Gebruiker:Phacelias/aantekeningen11
Opsinen zijn universele fotoreceptor moleculen die te vinden zijn in alle visuele systemen binnen het dierenrijk. Ze bevinden zich in de lichtgevoelige cellen, de staafjes en kegeltjes, van het netvlies van het oog. Opsinen komen ook voor in de huid van de mens, waar ze een rol kunnen spelen zowel in licht- als in temperatuur-gevoeligheid.[1] Wanneer het covalent gebonden retinal licht vangt, vindt er fototransductie plaats: de opsine neemt een andere conformatie aan en activeert zo de G-proteine, of de transducine, waarna er een intracellulaire signaaltransductie plaatsheeft die het signaal amplificeert. Dit resulteert in een elektrisch signaal dat via de zenuwcellen naar de hersenen doorgestuurd wordt.[2][3] De bekendste opsine is rodopsine die in de staafjes van het netvlies te vinden is.
Receptor
[bewerken | brontekst bewerken]
Opsinen zijn aan G-proteïnen gekoppelde receptoren. In ongeactiveerde vorm zijn het chemoreceptoren die uit zeven transmembrane domeinen bestaan die een bindingspplaats vormen voor een ligand. Bij opsinen is de ligand 11 cis-retinal. Deze molecuul is covalent gebonden aan het aminozuur lysine op positie 296 in de zevende α-helix van de opsine. De ligand 11 cis-retinal blokkeert de bindingssplaats en activeert de opsine niet. De opsine wordt pas geactiveerd wanneer 11 cis-retinal een foton opvangt en isomerisatie ondergaat naar all-trans-retinal. Pas dan is de chemoreceptor een fotoreceptor geworden.[4]
Ontdekking
[bewerken | brontekst bewerken]Opsine is een apoproteïne, en retinal is een chromofoor. Retinal is afgeleid van retinol, vitamine A . Het was George Wald, Nobelprijswinnaar die eind jaren 1930 ontdekte dat vitamine A een belangrijke rol heeft in het netvlies. Hij ontdekte met extracten van het netvlies de aanwezigheid van pigmenten waarvan hij de geabsorbeerde golflengte mat en ontdekte daarmee rodopsine en haar werking in de meest voorkomende receptorcel in het netvlies, de staafjes. Later, rond 1950, bij het meten van de geabsorbeerde golflengten van de cellen van de retina, ontdekte hij ook de kegeltjes en hun eigenschappen.
Kenmerken
[bewerken | brontekst bewerken]De efficiëntie waarmee het retinal geïsomeriseerd wordt hangt af van de omliggende aminozuren. De apoproteïne omringt met bepaalde aminozuren het retinal en bepaalt daarmee de efficiëntie van isomerisatie, die in rodopsine rond de 65% ligt. Dit betekent dat twee van de drie fotonen isomerisatie tot gevolg hebben, de signaaltransductie en een amplificatie van het intracellulaire signaal veroorzaken.[2]
Variaties in een enkel aminozuur in opsine kunnen belangrijke verschillen maken die bepalend zijn voor de best geabsorbeerde golflengte of λmax van de receptor molecuul in de kegeltjes. Het is hier dat kleurenvisie van belang is. De volgende opsinen met corresponderende λmax bevinden zich in het menselijk oog.[5][6]
| Afkorting | Naam | Geabsorbeerde golflengte (λmax) | Geabsorbeerde kleur | Receptorcel Oog |
|---|---|---|---|---|
| OPN1LW | rode opsine | 560 nm | Geel | Kegeltjes |
| OPN1MW | groene opsine | 530 nm | Groen | Kegeltjes |
| OPN1SW | blauwe opsine | 425 nm | Paars | Kegeltjes |
| OPN1
(RHO) |
Rodopsine | 500 nm | Blauw-groen | Staafjes |
De apoproteïne opsine is een transmembraan eiwit dat bestaat uit 7 α-helixen die het retinal insluiten. De transducine, die de signaaltransductie uitvoert, bevindt zich aan de kant van het lumen van de cel onder het celmembraan.
