Retinal

Non confundir con Retinol.

Este artigo trata da molécula ; para retinal como adxectivo referido á retina, ver retina.

Todo-trans-retinal
Nome IUPAC (2E,4E,6E,8E)-3,7-Dimetil-9-(2,6,6-trimetilciclohexen-1-il)nona-2,4,6,8-tetraenal
Outros nomes Retineno, retinaldehido, vitamin A aldehido, RAL
Identificadores
Número CAS	116-31-4
PubChem	638015
ChemSpider	553582
UNII	RR725D715M
Imaxes 3D Jmol	Image 1
SMILES CC1=C(C(CCC1)(C)C)/C=C/C(=C/C=C/C(=C/C=O)/C)/C
InChI InChI=1S/C20H28O/c1-16(8-6-9-17(2)13-15-21)11-12-19-18(3)10-7-14-20(19,4)5/h6,8-9,11-13,15H,7,10,14H2,1-5H3/b9-6+,12-11+,16-8+,17-13+ Key: NCYCYZXNIZJOKI-OVSJKPMPSA-N
Propiedades
Fórmula molecular	C20H28O
Masa molar	284,44 g mol^−1
Aspecto	Cristais laranxa en éter de petróleo[1]
Punto de fusión	61–64 °C; 142–147 °F; 334–337 K
Solubilidade en auga	Case insoluble
Solubilidade en fat	Soluble
Se non se indica outra cousa, os datos están tomados en condicións estándar de 25 °C e 100 kPa.

O retinal, tamén chamado retinaldehido, é unha forma de vitamina A. Orixinalmente chamouse retineno,^[2] e foi renomeado^[3] despois de que se descubriu que era o aldehido da vitamina A.^[4][5] O retinal é unha das moitas formas da vitamina A (cuxo número varía coa especie). Pode encontrarse nas formas 11-cis-retinal e todo-trans-retinal. O retinal é un cromóforo polieno, que está unido a proteínas chamadas opsinas, e nel está baseada a química da visión animal. Ademais, o retinal permite que certos microorganismos convertan a luz en enerxía metabólica.

Os animais vertebrados inxiren retinal directamente da carne, ou prodúceno a partir de carotenoides, tanto a partir dun ou dous carotenos (α-caroteno, β-caroteno) coma a partir de β-criptoxantina, un tipo de xantofila. Á súa vez, estes carotenoides deben obterse de plantas e outros organimos fotosintéticos. Ningún outro carotenoide pode ser convertido polos animais en retinal, e algúns carnívoros non poden converter ningún carotenoide en absoluto. As outras formas principais de vitamina A son o retinol e unha forma parcialmente activa, o ácido retinoico, que poden ambos ser producidos a partir de retinal.

Invertebrados como os insectos e luras usan formas hidroxiladas do retinal nos seus sistemas visuais, que derivan da conversión doutras xantofilas.

Metabolismo da vitamina A

Os organismos vivos producen retinal (RAL) por clivaxe oxidativa irreversible de carotenoides.^[6] For example,

beta-caroteno + O₂ → 2 retinal

catalizado por unha beta-caroteno 15,15'-monooxixenase^[7] ou unha beta-caroteno 15,15'-dioxixenase.^[8] Igual que os carotenoides son os precursores do retinal, o retinal é o precursor doutras formas de vitamina A. O retinal é interconvertible co retinol (ROL), a forma de almacenamento e transporte da vitamina A.

retinal + NADPH + H⁺ ⇌ retinol + NADP⁺

retinol + NAD⁺ ⇌ retinal + NADH + H⁺

reaccións catalizadas pola retinol deshidroxenases (RDHs)^[9] e alcohol deshidroxenases (ADHs).^[10] O retinaol chámase alcohol da vitamina A ou máis frecuentemente, simplemente vitamina A. O retinal pode tamén ser oxidado a ácido retinoico (RA).

retinal + NAD⁺ + H₂O → ácido retinoico + NADH + H⁺ (catalizado pola RALDH)

retinal + O₂ + H₂O → ácido retinoico + H₂O₂ (catalizado pola retinal oxidase)

catalizado polas retinal deshidroxenases^[11] tamén coñecidas como retinaldehido deshidroxenases (RALDHs),^[10] e polas retinal oxidases.^[12] O ácido retinoico, ás veces chamado ácido da vitamina A, é unha importante molécula de sinalización e hormona en animais vertebrados.

