Рифообразующие кораллы используют неизвестный механизм с хлоридом для «видения» видимого света

Исследователи из Высшей школы науки Осакского столичного университета обнаружили уникальный механизм светочувствительности у рифообразующих кораллов. Светочувствительные белки опсины используют ионы хлорида (Cl-), чтобы переключаться между чувствительностью к ультрафиолетовому (УФ) и видимому свету в зависимости от pH окружающей среды.

Исследование опубликовано в eLife.

  • Проблема: Зрение животных основано на опсинах, которые используют молекулу ретиналь для поглощения света. Однако сам по себе ретиналь поглощает только УФ-свет. Чтобы видеть видимый свет, ретиналь связывается с опсином, образуя светочувствительный пигмент через шиффово основание. Эта связь имеет положительный заряд, который обычно стабилизируется отрицательно заряженной аминокислотой (контрионом).
  • Открытие: Опсины кораллов группы ASO-II (антозой-специфичные опсины II) не имеют типичных аминокислот-контрионов. Вместо этого они используют хлорид-ионы из окружающей среды. Это первый известный случай, когда опсин использует неорганические ионы таким образом.
  • Механизм: Хлорид-ионы стабилизируют шиффово основание слабее, чем аминокислоты. Это позволяет опсину обратимо переключаться между чувствительностью к видимому свету и УФ-свету в зависимости от pH:
    • При низком pH (больше протонов) шиффово основание протонировано, имеет положительный заряд, стабилизируется хлоридом и поглощает более длинные волны (видимый свет).
    • При высоком pH (меньше протонов) шиффово основание депротонировано и поглощает УФ-свет.
  • Экологическая роль: Кораллы живут в симбиозе с водорослями, фотосинтез которых изменяет pH внутри клеток коралла. Это переключение чувствительности опсина может позволять кораллам адаптировать световосприятие к активности фотосинтеза водорослей.
  • Перспективы: Опсин ASO-II коралла Acropora tenuis регулирует ионы кальция светозависимым образом. Это указывает на его потенциальное применение в качестве оптогенетического инструмента, чья спектральная чувствительность меняется с pH.