Eerst werden de visuele pigmenten van gewervelden (runderen), de rodopsinen, ontdekt die koppelen met transducine. Vervolgens werden ook de visuele pigmenten van ongewervelden, opnieuw rodopsine gekoppeld met een ander G-proteïne, in de pijlinktvissen ontdekt. In deze periode, rond 1990, werd ook pinopsine ontdekt, een opsine uit de pijnappelklier van de kip, die niet werkzaam is in het visuele systeem.[7][8]
Distributie
[bewerken | brontekst bewerken]In de staafjes van het netvlies bevindt zich rodopsine. In de kegeltjes, die verantwoordelijk zijn voor de kleurenvisie, bevinden zich verschillende opsinen die gevoelig zijn voor korte golflengte, gemiddelde golflengte en langere golflengte en die respectievelijk aangeduid worden met S-kegeltjes, M-kegeltjes en L-kegeltjes. Bij mensen kunnen de opsinen, behalve in het netvlies, ook in verschillende huidceltypen aanwezig zijn, zoals keratinocyten, melanocyten, fibroblasten uit het dermis en haarzakjes waar ze meewerken aan de genezing van wonden, productie van melanine, haargroei en van waaruit ze fotoveroudering van de huid bepalen. Opsinen en vergelijkbare eiwitten zijn aanwezig in de huid van onder andere prikken, het fruitvliegje, de zebravis, kikker, de octopus, zee-egel, everlipvis en muis. Ze voorzien in kleurveranderingen van de huid, in lichtontwijking, schaduwreflexen en synchronisatie met het circadiaan ritme.[9][10] In elk van deze dieren heeft de huid zijn eigen type opsine.
Everlipvis
[bewerken | brontekst bewerken]Een voorbeeld is de everlipvis die de opsine SWS1(absorbeert korte golflengte - short-wave-sensitive-1) in zijn huid heeft en die een ander mechanisme van signaaltransductie gebruikt dan de opsine in zijn netvlies.[10] In de huid van deze vis wordt SWS1 gevonden in cellen die onder de chromatoforen liggen. Beide soorten cellen liggen onder het epitheel. Bij verstrooiing van het pigment in de chromatofoor, ontvangt de onderliggende opsine geen licht van korte golflengte, terwijl bij centrale samenvoeging van de pigmenten, de opsine licht ontvangt en dit signaal via transductie doorgeeft aan het zenuwstelsel. Dit mechanisme maakt een feedback mogelijk die de everlipvis in staat stelt zich bewust te zijn van de schutkleur en/of kleurverandering zodat hij exact de achtergrond kan imiteren waartegen hij zich wil schuilhouden.[9]
Bacteriorodopsine
[bewerken | brontekst bewerken]Bacteriorodopsinen zijn opsinen die gebruikt worden door Archaea. Het zijn ionenpompen: ze gebruiken de lichtenergie om protonen buiten de cel te pompen en zo een protonengradiënt te creëren waarmee ATP ofwel chemische energie gegenereerd kan worden. Ook in deze opsine wordt retinal covalent gebonden op een residu Lysine 216. Na een foton geabsorbeerd te hebben, wordt all-trans-retinal geïsomeriseerd in 13-cis-retinal en veroorzaakt de daaropvolgende verandering van conformatie van de opsine waardoor een proton van het intracellulaire kant naar de extracellulaire kant van het celmembraan wordt verplaatst.[11]
Zie ook
[bewerken | brontekst bewerken]- ↑ Castrucci, Ana Maria de Lauro, Baptista, Maurício S., de Assis, Leonardo Vinicius Monteiro (1 juni 2023). Opsins as main regulators of skin biology. Journal of Photochemistry and Photobiology 15: 100186. ISSN:2666-4690. DOI:10.1016/j.jpap.2023.100186.
- ↑ a b Shichida, Yoshinori, Matsuyama, Take (12 oktober 2009). Evolution of opsins and phototransduction. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 364 (1531): 2881–2895. ISSN:0962-8436. PMID: 19720651. PMC: 2781858. DOI:10.1098/rstb.2009.0051.
- ↑ van Hazel, Ilke, Santini, Francesco, Müller, Johannes, Chang, Belinda SW (15 november 2006). Short-wavelength sensitive opsin (SWS1) as a new marker for vertebrate phylogenetics. BMC Evolutionary Biology 6: 97. ISSN:1471-2148. PMID: 17107620. PMC: 1664589. DOI:10.1186/1471-2148-6-97.
- ↑ Gühmann, Martin, Porter, Megan L., Bok, Michael J. (6 augustus 2022). The Gluopsins: Opsins without the Retinal Binding Lysine. Cells 11 (15): 2441. ISSN:2073-4409. PMID: 35954284. PMC: 9368030. DOI:10.3390/cells11152441.
