Фоторецепторный белок
Белки фоторецепторов представляют собой светочувствительные белки, участвующие в восприятии света и реакции на него у различных организмов. Некоторыми примерами являются родопсин в фоторецепторных клетках позвоночных сетчатки , фитохром у растений, а также бактериородопсин и бактериофитохромы у некоторых бактерий . Они опосредуют такие разнообразные реакции на свет, как зрительное восприятие , фототропизм и фототаксис , а также реакции на циклы света и темноты, такие как циркадный ритм и другие фотопериодизмы, включая контроль времени цветения у растений и сезонов спаривания у животных.
Структура
[ редактировать ]Белки фоторецепторов обычно состоят из белка, прикрепленного к небелковому хромофору (иногда называемому фотопигментом , хотя фотопигмент может также относиться к фоторецептору в целом). Хромофор реагирует на свет посредством фотоизомеризации или фотовосстановления , тем самым инициируя изменение рецепторного белка, которое запускает каскад передачи сигнала . Хромофоры, обнаруженные в фоторецепторах, включают ретиналь ( ретинилиденовые белки , например родопсин у животных), [1] флавин ( флавопротеины , например криптохром у растений и животных) [2] и билин ( билипротеины , например фитохром у растений). [3] Растительный белок UVR8 является исключительным среди фоторецепторов, поскольку не содержит внешнего хромофора. Вместо этого UVR8 поглощает свет через остатки триптофана белка в кодирующей последовательности . [4]
Фоторецепторы у животных
[ редактировать ]- Меланопсин : в сетчатке позвоночных опосредует зрачковый рефлекс, участвует в регуляции циркадных ритмов.
- Фотопсин : восприятие света различных цветов колбочками сетчатки позвоночных.
- Родопсин : восприятие зелено-синего света палочковидными клетками сетчатки позвоночных.
- Протеинкиназа C : опосредует дезактивацию фоторецепторов и дегенерацию сетчатки. [5]
- OPN5 : чувствителен к ультрафиолетовому излучению. [6]
Фоторецепторы у растений
[ редактировать ]- UVR8 : прием ультрафиолетового излучения B.
- Криптохром : восприятие синего и УФ-А света.
- Фототропин : восприятие синего и УФ-А света (опосредует фототропизм и движение хлоропластов).
- Zeitlupe : увлечение синего света циркадными часами.
- Фитохром : прием красного и дальнего красного света.
Все перечисленные выше фоторецепторы позволяют растениям воспринимать свет с длиной волны от 280 нм (УФ-В) до 750 нм (дальний красный свет). Растения используют свет разной длины волны в качестве сигналов окружающей среды, чтобы изменить свое положение и вызвать важные изменения в развитии. [7] Наиболее заметной длиной волны, ответственной за механизмы работы растений, является синий свет, который может вызывать удлинение клеток, ориентацию растений и цветение. [8] Один из важнейших процессов, регулируемых фоторецепторами, известен как фотоморфогенез . Когда семя прорастает под землей в отсутствие света, его стебель быстро удлиняется вверх. Когда он пробивается через поверхность почвы, фоторецепторы воспринимают свет. Активированные фоторецепторы вызывают изменение программы развития; растение начинает вырабатывать хлорофилл и переходит на фотосинтетический рост. [9]
Фоторецепторы фототаксических жгутиконосцев.
[ редактировать ](См. Также: Аппарат Eyespot .)
- Каналродопсин : в одноклеточных водорослях опосредует фототаксис.
- Хламиопсин и вольвоксопсин
- Флавопротеины
Фоторецепторы у архей и бактерий
[ редактировать ]Фоторецепция и передача сигнала
[ редактировать ]Реакция на фоторецепцию
[ редактировать ]- Визуальное восприятие
- Фототропизм
- Фототакси
- Циркадный ритм (биологические часы)
- Фотопериодизм
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Родопсин | биохимия» . Британская энциклопедия . Проверено 21 января 2021 г.
- ^ Линь, Чентао; Тодо, Такеши (29 апреля 2005 г.). «Криптохромы» . Геномная биология . 6 (5): 220. doi : 10.1186/gb-2005-6-5-220 . ISSN 1474-760X . ПМЦ 1175950 . ПМИД 15892880 .
- ^ Роквелл, Натан К.; Су, И-Шин; Лагариас, Дж. Кларк (2006). «Структура фитохрома и сигнальные механизмы» . Ежегодный обзор биологии растений . 57 : 837–858. doi : 10.1146/annurev.arplant.56.032604.144208 . ISSN 1543-5008 . ПМК 2664748 . ПМИД 16669784 .
- ^ Ли, Сянькунь; Рен, Хайшэн; Кунду, Майнак; Лю, Чжэюнь; Чжун, Фрэнк В.; Ван, Лицзюань; Гао, Цзяли; Чжун, Дунпин (28 августа 2020 г.). «Скачок в квантовой эффективности за счет сбора света в фоторецепторе UVR8» . Природные коммуникации . 11 (1): 4316. Бибкод : 2020NatCo..11.4316L . дои : 10.1038/s41467-020-17838-6 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 7455749 . ПМИД 32859932 .
- ^ Смит, Дин П.; Ранганатан, Рама; Харди, Роберт В.; Маркс, Юлия; Цучида, Тэмми; Цукер, Чарльз С. (1991). «Дезактивация фоторецепторов и дегенерация сетчатки, опосредованная специфичной для фоторецепторов протеинкиназой C». Наука . 254 (5037): 1478–1484. Бибкод : 1991Sci...254.1478S . дои : 10.1126/science.1962207 . JSTOR 2879432 . ПМИД 1962207 . ПроКвест 213560980 .
- ^ Кодзима, Дайсуке; Мори, Сугуру; Тории, Масаки; Вада, Акимори; Моришита, Рика; Фукада, Ёситака (17 октября 2011 г.). «УФ-чувствительный фоторецепторный белок OPN5 у людей и мышей» . ПЛОС ОДИН . 6 (10): e26388. Бибкод : 2011PLoSO...626388K . дои : 10.1371/journal.pone.0026388 . ПМК 3197025 . ПМИД 22043319 .
- ^ Гальвао, Винисиус Коста; Фанкхаузер, Кристиан (октябрь 2015 г.). «Ощущение световой среды у растений: фоторецепторы и ранние этапы передачи сигналов» . Современное мнение в нейробиологии . 34 : 46–53. дои : 10.1016/j.conb.2015.01.013 . ПМИД 25638281 . S2CID 12390801 .
- ^ Кристи, Джон М.; Бриггс, Уинслоу Р. (13 апреля 2001 г.). «Ощущение синего света у высших растений*» . Журнал биологической химии . 276 (15): 11457–11460. дои : 10.1074/jbc.R100004200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 11279226 .
- ^ Бриггс, Уинслоу Р.; Олни, Маргарет А. (1 января 2001 г.). «Фоторецепторы в фотоморфогенезе растений на сегодняшний день. Пять фитохромов, два криптохрома, один фототропин и один суперхром» . Физиология растений . 125 (1): 85–88. дои : 10.1104/стр.125.1.85 . ПМЦ 1539332 . ПМИД 11154303 .