Visión

O retinal é un cromóforo conxugado. No ollo humano, o retinal empeza tendo a configuración de 11-cis-retinal, a cal, ao capturar un fotón da lonxitude de onda correcta, se endereita adoptando a configuración todo-trans-retinal. Este cambio configuracional empúrrao contra a proteína opsina na retina, o cal orixina unha fervenza de sinalizacións químicas que pode causar a percepción da luz ou de imaxes no cerebro humano. O espectro de absorbancia do cromóforo depende das súas interaccións coa proteína opsina á cal está unido, polo que diferentes complexos retinal-opsina absorben fotóns de diferentes lonxitudes de onda (cores da luz).

Opsinas

Unha proteína opsina rodea unha molécula de retinal, esperando a detección dun fotón. Unha vez que o retinal captura un fotón, o cambio configuracional do retinal empúrrao contra a proteína opsina que o rodea. A opsina pode enviar un sinal químico ao cerebro humano indicando que se detectou luz. O retinal é despois recargado na súa configuración 11-cis pola fosforilación por ATP e o ciclo comeza de novo.

A rodopsina GPCR animal (coas cores do arco da vella) incrustada nunha bicapa lipídica (cabezas vermella e colas azuis) coa transducina baixo ela. A G_tα está coloreada de vermello, a G_tβ de azul e a G_tγ de amarelo. Hai unha molécula unida de GDP na subunidade G_tα e un retinal unido (negro) na rodopsina. O extremo N-terminal da rodopsina é vermello e o C-terminal azul. A ancoraxe da transducina á membrana foi debuxada en negro.

As proteínas opsinas son os pirgmentos visuais que se unen ao retinal atopados nas células fotorreceptoras da retina. Unha opsina está formada por un feixe de sete hélices alfa transmembrana conectadas por seis bucles. Nos bastóns as moléculas de opsina están incrustadas nas membranas de discos que están completamente dentro da célula. A cabeza N-terminal da molécula esténdese ao interior do disco, e a cola C-terminal esténdese ao citoplasma da célula. En células cono os discos son definidos pola membrana plasmática da célula, polo que a cabeza N-terminal esténdese fora da célula. O retinal únese covalentemente a unha lisina na hélice transmembrana máis próxima ao C-terminal da proteína por medio dun enlace de base de Schiff. A formación do enlace de base de Schiff implica a eliminación do átomo de oxíxeno do retinal e dous átomos de hidróxeno do grupo amino libre da lisina, orixinando H₂O. O retinilideno é o grupo divalente formado ao quitar o átomo de oxíxeno do retinal, e por iso as opsinas foron chamadas proteínas retinilideno.

As opsinas son receptores acoplados á proteína G (GPCRs) prototípicos.^[13] A rodopsina bovina, a opsina dos bastóns das vacas, foi ao primeiro GPCR do que se determinou a súa estrutura de raios X.^[14] A rodopsina bovina contén 348 residuos de aminoácidos. O cromóforo retinal únese á Lys²⁹⁶.

Aínda que os mamíferos usan o retinal exclusivamente como o cromóforo da opsina, outros grupos de animais utilizan adicionalmente catro cromóforos estreitamente relacionados ao retinal. Son o 3,4-dideshidrorretinal (vitamina A₂), o (3R)-3-hidroxirretinal, (3S)-3-hidroxirretinal (ambos vitamina A₃) e o (4R)-4-hidroxirretinal (vitamina A₄). Moitos peixes e anfibios usan o 3,4-dideshidrorretinal, tamén chamado deshidrorretinal. Coa excepción da suborde de dípteros Cyclorrhapha, todos os insectos examinados usan o enantiómero R do 3-hidroxirretinal. O enantiómero R é o esperado se o 3-hidroxirretinal se produce directamente a partir de xantofilas. Os Cyclorrhapha, como Drosophila, usan o (3S)-3-hidroxirretinal.^[15][16] A lura Watasenia scintillans utiliza o (4R)-4-hidroxirretinal.

Ciclo visual

Ciclo visual

Véxase tamén: Rodopsina#Estrutura.

