Il ciclo dei retinoidi, chiamato anche ciclo visivo, è un sistema complesso che fornisce i composti necessari alla luce per attivare i recettori negli occhi. George Wald, il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 1967, descrisse per la prima volta, in dettaglio questo ciclo.
I fotorecettori che si trovano nella retina nella parte posteriore dell’occhio i bastoncelli e i coni. I bastoncelli sono coinvolti nella visione in condizioni di scarsa illuminazione e si trovano attorno ai bordi della retina, quindi sono importanti anche nella visione periferica.
I coni mediano il rilevamento di diversi colori e consentono di percepire dettagli e cambiamenti d’immagine più rapidi rispetto ai bastoncelli, poiché i loro tempi di risposta agli stimoli sono più veloci.
Opsina
Sia i coni che i bastoncelli contengono l’opsina che è una è una proteina transmembrana fotosensibile.
L’opsina è costituita da 348 amminoacidi, legati insieme in modo covalente per formare un’unica catena. Essa è necessaria per la fototrasduzione, dove la luce che colpisce la retina è trasformata in un segnale elettrico al cervello attraverso il nervo ottico. L’opsina è un recettore accoppiato alle proteine G, che, quando attivate, danno luogo a una cascata di altre reazioni che portano alla produzione di segnali elettrici al cervello.
Le molecole di opsina si combinano con il cromoforo 11-cis-retinale, appartenente alla classe dei retinoidi, per formare la rodopsina che è il principale pigmento presente nei bastoncelli. Quando la luce stimola i fotorecettori l’11-cis-retinale isomerizza a tutto-trans-retinale che è rilasciato dall’opsina
Affinché le cellule possano essere nuovamente stimolate con conseguente invio di segnali al cervello, il tutto-trans-retinale deve essere trasformato nuovamente in 11-cis-retinale.
La maggior parte di questo processo si verifica in una sezione della retina chiamata epitelio pigmentato retinico o cellule RPE. Queste ultime assorbono gli eccessi di stimolo luminoso e trasportano ossigeno e nutrimento e le cellule morte tra i fotorecettori.
Stadi del ciclo visivo
Il ciclo visiva inizia dopo che la luce colpisce la retina e stimola un fotorecettore, producendo il tutto-trans-retinale
- Il tutto-trans-retinale è pompato fuori dai fotorecettori dalla proteina trasportatrice ABCA4 e ridotto in tutto-trans -retinolo dalle retinolo deidrogenasi.
- Il tutto-trans -retinolo si diffonde nelle cellule RPE legandosi alla proteina legante il retinolo (RPB) che è una glicoproteina lipofila specificamente secreta dai fotorecettori
- La lecitina retinolo aciltransferasi (LCAT) esterifica il tutto-trans -retinolo in esteri retinilici
- Questi esteri retinilici sono immagazzinati nei retinosomi che sono corpi lipidici nelle cellule RPE utilizzate per la conservazione dei metaboliti.
- Gli esteri retinilici possono quindi essere nuovamente modificati dalla isomeroidrolasi retinoide in 11 – cis -retinolo
- Infine, l’11-cis retinolo deidrogenasi appartenente alla classe delle ossidoreduttasi ossida l’11-cis -retinolo in 11- cis-retinale.
- Quest’ultimo si diffonde quindi fuori dalla cellula RPE nel fotorecettore con l’aiuto della proteina legante il retinolo, dove si ricombina con l’opsina pronta per la stimolazione.
Patologie
Il ciclo visivo è molto importante per consentire la fototrasduzione continua nella retina e senza di esso l’occhio non sarebbe in grado di funzionare.
In esso sono coinvolti enzimi e proteine e quindi la loro mutazione può provocare molti tipi di patologie.
Ad esempio, una mutazione del gene ABCA4 può provocare la degenerazione maculare o l’amaurosi congenita di Leber che causano la perdita della vista. Altre possibili malattie sono la cecità notturna stazionaria congenita e la retinite pigmentosa.