Molekylär mekanism av visuell signaltransduktion
Transducin (Gt) är en heterotrimerisk G-protein (α, β, γ underenheter) som kopplar fotonabsorption av rhodopsin till fosfodiesteras (PDE6) kaskad i stav- och tappphotoreceptorer.
Fototransduktionskaskad (stavväg)
- Fotonabsorption: 11-cis-retinal i rhodopsin isomeriserar till all-trans → konformationsförändring till metarhodopsin II (R*).
- R* aktiverar transducin: Katalyserar GDP→GTP-utbyte på Gαt (hastighet: ~100–1000 transduciner/R*).
- Underenhetsdissociation: Gαt-GTP separeras från Gβγ.
- PDE6-aktivering: Gαt-GTP binder inhibitiva γ-underenheter av PDE6 → lägger loss inhibition av katalytiska α/β-underenheter.
- cGMP-hydrolys: Aktiverad PDE6 hydrolysrar snabbt cGMP → [cGMP] faller.
- Kanalstängning: cGMP-gated katjonkanaler (CNGA1/CNGB1) stängs → Na⁺/Ca²⁺-influx stoppar.
- Hyperpolarisering: Fotoreceptormembranpotential rör sig från ~–40 mV till –70 mV → minskat glutamatfrigivning.
- Signalförstärkning: Enstaka R* aktiverar hundratals transduciner → varje PDE hydrolysrar ~1000 cGMP/s → massiv förstärkning.
Signalavslutning (Återställning)
- R* Kväving: Rhodopsinkinas (GRK1) fosforylerar R* → arrestinbindning.
- Gαt GTPas: Inhära GTPas-aktivitet (accelererad av RGS9) hydrolysrar GTP → GDP.
- Reassociation: Gαt-GDP + Gβγ → inaktiv heterotrimer.
- PDE6-inaktivering: γ-underenheter binder tillbaka katalytiska underenheter.
- cGMP-återställning: Guanylatcyklas (GCAP1/2 reglerad) syntetiserar cGMP → kanaler öppnas igen.
Ljusanpassning
- Bakgrundsljus → stadigt cGMP-minskning → kanaler delvis stängda → svar komprimerat (Weber-Fechner lag).
- Kalciumåterkoppling via GCAPs och recoverin modular gain.
Klinisk relevans
- Mutationer i GNAT1 (Gαt), PDE6A/B, CNGA1 orsakar medfödd stationär nattblindhet eller retinitis pigmentosa.
- Transducin-translokation mellan yttre och inre segment sker vid ljus/mörkeranpassning.