O ciclo visual é unha vía encimática circular, da que depende a fototransdución. Xera 11-cis-retinal. Por exemplo, o ciclo visual dos bastóns de mamíferos é o seguinte:

1. todo-trans-retinil éster + H₂O → 11-cis-retinol + ácido graxo ; (RPE65 isomerohidrolases)^[17]
2. 11-cis-retinol + NAD⁺ → 11-cis-retinal + NADH + H⁺ ; (11-cis-retinol deshidroxenases)
3. 11-cis-retinal + aporrodopsina → rodopsina + H₂O; forma un enlace de base de Schiff coa lisina, -CH=N⁺H-,
4. rodopsina + hν → metarrodopsina II, i.e. 11-cis fotoisomerízase a todo-trans,

   rodopsina + hν → fotorrodopsina → batorrodopsina → lumirrodopsina → metarrodopsina I → metarrodopsina II,

5. metarrodopsina II + H₂O → aporrodopsina + todo-trans-retinal,
6. todo-trans-retinal + NADPH + H⁺ → todo-trans-retinol + NADP⁺ ; (todo-trans-retinol deshidroxenases)
7. todo-trans-retinol + ácido graxo → todo-trans-retinil éster + H₂O ; (lecitina retinol aciltransferases (LRATs)).^[18]

Os pasos 3, 4, 5 e 6 teñen lugar nos segmentos externos dos bastóns, e os pasos 1, 2 e 7 prodúcense nas células do epitelio pigmentario retiniano.

As RPE65 isomerohidrolases son homólogas das beta-caroteno monooxixenases;^[6] o encima homólogo ninaB en Drosophila ten actividade de carotenoide-oxixenase formadora de retinal e actividade de isomerase de todo-trans a 11-cis.^[19]

Rodopsinas microbinanas

Artigo principal: Rodopsinas microbianas.

O todo-trans-retinal é tamén un compoñente esencial de opsinas microbiansas como a bacteriorrodopsina, a canlerrodopsina e a halorrodopsina. Nestas moléculas, a luz causa que o todo-trans-retinal se converta en 13-cis-retinal, que despois cicla de novo a todo-trans-retinal no estado escuro. Estas proteínas non están relacionadas evolutivamente coas opsinas animais e non son GPCRs; o feito de que ambas utilicen o retinal é o resultado dunha evolución converxente.^[20]

Historia

O bioquñimico norteamericano George Wald e outros delimitaron o ciclo visual en 1958. Polo seu traballo Wald gañou en 1967 o Premio Nobel de Fisioloxía ou Medicina compartido con Haldan Keffer Hartline e Ragnar Granit.^[21]

