شبكية العين

الريتينال (المعروف أيضًا باسم ريتينالدهيد ) هو كروموفور متعدد الإين . الريتينال، المرتبط ببروتينات تسمى الأوبسينات ، هو الأساس الكيميائي لعملية التحويل الضوئي البصري ، وهي مرحلة الكشف عن الضوء في الإدراك البصري (الرؤية).

تستخدم بعض الكائنات الدقيقة الريتينال لتحويل الضوء إلى طاقة أيضية. تشير إحدى الدراسات إلى أنه قبل حوالي ثلاثة مليارات سنة، كانت معظم الكائنات الحية على الأرض تستخدم الريتينال، بدلاً من الكلوروفيل ، لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة. ولأن الريتينال يمتص الضوء الأخضر في الغالب وينقل الضوء البنفسجي، فقد أدى ذلك إلى ظهور فرضية الأرض البنفسجية . ^{[ 2 ]}

يُعتبر الريتينال نفسه شكلاً من أشكال فيتامين أ عند تناوله من قِبل الحيوانات. يوجد العديد من أشكال فيتامين أ، والتي تتحول جميعها إلى ريتينال، الذي لا يمكن إنتاجه بدونها. يختلف عدد الجزيئات المختلفة التي يمكن تحويلها إلى ريتينال من نوع حيواني لآخر. كان يُطلق على الريتينال في الأصل اسم ريتينين ، ^{[ 3 ]} وأُعيد تسميته ^{[ 4 ]} بعد اكتشاف أنه ألدهيد فيتامين أ . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

تتناول الحيوانات الفقارية الريتينال مباشرةً من اللحوم، أو تُنتجه من الكاروتينات - إما من ألفا كاروتين أو بيتا كاروتين - وكلاهما من الكاروتينات . كما تُنتجه أيضًا من بيتا كريبتوكسانثين ، وهو نوع من الزانثوفيل . يجب الحصول على هذه الكاروتينات من النباتات أو الكائنات الحية الأخرى التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي . لا تستطيع الحيوانات تحويل أي كاروتينات أخرى إلى ريتينال. بعض الحيوانات اللاحمة لا تستطيع تحويل أي كاروتينات على الإطلاق. أما الشكلان الرئيسيان الآخران لفيتامين أ - الريتينول وشكله النشط جزئيًا، حمض الريتينويك - فيمكن إنتاجهما من الريتينال.    

تستخدم اللافقاريات مثل الحشرات والحبار أشكالًا مهدرجة من الشبكية في أنظمتها البصرية، والتي تشتق من تحويل الزانثوفيل الأخرى .

تنتج الكائنات الحية الشبكية عن طريق التحلل التأكسدي غير العكوس للكاروتينات. ^{[ 7 ]}

على سبيل المثال:

يتم تحفيزها بواسطة بيتا كاروتين 15،15'-أحادي الأكسجيناز ^{[ 8 ]} أو بيتا كاروتين 15،15'-ثنائي الأكسجيناز. ^{[ 9 ]}

وكما أن الكاروتينات هي سلائف الريتينال، فإن الريتينال هو السلائف للأشكال الأخرى من فيتامين أ. الريتينال قابل للتحويل المتبادل مع الريتينول ، وهو شكل النقل والتخزين لفيتامين أ:

يتم تحفيزها بواسطة إنزيمات نازعة هيدروجين الريتينول (RDHs) ^{[ 10 ]} وإنزيمات نازعة هيدروجين الكحول (ADHs). ^{[ 11 ]}

يُطلق على الريتينول اسم كحول فيتامين أ أو، في أغلب الأحيان، ببساطة فيتامين أ. ويمكن أيضًا أكسدة الريتينال إلى حمض الريتينويك :

يتم تحفيزها بواسطة نازعات هيدروجين الشبكية ^{[ 12 ]} والمعروفة أيضًا باسم نازعات هيدروجين ريتينالدهيد (RALDHs) ^{[ 11 ]} بالإضافة إلى مؤكسدات الشبكية. ^{[ 13 ]}

حمض الريتينويك، الذي يسمى أحيانًا حمض فيتامين أ ، هو جزيء إشارة وهرمون مهم في الحيوانات الفقارية.

الريتينال هو صبغة مترافقة . في عيون الفقاريات ، يبدأ الريتينال بتكوين 11- سيس -ريتينال، والذي - عند التقاط فوتون ذي طول موجي مناسب - يستقيم إلى تكوين ترانس -ريتينال كامل. يدفع هذا التغير في التكوين بروتين الأوبسين في الشبكية ، مما يحفز سلسلة من الإشارات الكيميائية، ينتج عنها إدراك الضوء أو الصور بواسطة الدماغ. يعتمد طيف امتصاص الصبغة على تفاعلاتها مع بروتين الأوبسين المرتبط بها، بحيث تمتص مركبات الريتينال-أوبسين المختلفة فوتونات بأطوال موجية مختلفة (أي ألوان مختلفة من الضوء).  

الأوبسينات

يرتبط الريتينال بالأوبسينات ، وهي مستقبلات مقترنة بالبروتين G (GPCRs). ^{[ 14 ] [ 15 ]} تحتوي الأوبسينات، مثل غيرها من مستقبلات GPCRs، على سبعة حلزونات ألفا عبر الغشاء متصلة بست حلقات. وتوجد في الخلايا المستقبلة للضوء في شبكية العين. الأوبسين الموجود في الخلايا العصوية للفقاريات هو الرودوبسين . تُشكّل العصي أقراصًا تحتوي على جزيئات الرودوبسين في أغشيتها، وتقع هذه الأقراص بالكامل داخل الخلية. يمتد الطرف الأميني (N-terminus ) للجزيء إلى داخل القرص، بينما يمتد الطرف الكربوكسيلي (C-terminus) إلى سيتوبلازم الخلية. أما الأوبسينات الموجودة في الخلايا المخروطية فهي OPN1SW و OPN1MW و OPN1LW . تُشكّل المخاريط أقراصًا غير مكتملة تُشكّل جزءًا من الغشاء البلازمي ، بحيث يمتد الطرف الأميني (N-terminus) إلى خارج الخلية. في الأوبسينات، يرتبط الريتينال تساهميًا بالليسين ^{[ 16 ]} في اللولب السابع عبر الغشاء ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} من خلال قاعدة شيف . ^{[ 20 ] [ 21 ]} يتضمن تكوين رابطة قاعدة شيف إزالة ذرة الأكسجين من الريتينال وذرتي هيدروجين من مجموعة الأمين الحرة لليسين، مما ينتج عنه H2O _. الريتينيليدين هو المجموعة ثنائية التكافؤ المتكونة من إزالة ذرة الأكسجين من الريتينال، ولذلك تُسمى الأوبسينات ببروتينات الريتينيليدين .

الأوبسينات هي مستقبلات نموذجية مقترنة بالبروتين G (GPCRs). ^{[ 22 ]} كان رودوبسين الماشية، وهو أوبسين الخلايا العصوية، أول مستقبل مقترن بالبروتين G يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية فيه ^{[ 23 ]} وبنيته ثلاثية الأبعاد (عن طريق علم البلورات بالأشعة السينية ). ^{[ 18 ]} يحتوي رودوبسين الماشية على 348 حمضًا أمينيًا . يرتبط الريتينال كصبغة عند الليسين 296. ^{[ 18 ] [ 23 ] هذا} الليسين محفوظ في جميع الأوبسينات تقريبًا، ولم يفقده سوى عدد قليل منها خلال التطور . ^{[ 24 ]} الأوبسينات التي لا تحتوي على الليسين المرتبط بالريتينال ليست حساسة للضوء. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} قد يكون لهذه الأوبسينات وظائف أخرى. ^{[ 26 ] [ 24 ]}

على الرغم من أن الثدييات تستخدم الشبكية حصريًا كصبغة أوبسين، فإن مجموعات أخرى من الحيوانات تستخدم أيضًا أربع صبغات وثيقة الصلة بالشبكية: 3،4-ثنائي هيدرو ريتينال (فيتامين أ ₂ )، و(3 R )-3-هيدروكسي ريتينال، و(3 S )-3-هيدروكسي ريتينال (كلاهما فيتامين أ ₃ )، و(4 R )-4-هيدروكسي ريتينال (فيتامين أ ₄ ). تستخدم العديد من الأسماك والبرمائيات 3،4-ثنائي هيدرو ريتينال، والذي يُسمى أيضًا ثنائي هيدرو ريتينال . باستثناء رتبة ذباب سيكلورافا (الذباب الأعلى)، تستخدم جميع الحشرات التي تم فحصها المتصاوغ المرآتي ( R ) من 3-هيدروكسي ريتينال. ومن المتوقع وجود المتصاوغ المرآتي ( R ) إذا تم إنتاج 3-هيدروكسي ريتينال مباشرةً من كاروتينات الزانثوفيل . تستخدم حشرات السيكلورافان، بما في ذلك ذبابة الفاكهة ، ( 3S )-3-هيدروكسي ريتينال. ^{[ 28 ] [ 29 ]} وقد وُجد أن حبار اليراعات يستخدم ( 4R )-4-هيدروكسي ريتينال.

