Molekularer Mechanismus der visuellen Signaltransduktion
Transducin (Gt) ist ein heterotrimères G-Protein (α, β, γ-Untereinheiten), das die Photonenabsorption durch Rhodopsin mit der Phosphodiesterase (PDE6)-Kaskade in Stäbchen- und Zapfenphotorezeptoren koppelt.
Phototransduktionskaskade (Stäbchenweg)
- Photonenabsorption: 11-cis-Retinal in Rhodopsin isomerisiert zu all-trans → konformationelle Veränderung zu Metarhodopsin II (R*).
- R* aktiviert Transducin: Katalysiert GDP→GTP-Austausch auf Gαt (Rate: ~100–1000 Transducine/R*).
- Untereinheitsdissoziation: Gαt-GTP trennt sich von Gβγ.
- PDE6-Aktivierung: Gαt-GTP bindt hemmende γ-Untereinheiten von PDE6 → hebt Hemmung der katalytischen α/β-Untereinheiten auf.
- cGMP-Hydrolyse: Aktivierte PDE6 hydrolysiert schnell cGMP → [cGMP] fällt.
- Kanalverschluss: cGMP-gesteuerte Kationenkanäle (CNGA1/CNGB1) schließen → Na⁺/Ca²⁺-Instrom stoppt.
- Hyperpolarisierung: Photorezeptor-Membranpotential bewegt sich von ~–40 mV zu –70 mV → reduzierter Glutamatfreisetzung.
- Signalverstärkung: Ein einzelnes R* aktiviert hunderte Transducine → jede PDE hydrolysiert ~1000 cGMP/s → massive Verstärkung.
Signalbeendigung (Erholung)
- R*-Löschung: Rhodopsinkinase (GRK1) phosphoryliert R* → Arrestinbindung.
- Gαt GTPase: Intrinsische GTPase-Aktivität (beschleunigt durch RGS9) hydrolysiert GTP → GDP.
- Wiederassoziation: Gαt-GDP + Gβγ → inaktives Heterotrimér.
- PDE6-Inaktivierung: γ-Untereinheiten binden wieder an katalytische Untereinheiten.
- cGMP-Wiederherstellung: Guanylatcyclase (GCAP1/2 reguliert) synthetisiert cGMP → Kanäle öffnen sich wieder.
Lichtadaptation
- Hintergrundlicht → stetige cGMP-Reduktion → Kanäle teilweise geschlossen → Antwort komprimiert (Weber-Fechner-Gesetz).
- Calcium-Feedback über GCAPs und Recoverin moduliert Gain.
Klinische Relevanz
- Mutationen in GNAT1 (Gαt), PDE6A/B, CNGA1 verursachen kongenitale stationäre Nachtblindheit oder Retinitis pigmentosa.
- Transducin-Translokation zwischen äußeren und inneren Segmenten erfolgt während Licht-/Dunkeladaptation.