Notas

1. Merck Index, 13th Edition, 8249
2. WALD, GEORGE (14 July 1934). "Carotenoids and the Vitamin A Cycle in Vision". Nature 134 (3376): 65. Bibcode:1934Natur.134...65W. doi:10.1038/134065a0. 
3. Wald, G (11 October 1968). "Molecular basis of visual excitation.". Science 162 (3850): 230–9. Bibcode:1968Sci...162..230W. PMID 4877437. doi:10.1126/science.162.3850.230. 
4. MORTON, R. A.; GOODWIN, T. W. (1 April 1944). "Preparation of Retinene in Vitro". Nature 153 (3883): 405–406. Bibcode:1944Natur.153..405M. doi:10.1038/153405a0. 
5. BALL, S; GOODWIN, TW; MORTON, RA (1946). "Retinene1-vitamin A aldehyde.". The Biochemical Journal 40 (5–6): lix. PMID 20341217. 
6. von Lintig, Johannes; Vogt, Klaus (2000). "Filling the Gap in Vitamin A Research: Molecular Identification of An Enzyme Cleaving Beta-carotene to Retinal". Journal of Biological Chemistry 275 (16): 11915–11920. PMID 10766819. doi:10.1074/jbc.275.16.11915. 
7. Woggon, Wolf-D. (2002). "Oxidative cleavage of carotenoids catalyzed by enzyme models and beta-carotene 15,15´-monooxygenase". Pure and Applied Chemistry 74 (8): 1397–1408. doi:10.1351/pac200274081397. 
8. Kim, Yeong-Su; Kim, Nam-Hee; Yeom, Soo-Jin; Kim, Seon-Won; Oh, Deok-Kun (2009). "In Vitro Characterization of a Recombinant Blh Protein from an Uncultured Marine Bacterium as a β-Carotene 15,15′-Dioxygenase". Journal of Biological Chemistry 284 (23): 15781–93. PMC 2708875. PMID 19366683. doi:10.1074/jbc.M109.002618. 
9. Lidén, Martin; Eriksson, Ulf (2006). "Understanding Retinol Metabolism: Structure and Function of Retinol Dehydrogenases". Journal of Biological Chemistry 281 (19): 13001–13004. PMID 16428379. doi:10.1074/jbc.R500027200. 
10. Duester, G (September 2008). "Retinoic Acid Synthesis and Signaling during Early Organogenesis". Cell 134 (6): 921–31. PMC 2632951. PMID 18805086. doi:10.1016/j.cell.2008.09.002. 
11. Lin, Min; Zhang, Min; Abraham, Michael; Smith, Susan M.; Napoli, Joseph L. (2003). "Mouse Retinal Dehydrogenase 4 (RALDH4), Molecular Cloning, Cellular Expression, and Activity in 9-cis-Retinoic Acid Biosynthesis in Intact Cells". Journal of Biological Chemistry 278 (11): 9856–9861. PMID 12519776. doi:10.1074/jbc.M211417200. 
12. "KEGG ENZYME: 1.2.3.11 retinal oxidase". Consultado o 2009-03-10. 
13. Lamb, T D (1996). "Gain and kinetics of activation in the G-protein cascade of phototransduction". Proceedings of the National Academy of Sciences 93 (2): 566–570. Bibcode:1996PNAS...93..566L. PMC 40092. PMID 8570596. doi:10.1073/pnas.93.2.566. 
14. Palczewski, Krzysztof; Kumasaka, Takashi; Hori, T; Behnke, CA; Motoshima, H; Fox, BA; Le Trong, I; Teller, DC; et al. (2000). "Crystal Structure of Rhodopsin: A G Protein-Coupled Receptor". Science 289 (5480): 739–745. Bibcode:2000Sci...289..739P. PMID 10926528. doi:10.1126/science.289.5480.739. 
15. Seki, Takaharu; Isono, Kunio; Ito, Masayoshi; Katsuta, Yuko (1994). "Flies in the Group Cyclorrhapha Use (3S)-3-Hydroxyretinal as a Unique Visual Pigment Chromophore". European Journal of Biochemistry 226 (2): 691–696. PMID 8001586. doi:10.1111/j.1432-1033.1994.tb20097.x. 
16. Seki, Takaharu; Isono, Kunio; Ozaki, Kaoru; Tsukahara, Yasuo; Shibata-Katsuta, Yuko; Ito, Masayoshi; Irie, Toshiaki; Katagiri, Masanao (1998). "The metabolic pathway of visual pigment chromophore formation in Drosophila melanogaster: All-trans (3S)-3-hydroxyretinal is formed from all-trans retinal via (3R)-3-hydroxyretinal in the dark". European Journal of Biochemistry 257 (2): 522–527. PMID 9826202. doi:10.1046/j.1432-1327.1998.2570522.x. 
17. Moiseyev, Gennadiy; Chen, Ying; Takahashi, Yusuke; Wu, Bill X.; Ma, Jian-xing (2005). "RPE65 is the isomerohydrolase in the retinoid visual cycle". Proceedings of the National Academy of Sciences 102 (35): 12413–12418. Bibcode:2005PNAS..10212413M. PMC 1194921. PMID 16116091. doi:10.1073/pnas.0503460102. 
18. Jin, Minghao; Yuan, Quan; Li, Songhua; Travis, Gabriel H. (2007). "Role of LRAT on the Retinoid Isomerase Activity and Membrane Association of Rpe65". Journal of Biological Chemistry 282 (29): 20915–20924. PMC 2747659. PMID 17504753. doi:10.1074/jbc.M701432200. 
19. Oberhauser, Vitus; Voolstra, Olaf; Bangert, Annette; von Lintig, Johannes; Vogt, Klaus (2008). "NinaB combines carotenoid oxygenase and retinoid isomerase activity in a single polypeptide". Proceedings of the National Academy of Sciences 105 (48): 19000–5. Bibcode:2008PNAS..10519000O. PMC 2596218. PMID 19020100. doi:10.1073/pnas.0807805105. 
20. Chen, De-Liang; Wang, Guang-yu; Xu, Bing; Hu, Kun-Sheng (2002). "All-trans to 13-cis retinal isomerization in light-adapted bacteriorhodopsin at acidic pH". Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 66 (3): 188–194. PMID 11960728. doi:10.1016/S1011-1344(02)00245-2. 
21. 1967 Nobel Prize in Medicine

