Fototransduktion

Figure 12: Signalväg för fototransduktion

Fototransduktion äger rum genom en trestegsprocess (se figur 12):

1. Ljus aktiverar pigmentmolekyler i fotoreceptorer - det visuella pigmentet, rhodopsin är både i stavar och tappar uppdelat i två delar. I stavar är dessa delar opsin, inbäddat i membranet, och en ljusabsorberande del, retinal, ett A-vitaminderivat. Retinal kan anta olika isomera konformationer. I sin icke-aktiva form, i vilken retinal är bundet till opsin, innehåller rhodopsin 11-cis-retinal. Även tappar innehåller denna isomer som aktiverbar del, men opsinet är ett speciellt tappopsin vilket är känsligt för olika delar av spektrat för de olika typerna av tappar.

   Då rhodopsin aktiveras i samband med absorption av ljus ändrar retinal konformation från 11-cis till att samtliga bindningar är av trans-typ, s k alltrans. Som ett mellansteg bildas då från rhodopsin metarhodopsin II. Denna molekyl är instabil och delas snart upp i en opsin- och en all-trans-molekyl. Den sistnämnda transporteras till epitelceller där den reduceras till all-trans-retinol (vitamin A), vilket är en prekursor till 11-cis-retinal. Denna transporteras sedan tillbaka till fotoreceptorerna så att den återigen kan binda in till opsin. Då vitamin A ej kan tillverkas av den mänskliga metabolismen måste det tillföras, annars blir följderna nattblindhet och till slut total blindhet.

2. Pigmentmolekyler triggar en signalkaskad som minskar [cGMP] - aktivering av en rhodopsinmolekyl medför att opsinet diffunderar i membranet och aktiverar hundratals transducinmolekyler. Transducin, ett G-protein aktiverar cGMP-fosfodiesteras, som i sin tur effektivt katalyserar nedbrytning av cGMP till 5'-GMP. Denna signalkaskad termineras antingen genom att GTP-molekylen bundet till transducin hydrolyseras eller genom att opsinkinas fosforolyserar opsin, vilket leder till att denna reagerar med arrestin och inaktiveras.

   En sidoeffekt av minskade cGMP-nivåer är att cGMP-beroende Ca $^\textrm{2+}$-kanaler inaktiveras och koncentrationen av Ca $^\textrm{2+}$ minskar. Då Ca $^\textrm{2+}$ inhiberar guanylylcyklas som bildar cGMP kommer följden att bli en negativ återkoppling som ökar mängden cGMP och fotoreceptorn kommer att anpassa sig till den nya ökade ljusnivån.

3. Minskad [cGMP] leder till hyperpolarisation - då koncentrationen av cGMP minskar kommer cGMP-aktiverade Na $^\textrm{+}$-kanaler att inaktiveras, vilket leder till hyperpolarisation.