TMT. [28] [47] [91] [92] Las opsinas TMT y las panopsinas también comparten los mismos intrones , lo que confirma que van juntas. [93]

Opsinas en cnidarios

Los cnidarios , que incluyen medusas, corales y anémonas de mar , son los animales más básicos que poseen ojos complejos. Las opsinas de medusa en la rhopalia se acoplan a proteínas Gs que aumentan el nivel de AMPc intracelular. [94] [62] Las opsinas de coral pueden acoplarse a proteínas Gq y proteínas Gc. Las proteínas Gc son un subtipo de proteínas G específicas de los cnidarios. [95] Las opsinas cnidarias pertenecen a dos grupos: las xenopsinas y las nessopsinas. Las xenopsinas también contienen opsinas bilaterales, mientras que las nesopsinas están restringidas a los cnidarios. [21] [28] Sin embargo, estudios anteriores han encontrado que algunas opsinas cnidarias pertenecen a las cilopsinas, rabopsinas y tetraopsinas de los bilaterales . [65] [96] [97]

Opsinas rabdoméricas

Las opsinas rabdoméricas (rabopsinas, opsinas r) también se conocen como opsinas Gq porque se acoplan a una proteína Gq. Las rabopsinas son utilizadas por moluscos y artrópodos. Los artrópodos parecen alcanzar la visión de los colores de manera similar a los vertebrados, mediante el uso de tres (o más) grupos distintos de opsinas, distintos tanto en términos de filogenia como de sensibilidad espectral. [66] La rabopsina melanopsina también se expresa en los vertebrados, donde regula los ritmos circadianos y media el reflejo pupilar. [66]

A diferencia de las cilopsinas, las rabopsinas están asociadas con canales iónicos potenciales de receptores transitorios canónicos; esto conduce a la erradicación de la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana celular (es decir, despolarización ). [67]

Es probable que la identificación de la estructura cristalina de la rodopsina de calamar [13] mejore nuestra comprensión de su función en este grupo.

Los artrópodos usan diferentes opsinas en sus diferentes tipos de ojos, pero al menos en Limulus las opsinas expresadas en los ojos laterales y compuestos son 99% idénticas y presumiblemente divergieron recientemente. [98]

melanopsina

La melanopsina (OPN4) participa en los ritmos circadianos , el reflejo pupilar y la corrección del color en situaciones de alto brillo. Filogenéticamente, es miembro de las opsinas rabdoméricas (rabopsinas, r-opsinas) y funcional y estructuralmente una rabopsina, pero no se encuentra en los rabdómeros.

Tetraopsinas

Las tetraopsinas incluyen las neuropsinas , las Go-opsinas y las cromopsinas. [21] [28] [64] Las cromopsinas constan de siete subgrupos: las RGR-opsinas , los retinocromos, las peropsinas , las varropsinas, las astropsinas, las nemopsinas y las gluopsinas. [21]

Neuropsinas

Las neuropsinas son sensibles a los rayos UVA, normalmente a 380 nm. Se encuentran en el cerebro, los testículos, la piel y la retina de humanos y roedores, así como en el cerebro y la retina de las aves. En aves y roedores median la visión ultravioleta. [51] [56] [99] Se acoplan a proteínas Gi. [56] [99] En humanos, la neuropsina está codificada por el gen OPN5 . En la retina humana se desconoce su función. En el ratón, fotoarrastra la retina y la córnea al menos ex vivo. [100]

Go-opsins

Las go-opsinas están ausentes en los vertebrados superiores [27] y en los ecdisozoos . [101] Se encuentran en las células fotorreceptoras ciliares del ojo de vieira [102] y en el anfioxo cordado basal . [103] Sin embargo, en Platynereis dumerilii , una Go-opsina se expresa en las células fotorreceptoras rabdoméricas de los ojos. [87]

Opsinas RGR

Las RGR-opsinas, también conocidas como receptores acoplados a proteína G de la retina, se expresan en el epitelio pigmentario de la retina (EPR) y en las células de Müller . [104] Se unen preferentemente a todo trans-retinal en la oscuridad en lugar de a 11-cis-retinal. [41] Se pensaba que las RGR-opsinas eran fotoisomerasas [44] pero, en cambio, regulan el tráfico y la producción de retinoides. [66] [105] En particular, aceleran, independientemente de la luz, la producción de 11-cis-retinol (un precursor de 11-cis-retinal) a partir de ésteres todo-trans-retinilo. [106] Sin embargo, los ésteres todo-trans-retinilo están disponibles de forma dependiente de la luz mediante las opsinas RGR. Se desconoce si las opsinas RGR regulan esto a través de una proteína G u otro mecanismo de señalización. [107] La ​​RGR-opsina del ganado se absorbe al máximo en diferentes longitudes de onda dependiendo del valor de pH. A pH alto, absorbe al máximo la luz azul (469 nm) y a pH bajo, absorbe al máximo la luz UV (370 nm). [108]

peropsina

La peropsina , un receptor similar a un pigmento visual, es una proteína que en los humanos está codificada por el gen RRH . [109]

