Az ultragyors képalkotás a látás legkorábbi szakaszaira világít rá – a fizika világa

A rodopszin, az a fehérje, amely lehetővé teszi az embereknek és más gerinceseknek a fény érzékelését, a fényérzékeny G-fehérje-kapcsolt receptorok (GPCR-ek) családjába tartozik. Ez az első a jelátviteli útvonalon a látás megkezdéséhez. Miután elnyel egy fotont, azonnali (200 fs-on belül) konformációs változás következik be a retinában, a rodopszin belsejében található kromoforban. Ez a korai szerkezeti változás elindítja a sejtes jelátviteli folyamatokat, amelyek beállítják a látás korai szakaszát. Azonban a valós idejű intramolekuláris események részletei, amelyeken keresztül a fotoaktivált retina indukálja a rodopszinon belüli aktivációs eseményeket, továbbra is tisztázatlan.

E tudáshiány pótlására a kutatók a Scherrer Pál Intézet (PSI) Svájcban ultragyors időfelbontású krisztallográfiát használt a rodopszin konformációs változásainak tanulmányozására, miután az elnyelte a fotont. Eredményeikről ben számoltak be Természetmagyarázza el, hogy a retina a fotonenergiának csak egy részét nyeli el, és a fennmaradó energiát tárolja, hogy táplálja a G-fehérje-kötő jelállapot kialakulásával kapcsolatos konformációs változásokat.

A retina kromofor aktivációs mechanizmusának atomi léptékben, ultragyors (pikoszekundumos) időbeli felbontással történő rögzítéséhez és elemzéséhez a csapat időfelbontású soros femtoszekundumos krisztallográfiát (TR-SFX) használt szobahőmérsékleten.

Kísérleteikhez a kutatók először kiváló minőségű rodopszin mikrokristályokat növesztettek, majd a TR-SFX segítségével készítettek el a kristályok diffrakciós mintázatát. Pontosabban optikai lézerimpulzussal fotoaktiválták a kristályban lévő fehérjemolekulákat, majd – meghatározott időkésleltetés után – röntgen-szabadelektron-lézer (XFEL) röntgenimpulzusával vizsgálták a szerkezetet. Az XFEL-lel, gyakorlatilag egy nagyon nagy sebességű kamerával rögzítve a kutatók több tízezer kristályból gyűjtöttek soros képkockákat véletlenszerűen orientált módon.

A csapat által végzett elemzések magukban foglalták a rodopszin szerkezetének modellezését az elektronsűrűség változásaira, valamint szerkezeti finomítást a krisztallográfiai megfigyelésekhez képest. Ez feltárta, hogy a fény által indukált izomerizáció (amelyben a molekula két különböző konformáció között vált) a retina kromoforjának meghajlásával 1 ps-ig fennmarad, tekintettel arra, hogy a rodopszin első metastabil intermedierje a fotoaktiváció után 200 fs múlva jelenik meg. Majd 100 ps elteltével a rodopszin szerkezete lazább konformációt vesz fel. Az eredmények tehát arra utalnak, hogy a fehérje a GPCR szerkezeti útvonalak aktív (vagy funkcionális) zónáit használja fel az energia disszipációra.

A pontok összekapcsolása a látás mesterséges helyreállítása érdekében

Az új tanulmány egyik fénypontja, hogy a szobahőmérsékletű szerkezet felfedi az elektronsűrűséget az összes korábban leírt funkcionális és szerkezeti vízmolekulánál, beleértve azokat is, amelyek később szerepet játszanak a fotoaktivációs folyamatban. A kutatók megjegyzik, hogy a kriogén körülmények között felbontott korábbi struktúrák ezt nem érték el. Következésképpen a rodopszin új, nagy felbontású SFX szerkezete bemutatja a fehérjén belül a víz által közvetített hidrogénkötési hálózat teljességét.

A vizsgálat rávilágít a látás legkorábbi szakaszaira, és feltárja, hogy a rodopszin ultragyors energiadisszipációja a GPCR aktiválási útvonalak konzervált maradványain keresztül megy végbe, megnyitva az utat a GPCR-ek legnagyobb családjában (A osztály) a korai aktiválási események tanulmányozása előtt.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Részvények vásárlása és eladása PRE-IPO társaságokban a PREIPO® segítségével. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/ultrafast-imaging-sheds-light-on-the-earliest-stages-of-vision/