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De retina

El retinal (también conocido como retinaldehído ) es un cromóforo polieno . La retina, unida 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 la retina para convertir la luz en energía metabólica. De hecho, un estudio reciente sugiere que la mayoría de los organismos vivos en nuestro planeta hace aproximadamente 3 mil millones de años usaban retina 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]

Hay muchas formas de vitamina A , todas las cuales se convierten en retina, que no se puede producir sin ellas. La retina en sí se considera una forma de vitamina A cuando la ingiere un animal. La cantidad de moléculas diferentes que se pueden convertir en retina varía de una especie a otra. La retina originalmente se llamaba 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 retina directamente de la carne o la producen a partir de carotenoides , ya sea de α-caroteno o β-caroteno , ambos carotenos . También la producen a partir de la β-criptoxantina , un tipo de xantofila . Estos carotenoides deben obtenerse de plantas u otros organismos fotosintéticos . Los animales no pueden convertir otros carotenoides en retina. Algunos carnívoros no pueden convertir ningún carotenoides. Las otras formas principales de vitamina A ( el retinol y una forma parcialmente activa, el ácido retinoico ) pueden producirse a partir de la retina.

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

Metabolismo de la vitamina A.

Los organismos vivos producen retina por escisión oxidativa irreversible de carotenoides. [7]

Por ejemplo:

betacaroteno + O 2 → 2 retiniano,

catalizado por una betacaroteno 15,15'-monooxigenasa [8] o una betacaroteno 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:

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

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

El retinol se llama alcohol de vitamina A o, más a menudo, simplemente vitamina A. El retinal también se puede oxidar 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 retinal oxidasa),

catalizado por retinaldehído deshidrogenasas [12] , también conocidas como retinaldehído deshidrogenasas (RALDH) [11] , así como retinales oxidasas . [13]

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

Visión

El retiniano es un cromóforo conjugado . En el ojo humano , la retina comienza en una configuración 11- cis -retiniana que, al capturar un fotón de la longitud de onda correcta, se endereza en una configuración totalmente trans -retiniana. Este cambio de configuración empuja 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 humano. El espectro de absorbancia del cromóforo depende de sus interacciones con la proteína opsina a la que está unido, de modo que diferentes complejos retina-opsina absorberán fotones de diferentes longitudes de onda (es decir, diferentes colores de luz).

Opsins

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

La retina está unida a opsinas , que son receptores acoplados a proteína G (GPCR). [14] [15] Las opsinas, al igual que 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 los bastones de los vertebrados es la rodopsina . Los bastones forman discos que contienen las moléculas de rodopsina en sus membranas y que se encuentran completamente dentro de la célula. La cabeza del extremo N de la molécula se extiende hacia el interior del disco y la cola del extremo C se extiende hacia el citoplasma de la célula. Las opsinas en las células del cono son OPN1SW , OPN1MW y OPN1LW . Los conos forman discos incompletos que forman parte de la membrana plasmática , de modo que la cabeza del extremo N se extiende fuera de la célula. En las opsinas, la retina se une covalentemente a una lisina [16] en la séptima hélice transmembrana [17] [18] [19] a través de una base de Schiff . [20] [21] Formar el 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, dando H 2 O. El retinilideno es el grupo divalente formado al eliminar el átomo de oxígeno del retinal, y por eso las opsinas han sido llamadas proteínas retinilideno .

Las opsinas son receptores acoplados a proteína G (GPCR) prototípicos . [22] La rodopsina de ganado, la opsina de los bastones, 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, sólo unas pocas opsinas la han perdido durante la evolución . [24] Las opsinas sin 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 el retinal exclusivamente como cromóforo de opsina, otros grupos de animales utilizan además cuatro cromóforos estrechamente relacionados con el retinal: 3,4-dideshidroretinal (vitamina A 2 ), (3 R )-3-hidroxiretinal, (3 S )-3- hidroxiretinal (ambas vitamina A 3 ) y (4 R )-4-hidroxiretinal (vitamina A 4 ). Muchos peces y anfibios utilizan 3,4-dideshidroretinal, también llamado deshidroretinal . A excepción del suborden de dípteros Cyclorrhapha (las llamadas moscas superiores), todos los insectos examinados utilizan el enantiómero ( R ) del 3-hidroxirretiniano. El enantiómero ( R ) es de esperar si el 3-hidroxirretiniano se produce directamente a partir de carotenoides xantofilicos . Los ciclorrafanos, incluida Drosophila , utilizan (3S ) -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 el inicio de la fototransducción. Regenera 11- cis -retinal. Por ejemplo, el ciclo visual de los bastones de los mamíferos es el siguiente:

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

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

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

Rodopsinas microbianas

Todo trans -retiniano también es un componente esencial de las opsinas microbianas como la bacteriorrodopsina , la canalrodopsina y la halorrodopsina , que son importantes en la fotosíntesis anoxigénica de bacterias y arqueas . En estas moléculas, la luz hace que el todo trans -retinal se convierta en 13- cis retiniano, que luego regresa al 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 ambos utilicen retina es el resultado de una 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]

Ver también

Referencias

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Otras lecturas

enlaces externos