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Artigo Fototransdução- ativação, inativação e adaptação

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Revisão
Fototransdução: ativação, inativação e adaptação
Maria Kiyoko Oyamada
Médica-assistente doutora da Clínica Oftalmológica do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo.
Unitermos: Fototransdução
Numeração de páginas na revista impressa: 68 à 72
Pela discriminação de incrementos e decréscimos de estímulos luminosos, em ambientes com diferentes níveis de iluminação, o complexo sistema
visual humano permite, através da visão, a interação do sistema biológico com o mundo externo. Tendo-se nos fotorreceptores o início dos
principais eventos, a seguir descritos de forma sucinta.
Fototransdução é a transformação de energia luminosa em sinais elétricos biologicamente reconhecíveis, que se processa no segmento externo
dos cones e bastonetes. O evento inicial é constituído pela absorção de luz pelos pigmentos visuais e pelas alterações de conformações
moleculares resultantes. Os mecanismos pelos quais a transdução se processa nos fotorreceptores dos vertebrados são complexos e envolvem a
interação de vários sistemas fisiológicos dentro da célula. Pelo processo de adaptação, os receptores retinianos respondem, de forma graduada,
com aumento da amplitude de resposta proporcionalmente à intensidade do estímulo. Processo este responsável pelo ajuste na sensibilidade dos
fotorreceptores e do sistema visual, tornando possível a detecção de objetos no ambiente, mesmo com grandes alterações no nível de iluminação
de fundo.
Muito do que se conhece sobre como os sinais são gerados em cones e bastonetes e transmitidos ao longo da via visual foi possível com o
desenvolvimento de técnicas de captação de resposta com microeletrodos intracelulares, ao redor de 1970(36). Apesar da maioria dos
experimentos serem realizados em células retinianas de vertebrados inferiores(13), muito do que tem sido observado se aplica às células da retina
humana.
Na retina humana há cerca de 4.6 milhões de cones e 92 milhões de bastonetes(8). A membrana do segmento externo contém os fotopigmentos,
com características diferentes em cones e bastonetes, sendo mais abundantes e estáveis nestes últimos. Os bastonetes são sensíveis à luz, pois
contêm a rodopsina, que é capaz de absorver fótons de cerca de 500 nm. Os cones contêm a iodopsina e são determinados especificamente pelo
tipos de opsina presentes em sua membrana em: cones azul (450 nm), verde (530 nm) e laranja (565 nm)(4). Os pigmentos visuais são
compostos por uma apo-proteína denominada opsina ligada a uma molécula cromófora, o 11-cis-retinaldeído, derivada da vitamina A1(6).
No escuro, a rodopsina está ligada ao cromóforo 11-cis-retinal que regula sua atividade(37). A absorção de um fóton por este último produz sua
fotoisomerização para all-trans-retinal, alterando-se a conformação da primeira através de reações químicas e térmicas, iniciando-se o processo de
detecção visual(14,15,22,33). A forma ativa do fotopigmento que desencadeia a cascata da transdução é um intermediário denominado
metarodopsina II ou Rh*(11). Esta é inativada por processos de fosforilação por quinases específicas como a rodopsina quinase e provavelmente a
proteína quinase C(21,25). Este processo aumenta a afinidade da rodopsina pela proteína regulatória denominada arrestina, finalizando a resposta
à luz(27,42). O tempo deste processo determina o tempo de vida da Rh* e difere consideravelmente entre cones e bastonetes(35).
Após a inativação do Rh* , o fotopigmento deve ser regenerado para que um novo fóton possa ser absorvido, com a redução do all-trans-retinal
para all-trans-retinol e quebra de sua ligação com a arrestina. O processo de regeneração do pigmento, denominado ciclo visual, inicia-se no
seguimento externo do fotorreceptor, no qual o retinol é reduzido para all-trans-retinol pela deidrogenase all-trans-retinol(21,24). O cromóforo
então é transportado provavelmente por uma proteína carreadora para a camada de células epiteliais do epitélio pigmentar da retina, onde é
isomerizado para 11-cis-retinol e oxidado para forma 11-cis-retinal(7,33). Desta forma é retransportado para o fotorreceptor em que se
recombina, de forma não enzimática, com a opsina fosforilada para que a regeneração da rodopsina se complete.
A recuperação, no sistema visual humano, após degradação dos pigmentos com luz intensa se faz em duas fases, uma lenta, com duração entre
20 e 30 minutos(38), correspondente à regeneração dos pigmentos nos bastonetes e uma rápida, com duração menor que 10 minutos(39),
correspondente a cones.
Para se entender a forma como o fotorreceptor produz uma resposta à luz, é necessário conhecer o estado elétrico das células em repouso. Há
uma diferença de potencial ao longo da membrana dos fotorreceptores de tal forma que o seguimento externo da célula é mais negativo do que o
interno. O potencial de membrana resulta da permeabilidade seletiva da membrana aos íons e da diferença de concentração dos mesmos no
espaço intra e extracelular. A concentração de K+ no espaço intracelular é maior que no extracelular e o inverso ocorre com os íons de Na. Este
gradiente iônico é mantido ativamente pela bomba de Na+/K+, localizado no segmento interno do fotorreceptor, cuja energia é suprida por ATP.
Figura 1 - Representação esquemática do ciclo visual.
No escuro canais de nucleotídeos cíclicos sensíveis à luz, localizados na superfície da membrana do segmento externo do fotorreceptor,
estão abertos permitindo a entrada de cátions, principalmente de Na+ e a membrana do segmento interno tem canais que permitem a saída
seletiva de K+ 34. O Na+, que entra no seguimento externo retorna ao seguimento interno por via citoplasmática, determinando uma
circulação contínua de íons, denominada de "dark current" ou corrente escura, responsável pelo alto metabolismo oxidativo da retina.
Como a permeabilidade ao sódio é alta e os íons Na carregam cargas positivas, o fotorreceptor está relativamente despolarizado em
repouso no escuro.
A fotoisomerização dos pigmentos visuais resulta no fechamento dos canais iônicos do segmento externo, desencadeando a fototransdução.
Com a interrupção da circulação de cátions (dark current) a célula é transitoriamente hiperpolarizada. Aumento gradativo da intensidade do
estímulo provoca bloqueios crescentes na circulação de íons, até o bloqueio completo da "dark current", assim os fotorreceptores
respondem à estimulação luminosa não com potencial de ação, mas com hiperpolarização gradativa cuja magnitude é proporcional à
intensidade do estímulo.
Página 1 de 4Moreira Jr Editora | RBM Revista Brasileira de Medicina
20/11/2015http://www.moreirajr.com.br/revistas.asp?fase=r003&id_materia=2158
Como os pigmentos estão embebidos nas dobras de membranas discais, portanto separados da membrana plasmática, há necessidade do
envolvimento de um transmissor interno mediando o efeito da luz(46). Este mediador é o monofosfato de guanosina cíclica (cGMP),
presente nos segmentos externos dos fotorreceptores(16). No escuro mantém os canais de íons do segmento externo abertos, permitindo a
circulação de íons.
A fotoisomerização dos pigmentos visuais leva à hidrólise de cGMP através da ativação da fosfodiesterase pela transducina. Tanto a
transducina quanto a fosfodiesterase são compostos por múltiplas subunidades no seu estado inativo, que se dissociam em complexos
menores quando ativados. No estado inativo ambas são compostas pelas subunidades protéicas a, b e g, sendo que esta última fração,
quando presente, determina o estado de inativação da molécula(2). Após ativação, a Rh* liga-se ao complexo formado por transducina e
GDP (Tabg.GDP),
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