Sítnice - Retinal

Nesmí být zaměňována s Retinol.
Tento článek je o molekule. Informace o anatomických vlastnostech viz Sítnice.
All-trans-sítnice
Skeletal formula of retinal
Ball-and-stick model of the retinal molecule
Jména
Název IUPAC
(2E,4E,6E,8E) -3,7-dimethyl-9- (2,6,6-trimethylcyklohexen-l-yl) nona-2,4,6,8-tetraenal
Ostatní jména
  • Retinen
  • Retinaldehyd
  • Vitamin A aldehyd
  • RAL
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChemSpider
Informační karta ECHA100.003.760 Upravte to na Wikidata
UNII
Vlastnosti
C20H28Ó
Molární hmotnost284.443 g · mol−1
VzhledOranžové krystaly z ropný ether[1]
Bod tání 61 až 64 ° C (142 až 147 ° F; 334 až 337 K)[1]
Téměř nerozpustný
Rozpustnost v tukuRozpustný
Související sloučeniny
Související sloučeniny
retinol; kyselina retinová; beta-karoten; dehydroretinal; 3-hydroxyretinal; 4-hydroxyretinal
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Sítnice (také známý jako retinaldehyd) je polyen chromofor, vázané na proteiny zvané opsiny a je chemickým základem vidění zvířat.

Retinal umožňuje určitým mikroorganismům přeměnit světlo na metabolickou energii.

Existuje mnoho forem vitamin A. - všechny jsou převedeny na sítnici, kterou bez nich nelze provést. Retinal sám o sobě je považován za formu vitaminu A, když je konzumován zvířetem. Počet různých molekul, které lze převést na sítnici, se u jednotlivých druhů liší. Původně byl volán sítnice retinen,[2] a přejmenován[3] poté, co se zjistilo, že je vitamin A. aldehyd.[4][5]

Obratlovci požívají sítnici přímo z masa, nebo si z ní produkují sítnici karotenoidy - buď od α-karoten nebo β-karoten - oba jsou karoteny. Vyrábějí to také z β-kryptoxanthin, typ xantofyl. Tyto karotenoidy musí být získány z rostlin nebo jiných fotosyntetický organismy. Zvířata nemohou přeměnit žádné jiné karotenoidy na sítnici. Někteří masožravci nemohou vůbec přeměnit žádné karotenoidy. Další hlavní formy vitaminu A - retinol a částečně aktivní forma, kyselina retinová - mohou být vyrobeny z sítnice.

Bezobratlí, jako je hmyz a chobotnice, používají ve svých vizuálních systémech hydroxylované formy sítnice, které pocházejí z přeměny z jiných xantofyly.

Metabolismus vitaminu A.

Živé organismy produkují retinál (RAL) nevratným oxidačním štěpením karotenoidů.[6]Například:

beta-karoten + O.2 → 2 sítnice

katalyzováno a beta-karoten 15,15'-monooxygenáza[7]nebo beta-karoten 15,15'-dioxygenáza.[8]Stejně jako karotenoidy jsou prekurzory sítnice, je sítnice předchůdcem jiných forem vitaminu A. Sítnice je zaměnitelná s retinol (ROL), forma dopravy a skladování vitaminu A:

sítnice + NADPH + H+ ⇌ retinol + NADP+
retinol + NAD+ ⇌ sítnice + NADH + H+

katalyzováno retinol dehydrogenázy (RDH)[9] a alkoholové dehydrogenázy (ADH).[10]Retinol se nazývá vitamin A. alkohol nebo častěji jednoduše vitamin A. Na sítnici lze také oxidovat kyselina retinová (RA):

sítnice + NAD+ + H2O → kyselina retinová + NADH + H+ (katalyzováno RALDH)
sítnice + O.2 + H2O → kyselina retinová + H2Ó2 (katalyzováno retinální oxidázou)

katalyzováno retinální dehydrogenázy[11] také známé jako retinaldehyddehydrogenázy (RALDHs)[10]stejně jako retinální oxidázy.[12]Kyselina retinová, někdy nazývaná vitamin A. kyselina, je důležitá signální molekula a hormon u obratlovců.

Vidění

Retinal je a konjugovaný chromofor. V lidské oko, sítnice začíná v 11-cis-retinální konfigurace, která - při zachycení a foton správné vlnové délky - narovná se do všehotrans-retinální konfigurace. Tato změna konfigurace tlačí proti opsinovému proteinu v sítnice, který spouští chemickou signalizační kaskádu, což může mít za následek vnímání světla nebo obrazů lidským mozkem. Absorpční spektrum chromoforu závisí na jeho interakcích s opsinovým proteinem, ke kterému je vázán, takže různé komplexy retinální-opsinové absorbují fotony různých vlnových délek (tj. Různé barvy světla).

Opsins

Opsinový protein obklopuje molekulu sítnice a čeká na detekci fotonu. Jakmile sítnice zachytí foton, změna konfigurace sítnice tlačí proti okolnímu proteinu opsinu. Opsin může vysílat chemický signál do lidského mozku, což signalizuje, že světlo bylo detekováno. Retinál se poté znovu načte do jeho 11-cis konfigurace pomocí fosforylace ATP a cyklus začíná znovu.
Zvířecí GPCR rhodopsin (duhové barvy) vložené do a lipidová dvojvrstva (hlavy červené a ocasy modré) s transducin pod tím. Gtα je červeně zbarveno, Gtβ modrá a G.tγ žlutá. Existuje vazba HDP molekula v Gtα-podjednotka a vazba sítnice (černý) v rhodopsinu. The N-konec konec rhodopsinu je červený a C-konec modrý. Ukotvení transducinu na membránu bylo nakresleno černě.

Opsins jsou proteiny a retinální vazebné vizuální pigmenty nacházející se v fotoreceptorové buňky v sítnice očí. Opsin je uspořádán do svazku sedmi transmembrán alfa-šroubovice spojeno šesti smyčkami. v tyčové buňky, molekuly opsinu jsou zabudovány do membrán disků, které jsou zcela uvnitř buňky. The N-konec hlava molekuly zasahuje do vnitřku disku a C-konec ocas zasahuje do cytoplazmy buňky. V kuželových buňkách jsou disky definovány buňkami plazmatická membrána, takže hlava N-konce se rozprostírá mimo buňku. Sítnice se kovalentně váže na a lysin na transmembránové šroubovici nejblíže C-konci proteinu prostřednictvím a Schiffova základna vazba. Tvorba Schiffovy bazické vazby zahrnuje odstranění atomu kyslíku z retinálu a dvou atomů vodíku z volné aminoskupiny lysinu, čímž se získá H2O. Retinyliden je dvojmocná skupina vytvořená odstraněním atomu kyslíku z sítnice, a tak byly opsiny nazývány retinylidenové proteiny.

Opsiny jsou prototypové Receptory spojené s G proteinem (GPCR).[13] Hovězí rhodopsin, opsin z prutových buněk skotu, byl prvním GPCR, který ho měl Struktura rentgenového záření odhodlaný.[14]Hovězí rhodopsin obsahuje 348 aminokyselinových zbytků. Chromofor sítnice se váže na Lys296.

Ačkoli savci používají retinál výhradně jako chromofor opsinu, jiné skupiny zvířat navíc používají čtyři chromofory úzce související s retinem: 3,4-didehydroretinal (vitamin A2), (3R) -3-hydroxyretinal, (3S) -3-hydroxyretinal (oba vitamín A3) a (4R) -4-hydroxyretinal (vitamin A4). Mnoho ryb a obojživelníků používá 3,4-didehydroretinal, také nazývaný dehydroretinal. S výjimkou dipteran podřád Cyclorrhapha (tzv. vyšší mouchy), vše hmyz zkoumal použít (R)-enantiomer 3-hydroxyretinalu. (R) -enantiomer lze očekávat, pokud se 3-hydroxyretinal vyrábí přímo z xantofyl karotenoidy. Cyclorrhaphans, včetně Drosophila, použijte (3S) -3-hydroxyretinal.[15][16]Firefly chobotnice bylo zjištěno, že používají (4R) -4-hydroxyretinal.

Vizuální cyklus

Vizuální cyklus
Viz také: Rhodopsin § Struktura

Vizuální cyklus je kruhový enzymatická cesta, což je přední část fototransdukce. Regeneruje 11-cis-Retinal. Vizuální cyklus savčích prutových buněk je například následující:

  1. Všechno-trans-retinylester + H2O → 11-cis-retinol + mastné kyseliny; RPE65 isomerohydrolasy,[17]
  2. 11-cis-retinol + NAD+ → 11-cis-retinal + NADH + H+; 11-cis-retinol dehydrogenázy,
  3. 11-cis-Retinal + aporhodopsin → rhodopsin + H2Ó; formuláře Schiffova základna vazba na lysin, -CH = N+H-,
  4. rhodopsin + hν → metarhodopsin II, tj. 11-cis fotoizomerizuje všem-trans,
    rhodopsin + hν → fotorodopsin → bathorhodopsin → lumirhodopsin → metarhodopsin I → metarhodopsin II,
  5. metarhodopsin II + H2O → aporhodopsin + vše-trans- retinální,
  6. Všechno-trans-Retinal + NADPH + H+ → všetrans-retinol + NADP+; Všechno-trans-retinol dehydrogenázy,
  7. Všechno-trans-retinol + mastná kyselina → vše-trans-retinylester + H2Ó; lecitin retinol acyltransferázy (LRAT).[18]

Kroky 3, 4, 5 a 6 se vyskytují v vnější segmenty tyčové buňky; Kroky 1, 2 a 7 se vyskytují v retinální pigmentový epitel (RPE) buňky.

RPE65 isomerohydrolases are homologní s beta-karotenmonooxygenázami;[6] homologní enzym ninaB v Drosophila má jak aktivitu karotenoid-oxygenázy tvořící sítnici, taktrans do 11-cis aktivita izomerázy.[19]

Mikrobiální rhodopsiny

Hlavní článek: Mikrobiální rhodopsin

Všechno-trans-retinal je také základní složkou mikrobiálních opsinů, jako jsou bakteriorhodopsin, channelrhodopsin, a halorhodopsin. V těchto molekulách způsobuje světlo vše-trans-retinal stát 13-cis sítnice, která se pak vrací zpět na vše-trans- retinální v temném stavu. Tyto proteiny nejsou evolučně příbuzné zvířecím opsinům a nejsou GPCR; skutečnost, že oba používají sítnici, je výsledkem konvergentní evoluce.[20]

