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Iodopsin

Als Iodopsin bezeichnet man Pigmente der Zapfen, die sich für das Farbsehen verantwortlich zeichnen. Hierbei handelt es sich um sogenannte Proteine namens Photopsine, die jeweils in einer Bindung mit einem farbgebenden Stoff sind. Man unterscheidet zwischen Typ 1 und Typ 2. Neoretinin (11-cis-Retinol) oder Retinal (11-cis-Retinal) gehören zu Typ 1. Die Pigmente, deren Eiweißbestandteil Photopsin ein Chromophor des Typs 2 bindet (3,4-Dehydro-11-cis-Retinal), gehören nicht zu Iodopsin, sondern werden als Porphyropsin bezeichnet.

Zusammensetzung und Genetik

Iodopsine bestehen aus ca. 350-360 Aminosäuren. Sie gehören zu den Membranproteinen, die zu den G-Protein-gekoppelten Rezeptoren zählen. Man findet die Gene für das M- und L-Photopsin des Rot- und des Grün-Pigments auf dem X-Chromosom. Das Gen für das S-Photopsin des Blau-Pigments liegt wiederum auf Chromosom Nr. 7. Bei jedem Menschen kommt das Gen für das rotempfindliche L-Photopsin lediglich einmal vor. Im Gegensatz dazu kann das Gen für das grünempfindliche M-Photopsin ganz verschieden und in bis zu drei Kopien als Tandem vorliegen.
Diese Tatsache ermöglicht zudem, dass bei der Meiose auch ungleiche homologe Varianten auftauchen können. Die beiden Gene sind sich darüber hinaus sehr ähnlich, deshalb kommt es während der Meiose durchaus auch zu Paarungen zwischen den homologen Chromosomen, bei denen sich die ähnlichen Gensequenzen gegenüberliegen. Dadurch kommt es zu unterschiedlichen Ergebnissen. Ob sich daraus letztendlich eine Farbfehlsichtigkeit ergibt, hängt von einer möglichen Kompensation des Defekts durch das zweite Geschlechtschromosom ab.
Ein zweites, unverändertes X-Chromosom verhindert bei Frauen zumeist eine Fehlsichtigkeit. Weist jedoch auch das zweite X-Chromosom ebenfalls die gleichen Abweichungen, können auch Frauen Farbfehlsichtigkeiten entwickeln. Bei Männern weist das Y-Chromosom keine zu den Photopsin-Genen homologen Gene auf. Dadurch tritt bei ihnen ein Defekt mit 100-prozentiger Wahrscheinlichkeit auf. Da das Rot-Gen am Ende der Kette der aufgereihten Photopsin-Gene liegt, ist eine Verdopplung des Rot-Gens sehr selten. Sogenannte Hybrid-Gene resultieren aus dem Austausch von Abschnitten zwischen Grün- und Rot-Gen. Dabei kommt es nach Anteil der einzelnen Gen-Abschnitte zu einem Ausfall des Rot- oder Grün-Gens. Alternativ erfolgt die Ausbildung von Pigmenten mit abweichenden Absorptionsmaxima.

Absorptionswerte der drei Iodopsine im menschlichen Körper

Der Maximalwert der Absorption der drei menschlichen Iodopsine beträgt 560 nm für rot-sensitives L-Iodopsin mit L-Photopsin. Auftretende Defekte am OPN1LW-Gen führen zur Protanopie. Bei blau-sensitivem S-Iodopsin mit S-Photopsin lautet der Wert 420 nm. Defekte am entsprechenden OPN1SW-Gen führt zur Tritanopie. Für grün-sensitives M-Iodopsin mit M-Photopsin lautet der Wert 530 nm. Hier führen Defekte am OPN1MW-Gen zur Deuteranopie.

Bedeutung der Evolution

Betrachtet man die Basensequenzen der Rot- und Grün-Gene, so stellt man fest, dass sie durch Duplikation aus einem einzigen Vorläufergen entstanden sind. Darüber hinaus stimmen sie zu 98% miteinander überein. Es ist zudem interessant, dass die sogenannten Neuweltaffen auf dem X-Chromosom lediglich über ein einziges Sehpigment verfügen. Hierbei sollte man erwähnen, dass vor etwa 40 Millionen Jahren das Auseinanderdriften von Afrika und Südamerika durch die Kontinentalverschiebung stattfand. Daher muss die Duplizierung nach Trennung des Genpools der Vorfahren der Alt- und Neuweltaffen erfolgt sein.