Ερευνητές της Charité – πανεπιστημιακής ιατρικής κλινικής του Βερολίνου, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Nanchang της Κίνας, κατάφεραν για πρώτη φορά να αποτυπώσουν τη μοριακή δομή και των τριών ανθρώπινων χρωστικών πρωτεϊνών που είναι υπεύθυνες για την έγχρωμη όραση, τη στιγμή που βρίσκονται σε ενεργή κατάσταση.
Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο κορυφαίο επιστημονικό περιοδικό “Science”, φωτίζουν τον μηχανισμό με τον οποίο το ανθρώπινο μάτι αντιλαμβάνεται τα χρώματα και ανοίγουν νέους δρόμους για την κατανόηση και τη θεραπεία οφθαλμικών παθήσεων.
Το ανθρώπινο μάτι διαθέτει περίπου έξι εκατομμύρια κωνία στον αμφιβληστροειδή, τα οποία περιέχουν τρεις διαφορετικούς τύπους φωτοευαίσθητων πρωτεϊνών, γνωστών ως οψίνες.
Κάθε μία από αυτές είναι εξειδικευμένη στην ανίχνευση διαφορετικού μήκους κύματος φωτός: του μπλε, του πράσινου και του κόκκινου. Ο συνδυασμός των σημάτων που λαμβάνει ο εγκέφαλος από τις τρεις αυτές οψίνες επιτρέπει στον άνθρωπο να διακρίνει εκατοντάδες χρωματικές αποχρώσεις.
Κεντρικό ρόλο στη διαδικασία παίζει το ρετινάλ, ένα παράγωγο της βιταμίνης Α, το οποίο είναι προσδεδεμένο στις οψίνες. Όταν το φως προσπίπτει πάνω του, το μόριο αλλάζει μορφή, προκαλώντας μεταβολή στη δομή της οψίνης.
Η αλλαγή αυτή ενεργοποιεί μια αλυσίδα βιοχημικών αντιδράσεων μέσω μιας πρωτεΐνης G, μετατρέποντας το φωτεινό ερέθισμα σε νευρικό σήμα που τελικά ερμηνεύεται από τον εγκέφαλο ως χρώμα.
Η αποκάλυψη της δομής των οψινών αποτέλεσε επί δεκαετίες σημαντική επιστημονική πρόκληση, καθώς οι συγκεκριμένες πρωτεΐνες είναι εξαιρετικά σπάνιες και δύσκολες στην απομόνωσή τους. Ο
Οι ερευνητές κατάφεραν να τις παραγάγουν σε κυτταρικές καλλιέργειες, να τις ενεργοποιήσουν, να τις απομονώσουν και στη συνέχεια να τις καταψύξουν ταχύτατα σε θερμοκρασία περίπου -150 βαθμών Κελσίου, ώστε να διατηρηθούν στην ενεργή τους μορφή.
Με τη βοήθεια της κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας κατέγραψαν εικόνες εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης και ανακατασκεύασαν με ακρίβεια την τρισδιάστατη δομή των πρωτεϊνών.
Η μελέτη αποκάλυψε ότι η οψίνη που ανιχνεύει το μπλε φως παρουσιάζει σημαντικές ομοιότητες με τη ροδοψίνη, τη φωτοευαίσθητη πρωτεΐνη των ραβδίων που ευθύνεται για την ασπρόμαυρη όραση σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού.
Αντίθετα, οι οψίνες που αντιδρούν στο πράσινο και το κόκκινο φως εμφανίζουν σημαντικές δομικές διαφορές, κυρίως στο περιβάλλον των αμινοξέων γύρω από το ρετινάλ. Οι διαφορές αυτές εξηγούν γιατί κάθε οψίνη είναι ευαίσθητη σε διαφορετικά μήκη κύματος του φωτός.
Τα ευρήματα αποκτούν ιδιαίτερη σημασία και για την ιατρική, καθώς οι οψίνες ανήκουν στην οικογένεια των υποδοχέων που συνδέονται με πρωτεΐνες G (GPCR), μία από τις σημαντικότερες κατηγορίες πρωτεϊνών-στόχων για τη σύγχρονη φαρμακευτική έρευνα.
Η λεπτομερής γνώση της δομής τους αναμένεται να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τις γενετικές μεταλλάξεις που σχετίζονται με διαταραχές της όρασης και ορισμένες οφθαλμικές παθήσεις, συμβάλλοντας μελλοντικά στην ανάπτυξη νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων.
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει ήδη το επόμενο βήμα, που αφορά τη μελέτη της μελανοψίνης, μιας ακόμη φωτοευαίσθητης πρωτεΐνης του αμφιβληστροειδούς. Σε αντίθεση με τις οψίνες της έγχρωμης όρασης, η μελανοψίνη δεν συμβάλλει στην αντίληψη των χρωμάτων, αλλά διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση του κιρκάδιου ρυθμού και του κύκλου ύπνου-αφύπνισης.
Προσθέστε το iatronet.gr στο Discover
Ειδήσεις υγείας σήμερα
Μικροβίωμα του εντέρου: Πού συμβάλλει και πώς επηρεάζεται από τη διατροφή
Η ολοκληρωμένη ρουτίνα που βοηθά στον έλεγχο της λιπαρότητας και των ατελειών
Υγεία και φύλο: Ποιος επιτρέπεται να είναι ευάλωτος [έρευνα]
