Коралловые рифы используют неизвестный ранее механизм с участием хлорида для «видения» видимого света

от

Кораллам может не хватать глаз, но они далеко не слепы. Эти нежные создания воспринимают свет способами, которые продолжают удивлять и вдохновлять научное сообщество.

Исследователи из Высшей школы наук Университета города Осака обнаружили уникальный механизм восприятия света коралловыми рифами. В этом механизме светочувствительные белки, известные как опсины, используют ионы хлорида для переключения между чувствительностью к ультрафиолетовому (УФ) и видимому свету в зависимости от pH окружающей среды.

Их выводы указывают на уникальную функциональность, которая расширяет наше понимание зрения и фоторецепции в животном мире.

Исследование опубликовано в журнале eLife.

Зрение животных и роль опсинов

Зрение животных основано на опсинах — белках, которые обнаруживают свет с помощью небольшой молекулы, называемой «ретиналь». Однако ретиналь естественным образом поглощает только ультрафиолетовый (УФ) свет, то есть более короткие волны, чем видимый свет, который видим нам.

Чтобы расширить свою чувствительность до видимого диапазона, ретиналь связывается с опсином, образуя светочувствительный пигмент через специальную химическую связь, называемую основанием Шиффа. Эта связь несёт положительный заряд, для стабильности которого обычно требуется близлежащая отрицательно заряженная аминокислота или противоион.

Особенности опсинов у антозоев

У антозоев, таких как кораллы и морские анемоны, есть опсины, принадлежащие к группе антозоевых опсинов (ASO)-II. Это недавно обнаруженная группа опсинов. Опсины ASO-II имеют свойства, отличные от опсинов млекопитающих.

«Некоторые опсины ASO-II у рифообразующих кораллов не содержат обычных аминокислот-противоионов, которые встречаются у других животных», — сказал Акихиса Теракита, профессор Высшей школы наук Университета города Осака и один из ведущих авторов исследования.

Так как же эти опсины вообще могут «видеть» видимый свет без этих аминокислот? Чтобы ответить на этот вопрос, команда изучила опсины ASO-II рифообразующего коралла Acropora tenuis.

Используя мутационные эксперименты, спектроскопию и целенаправленное продвинутое моделирование, исследователи обнаружили, что вместо использования аминокислот опсины ASO-II используют ионы хлорида (Cl-) из окружающей среды в качестве противоионов. Впервые учёные сообщили об опсине, который использует неорганические ионы таким образом.

«Мы обнаружили, что ионы хлорида стабилизируют основание Шиффа слабее, чем аминокислоты», — сказал Юсуке Сакаи, постдокторский исследователь в лаборатории Теракиты и первый автор исследования. «Таким образом, опсин может обратимо переключаться между чувствительностью к видимому свету и УФ-чувствительностью в зависимости от pH».

Это предполагает механизм, в котором чувствительность опсина зависит от того, протонировано ли основание Шиффа, связанное с ретиналь-опсином, или нет, при этом pH сдвигает этот баланс. В условиях низкого pH увеличивается количество протонов, что означает, что основание Шиффа становится положительно заряженным и поглощает более длинные волны, включая видимый свет. Это стабилизируется хлоридом.

С другой стороны, в условиях высокого pH протонов меньше, основание Шиффа депротонировано и поглощает УФ-свет.

Экологическое значение pH-зависимого переключения

Такое pH-зависимое переключение может иметь экологическое значение. Кораллы живут в тесном симбиозе с водорослями, которые производят питательные вещества посредством фотосинтеза. Поскольку фотосинтез изменяет pH внутри клеток кораллов, это может сдвигать чувствительность опсинов между видимым и УФ-светом.

Это предполагает, что чувствительность кораллов к свету может регулироваться в соответствии с фотосинтетической активностью водорослей — новое понимание их симбиотических отношений.

Помимо лучшего понимания биологии кораллов, открытие может вдохновить на создание новых биотехнологий.

«Было показано, что ASO-II опсин Acropora tenuis регулирует ионы кальция светозависимым образом, намекая на потенциальные применения в качестве оптогенетического инструмента, чувствительность которого к длине волны изменяется в зависимости от pH», — сказал Мицумаса Коянами, профессор Высшей школы наук Университета города Осака и один из ведущих авторов исследования.

Предоставлено:
[Университет города Осака](https://phys.org/partners/osaka-metropolitan-university/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте