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Los científicos de PSI han arrojado luz sobre un componente importante del ojo: una proteína en los bastones de la retina que nos ayuda a ver con poca luz. La proteína actúa como un canal iónico en la membrana celular y es responsable de transmitir la señal luminosa del ojo al cerebro. Si un trastorno genético altera la función molecular de una persona, se quedará ciega. Los científicos han descifrado la estructura 3D de la proteína, allanando el camino para tratamientos médicos innovadores. El estudio fue publicado en la revista científica Naturaleza estructural y biología molecular.

«Gracias a los bastoncillos de nuestros ojos, podemos observar las estrellas en el cielo nocturno», explica Jacobo Marino, biólogo del Laboratorio de Investigación Biomolecular del PSI. «Estas fotocélulas son tan sensibles a la luz que pueden detectar incluso un solo fotón que nos llega desde una parte muy distante del universo, una hazaña verdaderamente asombrosa». La capacidad de nuestro cerebro para traducir estos rayos de luz en impresiones ópticas se debe, en última instancia, en parte a los canales iónicos de nucleótidos cíclicos (CNG) cuya estructura 3D ha sido ahora iluminada por un grupo de investigación de PSI dirigido por Jacopo Marino.

El canal de iones actúa como un guardián que controla si se permite que ciertas partículas pasen al interior de la célula receptora. Está incrustado en la envoltura rica en proteínas, la membrana celular, de los bastoncillos. En la oscuridad, el canal de iones, y por lo tanto la puerta de la celda, está completamente abierta. Pero cuando la luz golpea el ojo, desencadena una cascada de procesos en las células del bacilo. Esto eventualmente hace que la puerta se cierre, lo que hace que las moléculas cargadas positivamente, como los iones de calcio, no puedan ingresar a la célula.

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Esta señal electroquímica continúa a través de las neuronas hasta la corteza visual del cerebro, donde se crea una impresión visual, como un destello de luz. “La idea de resolver la estructura de este canal se remonta a casi 20 años, cuando Gebrard Schertler y Benjamin Kaupp realmente colaboraron en este tema”, dice Jacobo Marino. Ambos son coautores del nuevo estudio.

resistencia de empuje

La estudiante de doctorado Diane Barrett primero tuvo que extraer la proteína del canal de los ojos de las vacas suministrada por un matadero, un proceso complejo y laborioso. «Esta fue una tarea muy desafiante, ya que la proteína es muy sensible y se degrada muy rápidamente. Además, solo está disponible en pequeñas cantidades en el material de origen», explica Barrett. Me tomó dos años completos obtener suficiente proteína para trabajar. “Los dos éramos demasiado tercos para simplemente darnos por vencidos”, dice Jacobo Marino riendo. «Pero al final, esa terquedad dio sus frutos».

Luego, los científicos utilizaron microscopía crioelectrónica para revelar la estructura tridimensional del canal de iones. «En contraste con estudios previos sobre la estructura del canal iónico, examinamos la proteína original tal como está presente en el ojo. Así que estamos mucho más cerca de las condiciones reales que se encuentran en los organismos vivos», dice Diane Barrett.

Una razón por la que es importante una comprensión más clara de la estructura normal de la proteína del canal es avanzar en el desarrollo de tratamientos para los trastornos genéticos para los que no existe una cura conocida, como la retinitis pigmentosa. Con esta enfermedad, los fotorreceptores mueren gradualmente, lo que conduce a la ceguera. Una posible razón es que el cuerpo no puede producir correctamente la proteína del canal de GNC debido a un defecto genético. Como resultado, el canal de iones no se cierra por completo cuando la luz incide en el ojo, lo que provoca la interrupción del equilibrio electroquímico de la célula y la muerte celular.

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«Si podemos encontrar moléculas que afecten a la proteína de una manera que cierre completamente el canal, podemos evitar que las células mueran y, por lo tanto, evitar que las personas se queden ciegas», explica Jacobo Marino. Ahora que los investigadores han determinado la estructura exacta de la proteína, pueden buscar específicamente tales moléculas.

barrera extra

Una proteína consta de cuatro partes: tres grupos de subunidad A y un grupo de subunidad B. Un canal iónico que funcione correctamente solo se puede lograr en este grupo. En su estudio, los científicos de PSI muestran por qué la subunidad B parece jugar un papel importante: un brazo lateral de la proteína, un aminoácido, sobresale del resto de la proteína, como una barrera cruzada. Esto estrecha el paso en el canal hasta el punto en que no pueden pasar iones.

«Nadie se lo esperaba, fue una completa sorpresa», dice Diane Barrett. De hecho, hay otros espacios confinados en la subunidad A, como las puertas principales, que antes se pensaba que eran los únicos. Es interesante notar que la barrera adicional no solo se encuentra en la proteína del ojo de la vaca, sino que parece aplicarse a todo tipo de animales, han demostrado los científicos. Ya sean cocodrilos, buitres o humanos, todos los seres vivos que tienen un canal iónico en los ojos tienen los mismos aminoácidos prominentes en esta posición de la proteína. Dado que se ha mantenido continuamente durante la evolución, debe ser esencial para el funcionamiento del canal.

Fuente de la historia:

Material Introducción de Instituto Paul Scherer. Original de Brigitte Osterat. Nota: el contenido se puede modificar según el estilo y la longitud.

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