Otras proteínas llamadas opsinas

Los fotorreceptores se pueden clasificar de varias maneras, incluida su función (visión, fototaxis, fotoperiodismo, etc.), tipo de cromóforo ( retina , flavina , bilina ), estructura molecular ( terciaria , cuaternaria ), salida de señal ( fosforilación , reducción , oxidación ), etc. [110 ]

Además de las opsinas animales, que son receptores acoplados a proteínas G , existe otro grupo de proteínas fotorreceptoras llamadas opsinas. [67] [111] Estas son las opsinas microbianas , son utilizadas por procariotas y por algunas algas (como componente de las canalrodopsinas ) y hongos , [112] mientras que los animales usan opsinas animales, exclusivamente. No se han encontrado opsinas fuera de estos grupos (por ejemplo, en plantas o placozoos ). [67]

Las opsinas microbianas y animales también se denominan opsinas tipo 1 y tipo 2 respectivamente. Ambos tipos se llaman opsinas porque en un momento se pensó que estaban relacionados: ambos son receptores de siete transmembranas y se unen covalentemente a la retina como cromóforo, lo que los convierte en fotorreceptores que detectan la luz. Sin embargo, ambos tipos no están relacionados a nivel de secuencia. [113]

De hecho, la identidad de secuencia entre las opsinas animales y mirobianas no es mayor de lo que podría explicarse por azar. Sin embargo, en los últimos años se han desarrollado nuevos métodos específicos de la filogenia profunda . Como resultado, varios estudios han encontrado evidencia de una posible relación filogenética entre ambos. [114] [35] [115] Sin embargo, esto no significa necesariamente que el último ancestro común de las opsinas microbianas y animales fuera sensible a la luz: todas las opsinas animales surgieron (por duplicación y divergencia de genes) tarde en la historia de la gran G. -familia de genes del receptor acoplado a proteínas (GPCR) , que a su vez surgió después de la divergencia de plantas, hongos, coanflagelados y esponjas de los primeros animales. El cromóforo retiniano se encuentra únicamente en la rama de opsina de esta gran familia de genes, lo que significa que su aparición en otros lugares representa una evolución convergente , no una homología . Las rodopsinas microbianas son, por secuencia, muy diferentes de cualquiera de las familias de GPCR. [116] Según una hipótesis, tanto las opsinas microbianas como las animales pertenecen a la superfamilia del receptor acoplado a proteína G (TOG) , un clado propuesto que incluye el receptor acoplado a proteína G (GPCR), la rodopsina microbiana translocadora de iones ( MR), y siete personas más. [117]

La mayoría de las opsinas microbianas son canales o bombas iónicas en lugar de receptores adecuados y no se unen a una proteína G. Las opsinas microbianas se encuentran en los tres dominios de la vida: Archaea , Bacteria y Eukaryota . En Eukaryota, las opsinas microbianas se encuentran principalmente en organismos unicelulares como las algas verdes y en los hongos. En la mayoría de los eucariotas multicelulares complejos, las opsinas microbianas han sido reemplazadas por otras moléculas sensibles a la luz, como el criptocromo y el fitocromo en las plantas, y las opsinas animales en los animales . [118]

Las opsinas microbianas a menudo se conocen por la forma rodopsina de la molécula, es decir, rodopsina (en sentido amplio) = opsina + cromóforo. Entre los muchos tipos de opsinas microbianas se encuentran las bombas de protones bacteriorrodopsina (BR) y xantorhodopsina (xR), la bomba de cloruro halorhodopsina (HR), los fotosensores sensoriales rodopsina I (SRI) y sensorial rodopsina II (SRII), así como la proteorodopsina ( PR), neurospora opsina I (NOPI), rodopsinas sensoriales A de Chlamydomonas (CSRA), rodopsinas sensoriales B de Chlamydomonas (CSRB), canalrodopsina (ChR) y arqueerhodopsina (Arch). [119]

Varios grupos bacterianos utilizan varias opsinas microbianas, como la proteo y la bacteriorrodopsina , para recolectar energía de la luz para llevar a cabo procesos metabólicos utilizando una vía no basada en clorofila . Además, las halorhodopsinas de las halobacterias y las canalrodopsinas de algunas algas, como por ejemplo Volvox , sirven como canales iónicos activados por la luz , entre otros, también con fines fototácticos . Las rodopsinas sensoriales existen en las halobacterias que inducen una respuesta fototáctica al interactuar con proteínas transductoras integradas en la membrana que no tienen relación con las proteínas G. [120]

Las opsinas microbianas (como canalrodopsina , halorrodopsina y arqueerhodopsina ) se utilizan en optogenética para activar o desactivar la actividad neuronal. Se prefieren las opsinas microbianas si la actividad neuronal debe modularse a una frecuencia más alta, porque responden más rápido que las opsinas animales. Esto se debe a que las opsinas microbianas son canales iónicos o bombas de protones/iones y, por lo tanto, se activan directamente con la luz, mientras que las opsinas animales activan las proteínas G, que luego activan enzimas efectoras que producen metabolitos para abrir canales iónicos. [121]

Ver también

enlaces externos

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