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Opsin



Als Opsin bezeichnet man den Proteinanteil eines Sehpigments. Opsine gehören zur Superfamilie der heptahelicalen Transmembranproteine bzw. G-Protein gekoppelten Rezeptoren. So bildet zum Beispiel das 11-cis-Retinal zusammen mit dem Stäbchen-Opsin das lichtempfindliche Pigment-Molekül Rhodopsin, welches den Prozess der visuellen Signaltransduktion auslöst.

Inhaltsverzeichnis

Lokalisierung

Opsin wird bei Wirbeltieren im Wesentlichen in der Verbindung mit Retinal in die Disks des Außensegments der Photorezeptoren eingelagert und macht hier 90 % des Proteinanteils aus. Bei Insekten und anderen Tieren mit Photorezeptoren des Rhabdomer-Typs wird das Protein in die Membran des Mikrovillisaums der Sehzellen eingebaut.

Varianten

Retinal Opsin-Typ Pigment Absorptionswellenlänge λMax in nm Vorkommen
11-cis-RetinalStäbchen-OpsinRhodopsin510 Mensch, Wirbeltiere, Gliederfüßer, Weichtiere
11-cis-RetinalZapfen-OpsinIodopsin 562
3,4-Dehydro-11-cis-retinalStäbchen-OpsinPorphyropsin 522 Süßwasserfische, einige Amphibien
3,4-Dehydro-11-cis-retinalZapfen-OpsinCyanopsin 620
9-cis-RetinalStäbchen-OpsinIso-Rhodopsin487  
9-cis-RetinalZapfen-OpsinIso-Iodopsin515  
3,4-Dehydro-9-cis-retinalStäbchen-OpsinIso-Porphyropsin507  
3,4-Dehydro-9-cis-retinalZapfen-OpsinIso-Cyanopsin575  
13-cis-RetinalBakterien-OpsinBakteriorhodopsin, „Halorhodopsin“560 Halobakterien (lichtgetriebene Protonenpumpe, siehe (Chemiosmotische Kopplung)
  Melanopsin484 Mensch, retinale Ganglienzellen

Defekte

Defekte in den Opsin-Genen der Zapfen können zur Farbenblindheit führen, Defekte im Opsin-Gen der Stäbchen können zu einer Retinitis pigmentosa führen.

Genetik

Die Gene für das Rot- und Grün-Pigment liegen auf dem X-Chromosom, das Gen für das Blau-Pigment auf dem Chromosom Nr. 7.

Das Gen für das Rotpigment liegt bei jedem Menschen nur einmal vor, das Gen für das Grün-Pigment dagegen kann, individuell verschieden, in ein bis drei Kopien als Tandem vorliegen. Damit ist es möglich, dass bei der Meiose auch ungleiche homologe Rekombinationen auftreten können. Da sich die beiden Gene sehr ähnlich sind, kommt es während der Meiose auch zur Paarungen zwischen den homologen Chromosomen, bei welchen sich die sehr ähnlichen Basen-Sequenzen der Rot- und Grün-Gene gegenüberliegen. Je nach Lage des Überkreuzungspunktes kommt es zu unterschiedlichen Ergebnissen des crossing over. Ob nun eine der Farbfehlsichtigkeiten auftritt, hängt davon ab, ob nach der Befruchtung das zweite Geschlechtschromosom einen Defekt kompensieren kann. Bei Frauen verhindert ein zweites, unverändertes X-Chromosom eine Fehlsichtigkeit. Zeigt aber das zweite X-Chromsom die gleichen Abweichungen, können auch Frauen rot- oder grün-blind oder –schwach sein. Da bei Männern das Y-Chromsom keine zu den Pigment-Genen homologen Gene aufweist, tritt bei ihnen ein Defekt mit 100 %iger Wahrscheinlichkeit auf.

Genetischer Defekt Möglicher Phänotyp
Totalverlust eines Grün-Gensgrünblind, dichromat
Hinzufügung eines Grün-Gensnormal
Hybrid-Generotblind, dichromat
grünschwach, trichriomat
rotschwach, trichromat

Eine Verdopplung des Rot-Gens ist sehr selten, weil es am Ende der Kette der hintereinander aufgereihten Pigment-Gene liegt.

Hybride Gene entstehen durch Austausch von Abschnitten zwischen Rot- und Grün-Gen. Je nach Anteil der einzelnen Gen-Abschnitte kommt es zum Ausfall des Rot- oder Grün-Gens oder zur Ausbildung von Pigmenten mit abweichenden Absorptionsmaxima. So genügt es, dass beim Grün-Pigment an der Position 285 die Aminosäure Alanin durch die Aminosäure Threonin ausgetauscht wird, damit das Absorptionsmaximum des Pigments von 535 nm nach 549 nm verschoben ist.

Quellen: [1], [2]

Evolution

  Die Basensequenzen der Rot- und Grün-Gene stimmen zu 98 % überein. Sie sind durch Duplikation aus einem einzigen Vorläufergen entstanden. Da Neuweltaffen auf dem X-Chromosom nur ein einziges Sehpigment haben, muss die Verdopplung nach der Trennung der Genpools der Vorfahren der Alt- und Neuweltaffen durch das Auseinanderdriften von Afrika und Südamerika durch die Kontinentalverschiebung vor etwa 40 Millionen Jahren erfolgt sein.

Die Aminosäuresequenz des Rot-Pigments unterscheidet sich nur in 15 von 364 Aminosäuren, zum Blau-Pigment und zum Rhodopsin bestehen wesentlich mehr Unterschiede.

Quellen: [1], [2]

Siehe auch

  • Farbwahrnehmung


Referenzen

  1. a b Jeremy Nathans, Die Gene für das Farbensehen, in Spektrum der Wissenschaft, April 1989, S. 68 ff.
  2. a b Jürgen Martin, Wenn Rot nicht Rot ist, in Spektrum der Wissenschaft – Spezial, 2005, Heft 5: FarbenS. 74 ff.
 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Opsin aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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