Véxase tamén

Outros artigos

• Fototransdución visual
• Percepción visual
• Sistema sensorial
• Hipótese da Terra púrpura

Bibliografía

• Prado-Cabrero, Alfonso; Scherzinger, Daniel; Avalos, Javier; Al-Babili, Salim (2007). "Retinal Biosynthesis in Fungi: Characterization of the Carotenoid Oxygenase CarX from Fusarium fujikuroi". Eukaryotic Cell 6 (4): 650–657. PMC 1865656. PMID 17293483. doi:10.1128/EC.00392-06. 
• Kloer, Daniel P.; Ruch, Sandra; Al-Babili, Salim; Beyer, Peter; Schulz, Georg E. (2005). "The Structure of a Retinal-Forming Carotenoid Oxygenase". Science 308 (5719): 267–269. Bibcode:2005Sci...308..267K. PMID 15821095. doi:10.1126/science.1108965. 
• Schmidt, Holger; Kurtzer, Robert; Eisenreich, Wolfgang; Schwab, Wilfried (2006). "The Carotenase AtCCD1 from Arabidopsis thaliana Is a Dioxygenase". Journal of Biological Chemistry 281 (15): 9845–9851. PMID 16459333. doi:10.1074/jbc.M511668200. 
• Wang, Tao; Jiao, Yuchen; Montell, Craig (2007). "Dissection of the pathway required for generation of vitamin A and for Drosophila phototransduction". Journal of Cell Biology 177 (2): 305–316. PMC 2064138. PMID 17452532. doi:10.1083/jcb.200610081. 
• Wald, George (1967). "Nobel Lecture: The Molecular Basis of Visual Excitation" (PDF). Arquivado dende o orixinal (PDF) o 10 de agosto de 2017. Consultado o 2009-02-23. 
• Fernald, Russell D. (2006). "Casting a Genetic Light on the Evolution of Eyes". Science 313 (5795): 1914–1918. Bibcode:2006Sci...313.1914F. PMID 17008522. doi:10.1126/science.1127889. 
• Briggs, Winslow R.; Spudich, John L., eds. (2005). Handbook of Photosensory Receptors. Wiley. ISBN 978-3-527-31019-7. 
• Baylor, D A; Lamb, T D; Yau, K W (1979). "Responses of retinal rods to single photons". Journal of Physiology 288: 613–634. PMC 1281447. PMID 112243. doi:10.1113/jphysiol.1979.sp012716 (inactivo 2020-05-21). 
• Hecht, Selig; Shlaer, Simon; Pirenne, Maurice Henri (1942). "Energy, Quanta, and Vision". Journal of General Physiology 25 (6): 819–840. PMC 2142545. PMID 19873316. doi:10.1085/jgp.25.6.819. 
• Barlow, H.B.; Levick, W.R.; Yoon, M. (1971). "Responses to single quanta of light in retinal ganglion cells of the cat". Vision Research 11 (Supplement 3): 87–101. PMID 5293890. doi:10.1016/0042-6989(71)90033-2. 
• Venter, J. Craig; Remington, K; Heidelberg, JF; Halpern, AL; Rusch, D; Eisen, JA; Wu, D; Paulsen, I; et al. (2004). "Environmental Genome Shotgun Sequencing of the Sargasso Sea". Science 304 (5667): 66–74. Bibcode:2004Sci...304...66V. PMID 15001713. doi:10.1126/science.1093857.  The oceans are full of type 1 rhodopsin.
• Waschuk, Stephen A.; Bezerra, Arandi G.; Shi, Lichi; Brown, Leonid S. (2005). "Leptosphaeria rhodopsin: Bacteriorhodopsin-like proton pump from a eukaryote". Proceedings of the National Academy of Sciences 102 (19): 6879–6883. Bibcode:2005PNAS..102.6879W. PMC 1100770. PMID 15860584. doi:10.1073/pnas.0409659102. 