دورة بصرية

تُعدّ دورة الإبصار مسارًا إنزيميًا دائريًا ، وهي المرحلة الأولى من عملية تحويل الإشارة الضوئية. وتُعيد هذه الدورة إنتاج 11- سيس -ريتينال. على سبيل المثال، تكون دورة الإبصار في الخلايا العصوية لدى الثدييات كما يلي:

1. إستر الريتينيل المتحول بالكامل + H2O _→ 11- سيس -ريتينول + حمض دهني ؛ إنزيمات RPE65 المتماثلة؛ ^{[ 30 ]}
2. 11- cis -retinol + NAD ⁺ → 11- cis -retinal + NADH + H ⁺ ; 11- cis -retinol dehydrogenases;
3. 11- cis -retinal + aporhodopsin → rhodopsin + H ₂ O; يشكل رابطة قاعدة شيف مع الليسين ، -CH=N ⁺ H-؛
4. رودوبسين + hν → ميتارودوبسين II (أي، 11- cis يتحول ضوئياً إلى all- trans ):

   (رودوبسين + hν → فوتورودوبسين → باثورودوبسين → لوميرودوبسين → ميتارودوبسين I → ميتارودوبسين II)؛

5. ميتارودوبسين II + H ₂ O → أبورودوبسين + جميع أنواع الشبكية المتحولة ؛
6. جميع أنواع الريتينال المتحول + NADPH + H ⁺ → جميع أنواع الريتينول المتحول + NADP ^{+ ؛} نازعات هيدروجين جميع أنواع الريتينول المتحولة ؛
7. جميع أنواع الريتينول المتحول + حمض دهني → جميع أنواع إستر الريتينيل المتحول + _H2O ؛ إنزيمات أسيل ترانسفيراز الليسيثين والريتينول (LRATs). ^{[ 31 ]}

تحدث الخطوات 3 و 4 و 5 و 6 في الأجزاء الخارجية للخلايا العصوية ؛ وتحدث الخطوات 1 و 2 و 7 في خلايا ظهارة الصباغ الشبكي (RPE).

إن إنزيمات RPE65 إيزوميروهيدرولاز متماثلة مع إنزيمات بيتا كاروتين مونوأكسيجيناز؛ ^{[ 7 ]} يمتلك إنزيم ninaB المتماثل في ذبابة الفاكهة نشاط أوكسيجيناز الكاروتينويد المُكوِّن للشبكية ونشاط إيزوميراز من نوع all- trans إلى 11- cis . ^{[ 32 ]}

يُعدّ الريتينال الكامل المتحول (all- trans- retinal) مكونًا أساسيًا للأوبسينات الميكروبية ، مثل البكتيريورودوبسين ، والقناة رودوبسين ، والهالورودوبسين ، والتي تلعب دورًا هامًا في عملية التمثيل الضوئي اللاهوائي للبكتيريا والعتائق . في هذه الجزيئات، يُحوّل الضوء الريتينال الكامل المتحول إلى ريتينال 13- سيس ، والذي يعود بدوره إلى الريتينال الكامل المتحول في الظلام. لا ترتبط هذه البروتينات تطوريًا بالأوبسينات الحيوانية، وليست من مستقبلات البروتين المقترن بالبروتين ج (GPCRs)؛ واستخدامها للريتينال معًا هو نتيجة للتطور التقاربي . ^{[ 33 ]}

بحلول عام 1958، كان عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي جورج والد وآخرون قد حددوا الدورة البصرية. وبفضل عمله، فاز والد بجزء من جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء لعام 1967 مع هالدن كيفر هارتلاين وراجنار جرانيت . ^{[ 34 ]}

• فرضية الأرض الأرجوانية
• الجهاز العصبي الحسي
• الإدراك البصري
• التحويل الضوئي البصري

• الخطوات الأولى للرؤية - المتحف الوطني للصحة
• الرؤية والتغيرات الجزيئية الناتجة عن الضوء
• تشريح الشبكية والقدرات البصرية
• شبكية العين ، إمبريال كوليدج، مكتبة الكيمياء الافتراضية