این تیم دریافت که فقط تفاوت در سه اسید آمینه برای تنظیم حساسیت مخروطهای شبکیه چشم به نور قرمز یا سبز کافی است.
این کشف میتواند به توضیح اینکه چرا کوررنگی قرمز-سبز بسیار رایج است، کمک کند و به طور بالقوه به روشهای جدیدی برای درمان آن منجر شود.
کوتا کاتایاما(Kota Katayama)، بیوشیمیست موسسه فناوری ناگویا میگوید: این مطالعه اولین ساختارهای سهبعدی رنگدانههای بینایی مخروطی حساس به قرمز و سبز در پستانداران اولیه را در حالت تاریک آنها گزارش میدهد. این دانش در دراز مدت میتواند به محققان کمک کند تا بفهمند که تغییرات ژنتیکی چگونه درک رنگ را تغییر میدهند و در نقص دید رنگ و سایر اختلالات بینایی نقش دارند.
انسانها به عنوان سهرنگبین (تریکرومات) شناخته میشوند، به این معنی که ما سه نوع سلول مخروطی در شبکیه خود داریم. همه این سلولها به طول موجهای مختلف نور (قرمز، سبز و آبی) حساس هستند و وقتی میلیونها از آنها را با هم ترکیب میکنید، به ما امکان میدهد از همه رنگهای آشنای رنگینکمان لذت ببریم.
البته همه حیوانات تنظیمات یکسانی ندارند. سگها دورنگبین هستند و زرد و آبی را به خوبی میبینند، اما قرمز و سبز را از دست میدهند. در همین حال، پرندگان دارای دید چهاررنگ هستند که به آنها امکان دسترسی به دنیایی از رنگهای کاملاً جدید را میدهد که حتی نمیتوانیم تصور کنیم.
اکنون طبق این مطالعه جدید، باید خود را خوششانس بدانیم که میتوانیم تفاوت بین یک سیب سبز و یک سیب سرخ را تشخیص دهیم.
همه مخروطهای چشم انسان نور را با استفاده از یک مولکول اساسی یکسان معروف به «11-cis-retinal» جذب میکنند. تفاوت در طول موجهایی که جذب میکنند و رنگهایی که در نتیجه میبینیم، به تغییرات جزئی در ساختار این پروتئین برمیگردد.
محققان میگویند: رنگدانههای حساس به قرمز و سبز به طور ویژه جذاب هستند؛ آنها تنها در چند موقعیت اسید آمینه متفاوت هستند، با این حال پیکهای جذب نور آنها حدود 30 نانومتر از هم فاصله دارند و امکان تشخیص رنگ قرمز و سبز را فراهم میکنند.
آنها افزودند: هدف ما با ترکیب میکروسکوپ الکترونی کرایو با طیفسنجی ارتعاشی و مدلسازی شیمیایی کوانتومی، روشن کردن چگونگی تنظیم حساسیت طیفی رنگدانههای مخروطی توسط رنگدانههای مخروطی بود.
محققان برای بررسی این موضوع به میمون ماکاک خرچنگخوار (Macaca fascicularis)، گونهای از نخستیسانان که بینایی سهرنگی بسیار مشابهی با انسان دارند، روی آوردند. آنها تصاویر میکروسکوپ الکترونی کرایو از رنگدانههای مخروطی قرمز و سبز در میمونها گرفتند و سپس مدلهای دیجیتالی از آنها ایجاد کردند.
سپس از این نسخههای دیجیتالی برای شبیهسازی آنچه که با نسخههای کمی متفاوت از پروتئینها اتفاق میافتد و چگونگی تأثیر آن بر جذب نور استفاده کردند.
در نهایت، دانشمندان کشف کردند که تقریباً تمام اختلاف ۳۰ نانومتری بین درک قرمز و سبز را میتوان به تغییرات تنها در سه اسید آمینه موسوم به A180S، F277Y و A285T نسبت داد.
جالب اینجاست که این تیم متوجه شد که این اسیدهای آمینه با تغییر شکل فیزیکی پروتئینها، رنگهایی را که یک سلول مخروطی به آنها حساس است، تنظیم نمیکنند و در عوض، به نظر میرسد که آنها محیط الکترواستاتیک اطراف خود را تغییر میدهند که در نتیجه طول موجهای جذب شده و میزان آنها را تغییر میدهد.
این بررسی دقیق همچنین ساختار جدیدی را آشکار کرد که ممکن است توضیح دهد که چرا دید رنگی شما پس از مدتی در یک اتاق روشن، فرسوده نمیشود.
سلولهای مخروطی به سرعت پس از تحریک توسط نور بازسازی میشوند و این میتواند به لطف روزنه جدیدی در ساختار رنگدانه باشد که این تیم پیدا کرد. این روزنه در رودوپسین(rhodopsin)، رنگدانهای که سلولهای میلهای در چشم ما از آن برای دیدن در نور کم استفاده میکنند، وجود ندارد.
محققان میگویند: این یافتهها تفاوتهای عملکردی دیرینه در بینایی رنگ را به ویژگیهای ساختاری ملموس مرتبط میکند. توالی کوچک با تغییر شکل میدان الکترواستاتیکی که بر کروموفور شبکیه عمل میکند، رنگ را تنظیم میکند، در حالی که مسیرهای دسترسی غشایی مجزا، تبادل کارآمد کروموفور و بازیابی سریع را ممکن میسازند.
این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.
