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Vitamin A: Funktion im Organismus

Rhodopsin

Der Membranrezeptor Rhodopsin ist namensgebender Vertreter der Strukturfamilie der 7-TM-Rezeptoren und besteht aus dem Protein Opsin (~40 kD), das an der Amino-Gruppe der Aminosäure Lys296 als Schiff'sche Base an 11-cis-Retinal gebunden ist. Das Molekül besteht aus sieben transmembranären Helices (Helix I - VII). Im Gegensatz zu anderen G-Protein-gekoppelten Rezeptoren bindet Rhodopsin Retinal als Liganden kovalent an Helix VII. Dies ist sowohl im Dunkeln und damit im inaktiven Stadium, als auch nach der Photoaktivierung der Fall. Studien ergaben außerdem, dass Retinal durch eine extrazelluläre Struktur in der Tasche des Opsins fixiert wird. Dadurch wird vermutlich eine effektivere Umwandlung der Photonenenergie in eine Konformationsänderung der sieben Helices erreicht. Der Ligand 11-cis-Retinal verändert, angeregt durch ein Photon, seine Konfiguration und es entsteht das isomere all-trans-Retinal. Dies leitet eine Änderung der Proteinstruktur ein, die den Rhodopsin-Rezeptor aktiviert.

Abb.1
Aufbau des Rhodopsin

Hinweis: besonders wichtige Aminosäuren sind dunkelgrau dargestellt.

  • extrazelläre Domäne: 74 - 348 (Loops E-I bis E-III: Aminosäuren 101 - 106, 174 - 199, 278 - 285)
  • cytoplasmatische Domäne: 70 Aminosäurereste (Loops CI - CIII: 65 - 70, 140 - 150, 226 - 235, 240 - 246)
  • Amino-Termius: 1 - 34
  • Carboxy-Terminus: 334 - 348

Palczewski, K.; Kumasaka, T.; Hori, T.; Behnke, C. A.; Motoshima, H.; Fox, B. A.; Le Trong, I.; Teller, D. C.; Okada, T.; Stenkamp, R. E.; Yamamoto, M.; Miyano, M. (2000): Crystal Structure of Rhodopsin: A G Protein-Coupled Receptor. In: Science. 289 (5480) , 739-745

Durch die photoneninduzierte Konformationsänderung des Rhodopsins wird das heterotrimere G-Protein Transducin katalytisch aktiviert. An dieser Interaktion ist der cytoplasmatische Teil des Rhodopsins beteiligt, der aus vier Loops und dem Carboxy-terminalen Ende besteht. Der vierte Loop verbindet das Carboxy-Ende der Helix VII mit Cys322 und Cys434, die beide durch in der Membran integrierte Palmityl-Gruppen aktiviert werden. Der Amino-Terminus des vierten Loops scheint direkt mit dem G-Protein/Transducin zu interagieren, während die anderen Bereiche der intracytoplasmatischen Oberfläche des Rhodopsins die Bindung von Transducin unterstützen. Die Regeneration von Rhodopsin erfolgt über neu synthetisiertes 11-cis-Retinal, das von den angrenzenden Epithelzellen der Netzhaut geliefert wird. Die Photonenumwandlung ist sehr effektiv. Durch Absorption eines einziges Photons können mehrere Hundert G-Protein-Moleküle aktiviert werden. Dies führt dazu, dass das menschliche Auge bereits fünf Photonen wahrnehmen kann.

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