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내몸감각시각

시각수용체 : 로돕신, 메타로돕신

시각 메커니즘 : 수용체, 경로
- 색각의 진화
- 색의 원리와 시각의 탄생,

눈 eye 구조
- 눈구조 : 레티나
- 수용체 : 로돕신 = 옵신+레티날
- 시신경 : oculomotor
- 시각 : 다양한 눈, 시각의 형태


비타민 A
- Bacteriorhodopsin









빛이 광수용세포의 광수용성 세포에 도달하게 되면, 그 색소는 모양을 바꾼다. 간상세포에서 발견되는 광수용색소인 로돕신(Rhodopsin)은 레티날(Retinal. 비타민 A에서 유래된)이라 불리는 생체 분자와 공유결합으로 붙어 있는 거대한 단백질인 옵신(Opsin)으로 이루어져 있다. 레티날은 어두운 상태에서는 11-cis-레티날의 형태로 존재하나, 빛에 의해 자극받으면 all-transe- 레티날의 형태로 바뀐다. 이 구조 변화는 옵신을 변화시키게 되고, 옵신의 변화는 최종적으로 transducin(G protein의 한 종류)이라는 조절 단백질을 활성시키게 된다. 이 단백질은 cGMP를 5‘-GMP로 만드는 탈인산화효소를 활성화시킨다. cGMP의 감소는 이온 채널을 닫게 만들어 양이온의 유입을 막고, 과분극 된 세포는 신경전달물질의 분비를 멈추게 된다. 원추세포는 신경전달물질로 acetylcholine을 사용하는 반면, 간상세포는 다양한 물질을 사용한다. 빛이 감각반응을 일으키는 이 일련의 과정들을 시각 광신호전달 과정이라 부른다.
간상세포에 있는 광수용색소인 로돕신 단 하나의 활성만으로도 세포 안에서의 큰 반응을 일으킬 수 있는데, 이유는 신호가 증폭되기 때문이다. 활성된 로돕신 한 분자는 수백 개의 transducin을 활성화시킬 수 있고, 활성된 transducin은 탈인산화효소들을 활성시키게 되어 1초에 수천개의 cGMP가 분해되게 된다. 그러므로 간상세포는 아주 적은 빛에 의해서도 큰 반응을 하게 된다. 레티날은 비타민 A로부터 유도된 성분이기 때문에 비타민 A의 결핍은 간상세포에서 필요한 색소의 결핍을 유발하게 된다. 그렇게 되면 더 적은 간상세포가 어두운 상태에서 작용하게 되고, 원추세포는 어둠속에서의 약한 빛은 잘 감지하지 못하기 때문에 밤에 잘 보지 못하는 야맹증에 걸리게 된다.

간상세포는 밝은 빛이 비춘 이후 원래의 상태로 빠르게 돌아가기 위해 세 가지 기작을 사용한다.
첫째로, 로돕신 인산화효소(Rhodopsin kinase. RK)가 방출되어서, 활성화된 로돕신의 여러 개의 세린(serine)으로 이루어 진 꼬리부분을 인산화시킨다. 또한 일부는 transducin의 활성을 억제한다. 또한 억제 단백질인 arrestin이 인산화된 로돕신에 붙음으로써 로돕신이 활성화되는 것을 억제한다. arrestin이 로돕신을 억제하는 동안에 RGS단백질(GTPase활성 단백질)이 활성되어서 GTP를 사용하는 G-protein 인 transducin의 작용을 멈춰버리기 위해 GTP를 GDP로 만들도록 한다.또한 cGMP에 의해 열리는 채널은 소듐이온 뿐만 아니라 칼슘이온도 일부 들어오게 하기 때문에, cGMP의 감소에 의한 채널의 닫힘은 칼슘 이온의 유입을 막아버리는 효과를 낳는다. 칼슘이온의 감소는 칼슘 이온 민감성 단백질을 활성시키게 되고, 이 단백질은 cGMP를 다시 만들기 위한 guanylyl cyclase를 활성시키게 되어 cGMP의 농도는 빠른 속도로 원래 농도를 회복하게 된다. cGMP에 의해 다시 열리게 된 이온 채널은 막전위를 다시 탈분극시키게 된다.
간상세포가 긴 시간동안 밝은 빛에 노출되게 되면 환경에 순응하게(적응하게) 된다. 로돕신은 rhodopsin kinase에 의해 인산화되기 때문에 로돕신에는 많은 arrestin이 붙어있게 될 것이다.

arrestin의 결합은 적어도 두가지 방법으로 민감도를 저하시키게 된다. 첫째로 arrestin은 G protein과 로돕신의 활성부위가 만나는 것을 방해한다. 두 번째로, arrestin은 로돕신이 clathrin 이라는 내포기작에 관련있는 단백질과 결합하도록 하는데, 이로 인해 광수용기는 내포되어 세포 안으로 함입되게 된다.





40kD cross membrane protein with 7α helices and 348 amino acids.


photoisomerization






우리나라 연구진이 눈에서 빛을 감지해 뇌로 시각신호를 전달하는 과정에서 만들어지는 단백질의 결정구조를 세계 최초로 밝혔다. 이 연구는 실명 등 안과질환을 예방하고 치료하는 데 유용하게 쓰일 것으로 전망된다. 최희욱 전북대 화학과 교수팀은 눈으로 본 영상을 뇌로 전하는 데 중요한 역할을 하는 중간 단백질인 ‘메타 로돕신Ⅱ’의 구조를 밝혀 과학학술지 ‘네이처’ 10일자에 발표했다. 눈 속에서 빛에 반응하는 ‘로돕신’이라는 단백질은 시각신호를 전달하면서 구조가 여러 차례 바뀐다. 로돕신은 빛이 닿으면 내부 분자가 바뀌며 ‘활성’ 상태가 된다. 활성상태의 로돕신에 신호전달물질이 결합하면서 10만분의 수초 정도의 짧은 시간 동안 구조가 변한다. 변화를 계속하며 단백질은 뇌까지 망막에 전해진 시각신호를 전달한다.

 




 
 
 


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페이스북 올리기            방명록           수정 2015-12-18 / 등록 2011-04-02 / 조회수 : 15965 (182)



우리의 건강을 해치는 불량지식이 없는 아름다운 세상을 꿈꾸며 ...  2009.12  최낙언