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Signaltransduktion in den Fotosensoren

  •  IMPP-Relevanz
  • Lesezeit: 8 min
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Steckbrief

Die Fototransduktion ist am besten untersucht in den Stäbchen. Ihr lichtsensitives Pigment ist das Rhodopsin, bestehend aus dem Proteinanteil Opsin und dem Chromophor 11-cis Retinal, welcher kovalent an das Opsin gebunden ist.

Bei Dunkelheit werden in der Zellmembran der Stäbchenzelle CNG-Kanäle aktiv durch ein gebundenes cGMP offen gehalten, so dass Na+ und Ca2+ in die Zelle einströmen kann. Die Zelle wird dabei bis auf ca. – 40 mV depolarisiert. Dieses Ruhepotenzial veranlasst die Zelle, ständig den Neurotransmitter Glutamat freizusetzen, der das Dunkelsignal weiterleitet.

Bei Belichtung geschieht Folgendes:

  1. Ein Photon (= Lichtreiz) wird von 11-cis-Retinal absorbiert und dieses isomerisiert dabei zu all-trans-Retinal.

  2. Dadurch entsteht eine Konformationsänderung im Rhodopsin, wobei dieses in Metarhodopsin II umgewandelt wird.

  3. Metarhodopsin II aktiviert das G-Protein Transducin, welche in der Folge wiederum eine cGMP-Phosphodiesterase aktiviert.

  4. Die Phosphodiesterase spaltet das cGMP, die CNG-Kanäle schließen sich und der Dunkelstrom wird abgeschaltet.

  5. Die Folge davon ist, dass die Zelle hyperpolarisiert und kein Glutamat mehr freigesetzt wird. Der Abfall der Glutamatfreisetzung wird als Lichtsignal weitergegeben.

Beendigung der Transduktion:

Das Metarhodopsin II zerfällt in Opsin und all-trans-Retinal, welches zu 11-cis-Retinal regeneriert wird und wieder mit Opsin zu Rhodopsin reagiert.

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    Rhodopsin

    Das lichtsensitive Pigment der Stäbchen ist das Rhodopsin. Es befindet sich in hoher Dichte in den Membranscheibchen des Außensegments. Sein adäquater Reiz ist die Absorption eines Photons (Lichtquants).

    Das Rhodopsin besteht aus zwei Komponenten: Einem Membranprotein mit sieben membrandurchspannenden Domänen, dem Opsin, und einem Chromophor, dem 11-cis-Retinal, einem Vitamin-A-Derivat. Dabei ist die Aldehydgruppe des 11-cis-Retinals kovalent an die ε-Aminogruppe eines Lysylrests in der 7. Transmembrandomäne des Opsins gebunden, sodass eine Schiff-Base entsteht. Seine hohe Dichte in den aufeinanderfolgenden Membranschichten erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon bei seinem Weg durch das Außensegment absorbiert wird.

    Entstehung des Rhodopsins

    Die Aldehydgruppe des 11--Retinals wird kovalent an die ε-Aminogruppe eines Lysylrests des Opsins gebunden. Es entsteht die Schiff-Base Rhodopsin.

    Image description
    Amplifikation in einem Fotorezeptor (Stäbchen)

    Transducine sind G-Proteine, die für Fotorezeptoren spezifisch sind. Bei den Na+-Kanälen handelt es sich um cGMP-abhängige Kationenkanäle, nicht um spannungsabhängige Na+-Kanäle.

    (Quelle: Gekle et al., Taschenlehrbuch Physiologie, Thieme, 2015)
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      zuletzt bearbeitet: 04.12.2022
      Fachlicher Beirat: Prof. Dr. Erhard Wischmeyer, 03.03.2022
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