Ciclo visivo: stadi, opsina

Il ciclo dei retinoidi, chiamato anche ciclo visivo, è un sistema complesso che fornisce i composti necessari alla luce per attivare i recettori negli occhi. George Wald, il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 1967, descrisse per la prima volta, in dettaglio questo ciclo.

I fotorecettori che si trovano nella retina nella parte posteriore dell’occhio sono i bastoncelli e i coni. I bastoncelli sono coinvolti nella visione in condizioni di scarsa illuminazione e si trovano attorno ai bordi della retina, quindi sono importanti anche nella visione periferica.

I coni mediano il rilevamento di diversi colori e consentono di percepire dettagli e cambiamenti d’immagine più rapidi rispetto ai bastoncelli, poiché i loro tempi di risposta agli stimoli sono più veloci.

Il ciclo visivo è una catena di reazioni biochimiche che rigenerano il pigmento visivo in seguito all’esposizione alla luce. Il ciclo visivo classico inizia con la conversione di un singolo fotone di energia luminosa in un segnale elettrico nella retina. Questa trasduzione del segnale avviene a causa di un recettore accoppiato a proteine ​​G (GPCR)  chiamato opsina, che contiene un cromoforo retinico 11- cis .

Opsina

Sia i coni che i bastoncelli contengono l’opsina che è una è una proteina transmembrana  fotosensibile.

L’opsina è costituita da 348 amminoacidi, legati insieme in modo covalente per formare un’unica catena. Essa è necessaria per la fototrasduzione, dove la luce che colpisce la retina è trasformata in un segnale elettrico al cervello attraverso il nervo ottico. L’opsina è un recettore accoppiato alle proteine ​​G, che, quando attivate, danno luogo a una cascata di altre reazioni che portano alla produzione di segnali elettrici al cervello.

Le molecole di opsina si combinano con il cromoforo 11-cis-retinale, appartenente alla classe dei retinoidi, per formare la rodopsina che è il principale pigmento presente nei bastoncelli. Quando la luce stimola i fotorecettori l’11-cis-retinale isomerizza a tutto-trans-retinale che è rilasciato dall’opsina

Affinché le cellule possano essere nuovamente stimolate con conseguente invio di segnali al cervello, il tutto-trans-retinale deve essere trasformato nuovamente in 11-cis-retinale.

La maggior parte di questo processo si verifica in una sezione della retina chiamata epitelio pigmentato retinico o cellule RPE. Queste ultime assorbono gli eccessi di stimolo luminoso e trasportano ossigeno e nutrimento e le cellule morte tra i fotorecettori.

Stadi del ciclo visivo

Il ciclo visiva inizia dopo che la luce colpisce la retina e stimola un fotorecettore, producendo il tutto-trans-retinale

1. Il tutto-trans-retinale è pompato fuori dai fotorecettori dalla proteina trasportatrice ABCA4 e ridotto in tutto-trans -retinolo dalle retinolo deidrogenasi.
2. Il tutto-trans -retinolo si diffonde nelle cellule RPE legandosi alla proteina legante il retinolo (RPB) che è una glicoproteina lipofila specificamente secreta dai fotorecettori
3. La lecitina retinolo aciltransferasi (LCAT) esterifica il tutto-trans -retinolo in esteri retinilici
4. Questi esteri retinilici sono immagazzinati nei retinosomi che sono corpi lipidici nelle cellule RPE utilizzate per la conservazione dei metaboliti.
5. Gli esteri retinilici possono quindi essere nuovamente modificati dalla isomeroidrolasi retinoide in 11 – cis -retinolo
6. Infine, l’11-cis retinolo deidrogenasi appartenente alla classe delle ossidoreduttasi ossida l’11-cis -retinolo in 11- cis-retinale.
7. Quest’ultimo si diffonde quindi fuori dalla cellula RPE nel fotorecettore con l’aiuto della proteina legante il retinolo, dove si ricombina con l’opsina pronta per la stimolazione.

Patologie

Il ciclo visivo è molto importante per consentire la fototrasduzione continua nella retina e senza di esso l’occhio non sarebbe in grado di funzionare.

In esso sono coinvolti enzimi e proteine e quindi la loro mutazione può provocare molti tipi di patologie.

Ad esempio, una mutazione del gene  ABCA4 può provocare la degenerazione maculare o l’amaurosi congenita di Leber che causano la perdita della vista. Altre possibili malattie sono  la cecità notturna stazionaria congenita e la retinite pigmentosa.