• Su, Chih-Ying; Luo, Dong-Gen; Terakita, Akihisa; Shichida, Yoshinori; Liao, Hsi-Wen; Kazmi, Manija A.; Sakmar, Thomas P.; Yau, King-Wai (2006). "Parietal-Eye Phototransduction Components and Their Potential Evolutionary Implications". Science 311 (5767): 1617–1621. Bibcode:2006Sci...311.1617S. PMID 16543463. doi:10.1126/science.1123802. 
• Luo, Dong-Gen; Xue, Tian; Yau, King-Wai (2008). "How vision begins: An odyssey". Proceedings of the National Academy of Sciences 105 (29): 9855–9862. Bibcode:2008PNAS..105.9855L. PMC 2481352. PMID 18632568. doi:10.1073/pnas.0708405105.  Good historical review.
• Schäfer, Günter; Engelhard, Martin; Müller, Volker (1999). "Bioenergetics of the Archaea". Microbiology and Molecular Biology Reviews 63 (3): 570–620. PMC 103747. PMID 10477309. doi:10.1128/MMBR.63.3.570-620.1999. 
• Fan, Jie; Woodruff, Michael L; Cilluffo, Marianne C; Crouch, Rosalie K; Fain, Gordon L (2005). "Opsin activation of transduction in the rods of dark-reared Rpe65 knockout mice". Journal of Physiology 568 (1): 83–95. PMC 1474752. PMID 15994181. doi:10.1113/jphysiol.2005.091942. 
• Sadekar, Sumedha; Raymond, Jason; Blankenship, Robert E. (2006). "Conservation of Distantly Related Membrane Proteins: Photosynthetic Reaction Centers Share a Common Structural Core". Molecular Biology and Evolution 23 (11): 2001–2007. PMID 16887904. doi:10.1093/molbev/msl079. 
• Yokoyama, Shozo; Radlwimmer, F. Bernhard (2001). "The molecular genetics and evolution of red and green color vision in vertebrates". Genetics 158 (4): 1697–1710. PMC 1461741. PMID 11545071. 
• Racker, Efraim; Stoeckenius, Walther (1974). "Reconstitution of Purple Membrane Vesicles Catalyzing Light-driven Proton Uptake and Adenosine Triphosphate Formation". Journal of Biological Chemistry 249 (2): 662–663. PMID 4272126. 
• Kawaguchi, Riki; Yu, Jiamei; Honda, Jane; Hu, Jane; Whitelegge, Julian; Ping, Peipei; Wiita, Patrick; Bok, Dean; Sun, Hui (2007). "A Membrane Receptor for Retinol Binding Protein Mediates Cellular Uptake of Vitamin A". Science 315 (5813): 820–825. Bibcode:2007Sci...315..820K. PMID 17255476. doi:10.1126/science.1136244. 
• Amora, Tabitha L.; Ramos, Lavoisier S.; Galan, Jhenny F.; Birge, Robert R. (2008). "Spectral Tuning of Deep Red Cone Pigments". Biochemistry 47 (16): 4614–20. PMC 2492582. PMID 18370404. doi:10.1021/bi702069d. 
• Send, Robert; Sundholm, Dage (2007). "Stairway to the conical intersection: A computational study of retinal isomerization". Journal of Physical Chemistry A 111 (36): 8766–8773. Bibcode:2007JPCA..111.8766S. PMID 17713894. doi:10.1021/jp073908l. 
• Salom, David; Lodowski, David T.; Stenkamp, Ronald E.; Le Trong, Isolde; Golczak, Marcin; Jastrzebska, Beata; Harris, Tim; Ballesteros, Juan A.; Palczewski, Krzysztof (2006). "Crystal structure of a photoactivated deprotonated intermediate of rhodopsin". Proceedings of the National Academy of Sciences 103 (44): 16123–16128. Bibcode:2006PNAS..10316123S. PMC 1637547. PMID 17060607. doi:10.1073/pnas.0608022103. 

Ligazóns externas

• Primeiros pasos da visión - National Health Museum
• Cambios moleculares inducidos pola luz e a visión
• Anatomía da retina e capacidades visuais
• Retinal