Rhodopsin, còn được gọi là "tím thị giác" (visual purple), là sắc tố thị giác chính được tìm thấy trong tế bào que của võng mạc, đóng vai trò then chốt trong việc phát hiện ánh sáng và cho phép chúng ta nhìn trong điều kiện ánh sáng yếu.

→ Iodopsin - sắc tố ở TB nón

Dưới đây là thông tin chi tiết về Rhodopsin:

1. Cấu trúc:

• Là một protein xuyên màng (transmembrane protein): Rhodopsin thuộc họ protein G-protein coupled receptors (GPCRs) - thụ thể bắt cặp với protein G.
• Gồm hai thành phần chính:
  • Opsin:
    • Là phần protein, cấu tạo từ 348 axit amin.
    • Có cấu trúc gồm 7 chuỗi xoắn alpha (α-helices) xuyên màng, nối với nhau bằng các vòng (loops) nằm ở cả hai phía trong và ngoài màng tế bào.
    • Các chuỗi xoắn alpha tạo thành một "khoang" ở trung tâm, nơi gắn kết với retinal.
    • Có một đuôi carboxyl (carboxyl tail) nằm ở phía bào tương và một đầu amin (amino terminus) nằm ở phía ngoài tế bào (trong lòng đĩa).
  • Retinal (11-cis-retinal):
    • Là một aldehyde của vitamin A (vitamin A1).
    • Đóng vai trò là nhóm ngoại (prosthetic group) hay nhóm mang màu (chromophore) của opsin.
    • Gắn với opsin thông qua liên kết cộng hóa trị với gốc lysine thứ 296 (Lys296) trong chuỗi xoắn alpha thứ 7, tạo thành một liên kết Schiff base.
    • Ở trạng thái không hoạt động (trong bóng tối), retinal tồn tại ở dạng đồng phân 11-cis-retinal.

2. Cơ chế hoạt động (Vòng tuần hoàn Rhodopsin - Rhodopsin Cycle):

Rhodopsin hoạt động dựa trên sự thay đổi cấu hình của retinal khi hấp thụ ánh sáng. Quá trình này được gọi là quang đồng phân hóa (photoisomerization) và là bước khởi đầu cho quá trình quang dẫn truyền (phototransduction) trong tế bào que.

Các bước chính trong vòng tuần hoàn Rhodopsin:

1. Hấp thụ ánh sáng: Khi một photon ánh sáng (có bước sóng phù hợp, tối ưu khoảng 500 nm) chiếu vào võng mạc, 11-cis-retinal trong rhodopsin hấp thụ năng lượng và chuyển đổi thành dạng đồng phân all-trans-retinal.
2. Thay đổi cấu hình Opsin: Sự thay đổi cấu hình của retinal dẫn đến sự thay đổi cấu hình của opsin, kích hoạt rhodopsin chuyển thành metarhodopsin II (Meta II).
3. Hoạt hóa Transducin: Meta II hoạt hóa protein G transducin bằng cách thay thế GDP bằng GTP trên tiểu đơn vị alpha của transducin.
4. Hoạt hóa Phosphodiesterase (PDE): Transducin-GTP sau đó hoạt hóa enzyme phosphodiesterase (PDE).
5. Giảm nồng độ cGMP: PDE thủy phân cyclic guanosine monophosphate (cGMP) thành GMP, làm giảm nồng độ cGMP trong bào tương của tế bào que.
6. Đóng kênh cation: Sự giảm nồng độ cGMP dẫn đến việc đóng các kênh cation phụ thuộc cGMP trên màng tế bào que, ngăn cản dòng Na+ đi vào tế bào.
7. Ưu phân cực: Việc đóng kênh cation dẫn đến sự ưu phân cực (hyperpolarization) của màng tế bào que.
8. Giảm giải phóng Glutamate: Sự ưu phân cực làm giảm lượng chất dẫn truyền thần kinh glutamate được giải phóng ở vùng synapse của tế bào que.
9. Tái tạo Rhodopsin:
   • All-trans-retinal tách khỏi opsin (lúc này được gọi là opsin tự do).
   • All-trans-retinal được vận chuyển ra khỏi tế bào que và đến các tế bào biểu mô sắc tố võng mạc (RPE).
   • Trong RPE, all-trans-retinal được chuyển đổi trở lại thành 11-cis-retinal qua một loạt phản ứng enzyme:
     • All-trans-retinal dehydrogenase khử all-trans-retinal thành all-trans-retinol.
     • Isomerase đồng phân hóa all-trans-retinol thành 11-cis-retinol.
     • 11-cis-retinol dehydrogenase oxy hóa 11-cis-retinol thành 11-cis-retinal.
   • 11-cis-retinal sau đó được vận chuyển trở lại tế bào que và tái kết hợp với opsin để tạo thành rhodopsin, sẵn sàng cho chu kỳ tiếp theo.

Tóm lại: Ánh sáng kích hoạt rhodopsin thông qua sự đồng phân hóa của retinal, dẫn đến một chuỗi các phản ứng sinh hóa làm giảm nồng độ cGMP, gây ưu phân cực tế bào que và giảm giải phóng glutamate. Quá trình tái tạo rhodopsin diễn ra liên tục để duy trì khả năng nhạy sáng của tế bào que.

3. Đặc tính quang phổ: