Opsin

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Opsin ist der Proteinanteil des Rhodopsins, der zur Superfamilie der heptahelicalen Transmembranproteine bzw. G-Protein gekoppelten Rezeptoren gehört. Zusammen mit Retinal bildet Opsin das lichtempfindliche Pigment-Molekül Rhodopsin, das den Beginn der visuellen Signaltransduktion bildet.

[Bearbeiten] 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.

[Bearbeiten] Varianten

Retinal	Opsin-Typ	Pigment	Absorptionswellenlänge λ_Max in nm	Vorkommen
11-cis-Retinal	Stäbchen-Opsin	Rhodopsin	510	Mensch, Wirbeltiere, Gliederfüßer, Weichtiere
11-cis-Retinal	Zapfen-Opsin	Iodopsin	562	Mensch, Wirbeltiere, Gliederfüßer, Weichtiere
3,4-Dehydro-11-cis-retinal	Stäbchen-Opsin	Porphyropsin	522	Süßwasserfische, einige Amphibien
3,4-Dehydro-11-cis-retinal	Zapfen-Opsin	Cyanopsin	620	Süßwasserfische, einige Amphibien
9-cis-Retinal	Stäbchen-Opsin	Iso-Rhodopsin	487
9-cis-Retinal	Zapfen-Opsin	Iso-Iodopsin	515
3,4-Dehydro-9-cis-retinal	Stäbchen-Opsin	Iso-Porphyropsin	507
3,4-Dehydro-9-cis-retinal	Zapfen-Opsin	Iso-Cyanopsin	575
13-cis-Retinal	Bakterien-Opsin	Bakteriorhodopsin, „Halorhodopsin“	560	Halobakterien (lichtgetrieben Protonenpumpe, siehe (Chemiosmotische Kopplung)
		Melanopsin		Mensch, einige Ganglienzellenen

[Bearbeiten] Defekte

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

[Bearbeiten] 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-Gens	grünblind, dichromat
Hinzufügung eines Grün-Gens	normal
Mosaik-Gene	rotblind, 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.

Mosaik-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]

[Bearbeiten] Evolution

hypothetischer Opsin-Stammbaum des Menschen auf Grund der Übereinstimmungen in den Basensequenzen der Opsin-Gene

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]

[Bearbeiten] Siehe auch

Farbwahrnehmung

[Bearbeiten] Referenzen

↑ ^a ^b Jeremy Nathans, Die Gene für das Farbensehen, in Spektrum der Wissenschaft, April 1989, S. 68 ff.
↑ ^a ^b Jürgen Martin, Wenn Rot nicht Rot ist, in Spektrum der Wissenschaft – Spezial, 2005, Heft 5: FarbenS. 74 ff.