Opsine

Le opsine sono proteine ​​che si legano a sostanze chimiche reattive alla luce per essere alla base della visione, della fototassi, dei ritmi circadiani e di altre risposte degli organismi mediate dalla luce. Le opsine infatti sono proteine ​​fotorecettive che, quando espresse da un neurone, rendono la membrana plasmatica di queste cellule sensibile alla luce.

Le opsine, che sono recettori accoppiati alle proteine ​​G (GPCR), si trovano negli animali e finora ne sono state identificate più di mille. I pigmenti visivi sono le molecole che assorbono la luce e mediano la visione. Sono costituiti da un’apoproteina, l’opsina, legata covalentemente al cromoforo cis-retinale. La visione avviene attraverso l’assorbimento di un fotone da parte del cis-retinale che viene isomerizzato in trans-retinale. Questa isomerizzazione porta ad un cambiamento di conformazione della proteina.

isomerizzazione
isomerizzazione

Nei vertebrati si trovano generalmente quattro pigmenti diversi. I bastoncelli, che mediano la visione in condizioni di scarsa illuminazione e contengono il pigmento rodopsina. Le cellule coniche, che funzionano in condizioni di luce intensa e sono responsabili della visione dei colori e contengono tre o più pigmenti colorati ad esempio, nei mammiferi: rosso, blu e verde.

La maggior parte degli animali cattura le informazioni sulla luce con la rodopsina e le relative proteine ​​fotosensibili e le utilizza per la visione e per funzioni non visive, come la regolazione del ritmo circadiano dipendente dalla luce. Le proteine ​​fotosensibili sono composte da una porzione proteica costituita da opsina e da una retina cromofora, che è un derivato della vitamina A.

Classificazione delle opsine

L’opsina è una proteina transmembrana con sette alfa eliche che viene attivata quando il retinale subisce una modificazione nella conformazione molecolare a seguito dell’assorbimento della luce. La classificazione delle opsine corrisponde fondamentalmente alle differenze nelle funzioni molecolari, e al loro modo di accoppiamento in modo dipendente dalla luce a diverse cascate di trasduzione del segnale mediate dalle proteine ​​G e all’attività della fotoisomerasi.

rodopsina
rodopsina

Due famiglie di opsine dei vertebrati sono generalmente riconosciute a causa della diversa espressione spaziale e della storia evolutiva. La rodopsina, utilizzata nella visione notturna, è un pigmento visivo dei bastoncelli ed è una proteina integrale di membrana formata da una parte proteica, l’opsina e un gruppo prostetico cromoforo, il retinale.

Le opsine dei coni, impiegate nella visione dei colori, hanno struttura simile a quella della rodopsina, ma diversa sensibilità alla luce. Il picco di assorbimento infatti è a circa 500 nm per la rodopsina, a 420 nm, 534 nm e 564 nm per i tre tipi di conopsine che assorbono rispettivamente nel blu, nel verde e nel rosso. Pertanto le opsine dei coni sono ulteriormente suddivise in base al loro massimo di assorbimento.

Anche le relazioni evolutive, dedotte utilizzando la sequenza amminoacidica delle opsine, sono spesso utilizzate per classificare le opsine dei coni nel rispettivo gruppo. Entrambi i metodi prevedono quattro gruppi generali di opsina del cono oltre alla rodopsina

Funzioni

Oltre ad avviare la fototrasduzione visiva, le opsine svolgono ruoli non visivi dipendenti dalla luce in vari tessuti tra cui la pelle e il cervello, contribuendo a processi come i cambiamenti della pigmentazione, la crescita dei capelli, la maturazione delle gonadi e il trascinamento dei ritmi circadiani.

meccanismo di azione
meccanismo di azione

Negli ultimi anni sono state attribuite varie funzioni aggiuntive alle opsine indipendenti dalla luce. Ad esempio, alcune sono espresse nelle papille gustative dei vertebrati, alla trasduzione degli stimoli sensoriali, e hanno funzioni di pulizia all’interno delle cellule.

Le opsine non visive, scoperte all’inizio degli anni ’90,  svolgono un ruolo anche nella riproduzione stagionale negli uccelli e nello sviluppo neurale nei pesci. La maggior parte degli animali utilizza anche le opsine per il rilevamento della luce extraoculare per il comportamento stagionale e la mimetizzazione.

Sebbene un tempo si credeva che i mammiferi non avessero una capacità di rilevamento della luce extraoculare, prove recenti suggeriscono il contrario. In particolare, l’encefalopsina e la neuropsina mediano il rilevamento della luce extraoculare nei topi. Un altro esempio di opsina non solamente visiva è l’opsina umana OPN2 oltre a mediare la fotorecezione in condizioni di scarsa illuminazione nei bastoncelli retinici, è espressa nella pelle, nei melanociti e nei cheratinociti

 

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