Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gleise aus Rhodopsin

02.03.2015

Sehfarbstoff ordnet sich in Doppelreihen an

Wissenschaftler des Bonner Forschungszentrums caesar, einem Institut der Max-Planck-Gesellschaft, haben mithilfe der Elektronenmikroskopie aufgeklärt, wie der Sehfarbstoff Rhodopsin in den Stäbchen der Netzhaut angeordnet ist. In der Wissenschaft wurde diese Frage viele Jahre lang kontrovers diskutiert. Dank der Erkenntnisse könnten Krankheiten, die Blindheit verursachen, in der Zukunft besser erforscht werden.


Ausschnitt aus einem Sehstäbchen einer Maus mit mehreren Stapeln der sogenannten Disks aus dem Außensegment des Sehstäbchens. In den Membranen der Disks befindet sich das Sehpigment Rhodopsin in Form von Dimeren. Die Rhodopsin-Dimere selbst bilden paarweise Reihen, an die das G-Protein Transducin (grün) gekoppelt ist. Die Rhodopsin-Reihen verlaufen parallel zur schlitzförmigen Einschnürung in den Disks.

© caesar

Das Sehen beginnt in den Stäbchen und Zapfen, zwei unterschiedlichen Sinneszellen in der Netzhaut unserer Augen. Die Stäbchen sind für das Dämmerungssehen verantwortlich und deshalb besonders lichtempfindlich. Einzelne Lichtquanten, Photonen, aktivieren den Sehfarbstoff Rhodopsin und leiten dadurch den Sehprozess ein. Das Rhodopsin befindet sich in flachen Membranscheibchen (Disks) der Sehzellen.

Die biochemischen Prozesse, die dem Sehen zugrunde liegen, sind seit vielen Jahren bekannt: Rhodopsin löst eine hochverstärkte Kaskade enzymatischer Reaktionen aus, die zu einer elektrischen Erregung führen. Unklar war bisher jedoch, wie das Rhodopsin in den Disks angeordnet ist. Zum Beispiel wurde diskutiert, ob das Rhodopsin paarweise als Dimer vorliegt oder ob die Rhodopsin-Moleküle frei beweglich auf den Disks „herumirren“ und so ihre Interaktionspartner – ähnlich wie Billardkugeln nach einem wilden Schlag mit dem Queue – zufällig finden.

In Zusammenarbeit mit Ashraf Al-Amoudi vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) nutzten die caesar-Forscher die Kryo-Elektronenmikroskopie, um die Anordnung des Rhodopsins in den Stäbchen von Mäusen zu untersuchen. Bei dieser Methode werden die Proben zunächst schockgefroren. Dadurch bleibt die natürliche Struktur weitgehend erhalten. Die eigentliche Untersuchung findet in einem Transmissionselektronenmikroskop statt, das die nötige Auflösung besitzt, um einzelne Moleküle sichtbar zu machen.

Die Wissenschaftler um Benjamin Kaupp und Ashraf Al-Amoudi konnten zeigen, dass die Rhodopsinmoleküle als Dimer vorliegen. Darüber hinaus bildet das Rhodopsin sogenannte supramolekulare Strukturen: Die Dimere sind in Reihen aus circa 50 Molekülen angeordnet. Je zwei Reihen lagern sich zu einer Doppelreihe zusammen – wie Bahngleise. Alle Reihen sind parallel angeordnet.

Welche physiologische Funktion eine solche regelmäßige Anordnung hat, ist derzeit unklar. Möglicherweise bilden die Doppelreihen eine Plattform, auf der die anderen Moleküle, die an der elektrischen Signalwandlung teilnehmen, regelmäßig angeordnet sind. Durch die parallele Anordnung der Reihen könnte sich das Polarisationssehen erklären lassen, mit dem sich einige Wirbeltiere – etwa Amphibien und Vögel – in ihrer Umgebung orientieren. Im Gegensatz zum Polarisationssehen von Insekten sind die entsprechenden Mechanismen bei Wirbeltieren noch nicht gut verstanden. Bislang ist umstritten, ob auch Säugetiere diese Fähigkeit besitzen. Die Ergebnisse am Mausmodell werden weiterführende Untersuchungen stimulieren.


Ansprechpartner

Prof. Dr. Ulrich Benjamin Kaupp
Assoziierte Einrichtung - Forschungszentrum caesar (center of advanced european studies and research), Bonn
Telefon: +49 228 9656-100
Fax: +49 228 9656-111
E-Mail: u.b.kaupp@caesar.de

Stefan Hartmann
Assoziierte Einrichtung - Forschungszentrum caesar (center of advanced european studies and research), Bonn
Telefon: +49 228 9656-292
Fax: +49 228 9656-9292
E-Mail: stefan.hartmann@caesar.de

Originalpublikation

Gunkel, M., Schöneberg, J., Alkhaldi, W., Irsen, S., Noé, F., Kaupp, U.B. & Al-Amoudi, A.

Higher-order architecture of rhodopsin in intact photoreceptors and its implication for phototransduction kinetics

Structure, (doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.str.2015.01.015

Prof. Dr. Ulrich Benjamin Kaupp | Max-Planck-Gesellschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics