Rhodopsin

 

 

Zyklusvorlesung "Sinnesphysiologie - vom Ionenkanal zum Verhalten"

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Sehen: das Auge
I. Aufbau des menschlichen Auges
II. Signalverarbeitung in der Netzhaut

Themen:
Rhodopsin
 
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Das lichtabsorbierende Pigment Rhodopsin ist in den Disks des Photorezeptor-Außensegments konzentriert. Oben rechts zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einen Längsschnitt durch ein Stäbchenaußensegment. Erkennbar ist die Plasmamembran und die davon isolierte Membran der Disks. Der Abstand zwischen Plasmamembran und Disks entspricht etwa 50 nm. Beim Menschen enthalten die Außensegmente etwa 800 Disks. Das lichtempfindliche Pigment Rhodopsin ist in die Membranen der Disks eingebaut und zwar in einer Dichte von ca. 30.000 Molekülen pro µm2). Wegen dieser hohen Packungsdichte wird ein Photon, das sich entlang der Längsachse des Außensegments bewegt (auf der Abbildung von unten links nach oben rechts) mit hoher Wahrscheinlichkeit auf ein Rhodopsinmolekül treffen. Das ist eine wichtige Voraussetzung für die Fähigkeit des Auges, einzelne Photonen wahrzunehmen.
 
Walter H. Schröder, Forschungszentrum Jülich
 
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Oben links: Raummodell der Faltung eines Rhodopsinmoleküls in der Diskmembran. Das Molekül hat 7 Membranregionen (gelbe Säulen), der N-terminus liegt im Diskinnenraum (hier unterhalb der Diskmembran), der C-Terminus im Zytoplasma (hier oberhalb der Diskmembran). Der Chromophor Retinal ist in seiner 11-cis Konformation dargestellt, die im Dunkeln vorliegt.
 
Oben rechts: Retinal, der Chromophor des Rhodopsins, ist ein Derivat des Vitamin A (Retinol). Im Dunkeln liegt Retinal als 11--Isomer vor . Bei Absorption eines Photons kommt es zur Isomerisierung des Moleküls: Durch eine Drehung der Bindung zwischen dem 11. und 12. Kohlenstoffatom gelangt das Molekül in die -trans-Konfiguration , die die Aktivierung des Rhodopsins auslöst. Im Dunkeln isomerisiert -trans-Retinal wieder in die 11--Form und verbindet sich mit einem neuen Opsinmolekül zu Rhodopsin.

 
Exkurs: Wieviel Energie steckt in Photonen?
 
Um einen Vergleich mit dem wichtigsten chemischen Energieträger im Stoffwechsel, ATP (30 kJ/mol) zu bekommen, wird der Energiegehalt eines "Mols" Photonen berechnet:
 
E = h n    (E: Energie eines Photons; h: Plancksches Wirkungsquantum, 6,62 x 10-34 Js; n: Frequenz des Photons)
n = c/l    (c: Lichtgeschwindigkeit, 3 x 108 m/s; l = Wellenlänge, grün: 500 nm)
E = 3,97 x 10-19J    (Energie eines Grün-Photons)
Energie eines Mols Grün-Photonen: 6 x 1023/mol x 3,97 x 10-19J = 240 kJ/mol
 
Der Energiegehalt von Grün-Photonen ist also 8-mal höher als der von ATP !

 

Rhodopsin: Müller, F. + Kaupp, U.B. (1998) Signaltransduktion in Sehzellen. Naturwissenschaften 85: 49-61
Retinal: Zenner, H.P. + Zrenner, E. (1994) Physiologie der Sinne. Spektrum Verlag, Heidelberg