| Themen: |
 Im Dunkeln hält eine relative hohe cGMP-Konzentration (einige µM) die cGMP-gesteuerten Ionenkanäle in der Plasmamenbran offen: die Kanäle leiten den Dunkelstrom. Das Enzym Phosphodiesterase (PDE), das für den Abbau von cGMP zuständig ist, wird durch ein Inhibitorprotein (schwarzer Keil) gehemmt. Im Rhodopsin liegt der Chromophor Retinal in der "geknickten" 11-cis-Form vor, und das Rhodopsin ist inaktiv. Das GTP-bindende Signalübertragungsprotein Transducin liegt als inaktives Trimer vor und hat GDP gebunden. Bei Absorption eines Photons (rechts: grüner Pfeil) wechselt das Retinalmolekül in die "gestreckte" all-trans-Form und zwingt damit das Rhodopsin in seine aktive Konformation. In dieser Form bindet das Pigment Transducin. Transducin wiederum spaltet bei Bindung an Rhodopsin seine aktive a-Untereinheit ab, die ihr GDP gegen GTP austauscht und darauf den PDE-Inhibitor von der PDE übernimmt. Die PDE ist nun aktiv und zerstört (hydrolysiert) cGMP. Infolgedessen sinkt die cGMP-Konzentration im Außensegment rapide ab, und die cGMP-gesteuerten Kanäle schließen - der Dunkelstrom wird unterdrückt. Diese Signaltransdutionskaskade ist erstaunlich effektiv: Ein einmal aktiviertes Rhodopsinmolekül kann bis zu 3000 Transducin-Moleküle aktivieren. Jedes Transducin-Molekül aktiviert ein PDE-Molekül, das innerhalb einer Sekunde bis zu 2000 cGMP-Moleküle hydrolysiert. Ein einziges Photon kann somit theoretisch zum Abbau von 3000 x 2000 = 6 Millionen cGMP führen! Experimentelle Messungen ergaben eine Abschätzung von 250.000 cGMP-Hydrolysen pro absorbiertem Photon. Die aktive a-Untereinheit des Transducins hat eine intrinsische GTPase-Aktivität. Sobald sie GTP gebunden hat, läuft eine Art innerer Uhr: nach kurzer Zeit (< 1 s) wird das gebundene GTP zu GDP + anorganischem Phosphat (P) gespalten, und der PDE-Inhibitor wird wieder frei. Sofort bindet er an PDE und stoppt die cGMP-Hydrolyse. Das Rhodopsin-Molekül bleibt jedoch länger aktiv. Es hat keinen intrinsischen Abschaltmechanismus. Einmal aktiviert, kann jedes Rhodopsin hintereinander bis zu etwa 3000 Transducin-Moleküle aktivieren. Abgeschaltet wird Rhodopsin durch ein besonderes Protein: Arrestin. Der Abschaltvorgang beginnt mit der Phosphorylierung des Rhodopsin C-Terminus durch Rhodopsinkinase. Arrestin bindet an das phosphorylierte Pigment und verhindert jede weitere Aktivierung von Transducin. Das phosphorylierte, inaktive Rhodopsin verliert dann seinen Chromophor, wird dephosphoryliert, nimmt ein neues Molekül 11-cis-Retinal aus dem Pigmentepithel auf und steht dann für erneute Aktivierung durch ein Photon zur Verfügung. |