- ↑ (en) Suh, Susie, Choi, Elliot H., Atanaskova Mesinkovska, Natasha (2020-09). The expression of opsins in the human skin and its implications for photobiomodulation: A Systematic Review. Photodermatology, Photoimmunology & Photomedicine 36 (5): 329–338. ISSN:0905-4383. PMID: 32431001. PMC: PMC7674233. DOI:10.1111/phpp.12578.
- ↑ Terakita, Akihisa (2005). The opsins. Genome Biology 6 (3): 213. ISSN:1465-6906. PMID: 15774036. PMC: 1088937. DOI:10.1186/gb-2005-6-3-213.
- ↑ Koyanagi, Mitsumasa, Terakita, Akihisa (1 mei 2014). Diversity of animal opsin-based pigments and their optogenetic potential. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 1837 (5): 710–716. ISSN:0005-2728. DOI:10.1016/j.bbabio.2013.09.003.
- ↑ (en) Max, Marianna, McKinnon, Peter J., Seidenman, Kenneth J., Barrett, R. Keith, Applebury, Meredithe L. (10 maart 1995). Pineal Opsin: a Nonvisual Opsin Expressed in Chick Pineal. Science 267 (5203): 1502–1506. ISSN:0036-8075. DOI:10.1126/science.7878470.
- ↑ a b (en) Schweikert, Lorian E., Bagge, Laura E., Naughton, Lydia F., Bolin, Jacob R., Wheeler, Benjamin R. (22 augustus 2023). Dynamic light filtering over dermal opsin as a sensory feedback system in fish color change. Nature Communications 14 (1): 4642. ISSN:2041-1723. DOI:10.1038/s41467-023-40166-4.
- ↑ a b Suh, Susie, Choi, Elliot H., Mesinkovska, Natasha Atanaskova (2020-9). The expression of opsins in the human skin and its implications for photobiomodulation: A Systematic Review. Photodermatology, photoimmunology & photomedicine 36 (5): 329–338. ISSN:0905-4383. PMID: 32431001. PMC: 7674233. DOI:10.1111/phpp.12578.
- ↑ (en) BR - Bacteriorhodopsin. www.biochem.mpg.de. Geraadpleegd op 28 augustus 2023.
Camouflage in de Everlipvis
[bewerken | brontekst bewerken]
De Everlipvis verandert van kleur om overeen te komen met het omringende koraalrif, zijn habitat. Het was al bekend dat de huid van deze vis chromatoforen bevat en ook opsinen die voornamelijk het blauwe licht van korte golflengte opvangen. Er zijn veel dieren, waaronder de mens, die bepaalde opsinen in de huid hebben. In 2023 heeft onderzoek uitgewezen dat in de huid van deze vis een laag fotocellen met opsinen zich onder een laag chromatoforen bevindt. De mate van verspreiding van de pigmenten in de chromatoforen bepaalt in hoeverre de onderliggende opsinen (SWS1) door licht geëxciteerd kunnen worden. Zijn de pigmenten in het chromatofoor verspreid, dan absorbeert het chromatofoor de korte golflengtes waar de opsine in de huid juist gevoelig voor is zodat deze niet geëxciteerd kan worden. Omgekeerd, wanneer het pigment in het chromatofoor opgehoopt is kan al het licht passeren en kunnen de opsinen in de huid het signaal opvangen dat er op die plek geen pigment actief is. De vis schijnt zijn eigen huid niet te kunnen zien, maar de opsinen en chromatoforen samen geven hem een mogelijkheid de toestand ervan vast te kunnen stellen. Of dit collectieve 'waarnemen' ook doorgegeven wordt aan het centrale zenuwstelsel is nog niet duidelijk [1][2]
Zie ook
[bewerken | brontekst bewerken]- ↑ (en) Nuwer, Rachel, How a Color-Changing Hogfish Knows whether Its Skin Is White, Brown or Polka-Dotted. Scientific American. Geraadpleegd op 30 augustus 2023.
- ↑ (en) Schweikert, Lorian E., Bagge, Laura E., Naughton, Lydia F., Bolin, Jacob R., Wheeler, Benjamin R. (22 augustus 2023). Dynamic light filtering over dermal opsin as a sensory feedback system in fish color change. Nature Communications 14 (1): 4642. ISSN:2041-1723. DOI:10.1038/s41467-023-40166-4.