Dějiny

Americký biochemik George Wald a další nastínili vizuální cyklus do roku 1958. Wald získal za svou práci část roku 1967 Nobelova cena za fyziologii nebo medicínu s Haldan Keffer Hartline a Ragnar Granit.[21]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Index společnosti Merck, 13. vydání, 8249
  2. ^ WALD, GEORGE (14. července 1934). "Karotenoidy a vitamin A ve vidění". Příroda. 134 (3376): 65. Bibcode:1934Natur.134 ... 65W. doi:10.1038 / 134065a0. S2CID  4022911.
  3. ^ Wald, G (11. října 1968). "Molekulární základ vizuálního buzení". Věda. 162 (3850): 230–9. Bibcode:1968Sci ... 162..230W. doi:10.1126 / science.162.3850.230. PMID  4877437.
  4. ^ MORTON, R. A .; GOODWIN, T. W. (1. dubna 1944). "Příprava retinenu in vitro". Příroda. 153 (3883): 405–406. Bibcode:1944Natur.153..405M. doi:10.1038 / 153405a0. S2CID  4111460.
  5. ^ MÍČ, S; GOODWIN, TW; MORTON, RA (1946). "Retinen-1-vitamin A aldehyd". The Biochemical Journal. 40 (5–6): lix. PMID  20341217.
  6. ^ A b von Lintig, Johannes; Vogt, Klaus (2000). „Vyplňování mezer ve výzkumu vitaminu A: Molekulární identifikace enzymu štěpícího betakaroten na sítnici“. Journal of Biological Chemistry. 275 (16): 11915–11920. doi:10.1074 / jbc.275.16.11915. PMID  10766819.
  7. ^ Woggon, Wolf-D. (2002). „Oxidační štěpení karotenoidů katalyzované enzymovými modely a beta-karoten 15,15´-monooxygenázou“. Čistá a aplikovaná chemie. 74 (8): 1397–1408. doi:10.1351 / pac200274081397.
  8. ^ Kim, Yeong-Su; Kim, Nam-Hee; Yeom, Soo-Jin; Kim, Seon-Won; Oh, Deok-Kun (2009). „In vitro charakterizace rekombinantního proteinu Blh z nekultivovaných mořských bakterií jako β-karoten 15,15′-dioxygenázy“. Journal of Biological Chemistry. 284 (23): 15781–93. doi:10.1074 / jbc.M109.002618. PMC  2708875. PMID  19366683.
  9. ^ Lidén, Martin; Eriksson, Ulf (2006). „Porozumění metabolismu retinolu: struktura a funkce retinoldehydrogenáz“. Journal of Biological Chemistry. 281 (19): 13001–13004. doi:10,1074 / jbc.R500027200. PMID  16428379.
  10. ^ A b Duester, G (září 2008). „Syntéza a signalizace kyseliny retinové v časné organogenezi“. Buňka. 134 (6): 921–31. doi:10.1016 / j.cell.2008.09.002. PMC  2632951. PMID  18805086.
  11. ^ Lin, Min; Zhang, Min; Abraham, Michael; Smith, Susan M .; Napoli, Joseph L. (2003). „Myší retinální dehydrogenáza 4 (RALDH4), molekulární klonování, buněčná exprese a aktivita v biosyntéze kyseliny 9-cis-retinové v intaktních buňkách“. Journal of Biological Chemistry. 278 (11): 9856–9861. doi:10,1074 / jbc.M211417200. PMID  12519776.
  12. ^ „KEGG ENZYME: 1.2.3.11 retinal oxidase“. Citováno 2009-03-10.
  13. ^ Lamb, T D (1996). „Zisk a kinetika aktivace fototransdukce v kaskádě G-proteinu“. Sborník Národní akademie věd. 93 (2): 566–570. Bibcode:1996PNAS ... 93..566L. doi:10.1073 / pnas.93.2.566. PMC  40092. PMID  8570596.
  14. ^ Palczewski, Krzysztof; Kumasaka, Takashi; Hori, T; Behnke, CA; Motoshima, H; Fox, BA; Le Trong, já; Teller, DC; et al. (2000). „Krystalová struktura rhodopsinu: receptor spojený s G proteinem“. Věda. 289 (5480): 739–745. Bibcode:2000Sci ... 289..739P. CiteSeerX  10.1.1.1012.2275. doi:10.1126 / science.289.5480.739. PMID  10926528.
  15. ^ Seki, Takaharu; Isono, Kunio; Ito, Masayoshi; Katsuta, Yuko (1994). „Flies in the Group Cyclorrhapha Use (3S) -3-Hydroxyretinal as a Unique Visual Pigment Chromophore“. European Journal of Biochemistry. 226 (2): 691–696. doi:10.1111 / j.1432-1033.1994.tb20097.x. PMID  8001586.
  16. ^ Seki, Takaharu; Isono, Kunio; Ozaki, Kaoru; Tsukahara, Yasuo; Shibata-Katsuta, Yuko; Ito, Masayoshi; Irie, Toshiaki; Katagiri, Masanao (1998). „Metabolická cesta tvorby vizuálního chromoforu pigmentu v Drosophila melanogaster: All-trans (3S) -3-hydroxyretinal se tvoří z all-trans retinálu prostřednictvím (3R) -3-hydroxyretinalu ve tmě.“ European Journal of Biochemistry. 257 (2): 522–527. doi:10.1046 / j.1432-1327.1998.2570522.x. PMID  9826202.
  17. ^ Moiseyev, Gennadiy; Chen, Ying; Takahashi, Yusuke; Wu, Bill X .; Ma, Jian-xing (2005). „RPE65 je isomerohydroláza ve vizuálním cyklu retinoidů“. Sborník Národní akademie věd. 102 (35): 12413–12418. Bibcode:2005PNAS..10212413M. doi:10.1073 / pnas.0503460102. PMC  1194921. PMID  16116091.
  18. ^ Jin, Minghao; Yuan, Quan; Li, Songhua; Travis, Gabriel H. (2007). „Role LRAT na aktivitě retinoidní izomerázy a membránové asociaci Rpe65“. Journal of Biological Chemistry. 282 (29): 20915–20924. doi:10,1074 / jbc.M701432200. PMC  2747659. PMID  17504753.
  19. ^ Oberhauser, Vitus; Voolstra, Olaf; Bangert, Annette; von Lintig, Johannes; Vogt, Klaus (2008). „NinaB kombinuje aktivitu karotenoid oxygenázy a retinoid izomerázy v jediném polypeptidu“. Sborník Národní akademie věd. 105 (48): 19000–5. Bibcode:2008PNAS..10519000O. doi:10.1073 / pnas.0807805105. PMC  2596218. PMID  19020100.
  20. ^ Chen, De-Liang; Wang, Guang-yu; Xu, Bing; Hu, Kun-Sheng (2002). „All-trans na 13-cis retinální izomerizaci ve světle přizpůsobeném bakteriorhodopsinu při kyselém pH“. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 66 (3): 188–194. doi:10.1016 / S1011-1344 (02) 00245-2. PMID  11960728.
  21. ^ 1967 Nobelova cena za medicínu

Další čtení

externí odkazy