martes, 18 de agosto de 2015

El retinal, el niño de nuestros ojos



Para la mayoría de nosotros, la visión es algo tan cotidiano que rara vez nos preguntamos cómo somos capaces de ver los objetos que nos rodean. Pero el proceso de la visión es una fascinante muestra de cómo la luz puede producir cambios a nivel molecular cuya última consecuencia es la capacidad de percibir una imagen. El reconocimiento de qué es lo que vemos – tamaño, forma, luminosidad y distancia – es materia de la física ocular y de la biología del cerebro. Sin embargo, todo esto depende de un evento inicial en el que la luz hace algo en el ojo, algo que desata todo el proceso sin el cual no habría visión. Ese “algo” es, de hecho, una transformación sencilla puramente química. Se trata de un fenómeno extraño en la biología: una reacción orgánica que no requiere de la ayuda de ninguna enzima. Tan directa, tan ausente de complicaciones, tan elegante, que se ha adoptado como la base de la visión en todas las formas de vida animal.

Anatomía del ojo humano.
Los ojos se comportan de manera similar a una cámara: la luz entra por la pupila, es enfocada por la lente (el cristalino) y golpea un detector sensible a la luz (la retina), situada en la parte posterior del ojo. La retina está repleta de millones de células sensibles a la luz, conocidas como bastones y conos debido a sus respectivas formas. Aproximadamente 7 millones de conos proporcionan información sobre el color y la nitidez de las imágenes, mientras que 120 millones de bastones actúan como detectores de la luz blanca que proporcionan la visión en la noche.

La membrana plasmática que recubre estas células fotorreceptoras separa dos medios con diferentes concentraciones iónicas, siendo la concentración de cationes (Na+, K+, Ca2+) más alta en el exterior que en el interior de la célula. En condiciones de oscuridad se encuentran abiertos una serie de canales transmembrana que permiten la entrada, fundamentalmente, de iones sodio Na+, contrarrestando de esta forma la carga más negativa que existe dentro de la célula. Lo que mantiene abiertos los canales es el GMP cíclico (GMPc), una molécula implicada como segundo mensajero en la transducción de señales en las células.

Conos (violeta) y bastones (verde) en una micrografía de la retina.
Los conos y los bastones poseen una región llena de discos unidos a la membrana plasmática, que contienen una serie de proteínas unidas al 11-cis-retinal, un cromóforo, es decir, una molécula que puede absorber la luz. Este aldehído no saturado es una de las muchas formas de la vitamina A, que proviene del β-caroteno, el pigmento responsable del color anaranjado de las zanahorias.

En el ojo solo hay un tipo de bastones, en los que el cromóforo se une a la proteína opsina, conociéndose al complejo como rodopsina. Sin embargo, existen tres tipos diferentes de conos, asociados al rojo, al verde y al azul. Cada color en el espectro visible se puede hacer por una mezcla de estos tres colores primarios y cada cono contiene una proteína diferente a la opsina, aunque con gran similitud en la secuencia de aminoácidos, para unirse al 11-cis-retinal.

Cuando la luz visible golpea al cromóforo, éste sufre un cambio en su organización molecular. En el orden de picosegundos (10 -12 s = 0,000000000001 s) el 11-cis-retinal se transforma en su isómero trans-retinal. La energía de la luz es fundamental para este proceso ya que la isomerización espontánea en la oscuridad se produce sólo una vez en 1.000 años. Debido a su rigidez, ya que la molécula se ha estirado, el isómero trans­-retinal no encaja bien en la proteína, adoptando una conformación energéticamente desfavorable, por lo que se produce la expulsión del cromóforo de la proteína. En nanosegundos (10 -9 s = 0,000000001 s), la forma de la proteína comienza a cambiar hasta liberar opsina por un lado y trans-retinal por otro, pero por el camino se han formado una serie de compuestos intermedios, tales como [rodopsina = opsina + 11-cis-retinal] -> [batorrodopsina = opsina + trans-retinal] -> lumirodopsina -> metarrodpsina I -> metarrodopsina II -> opsina + trans-retinal.

Isomerización del retinal.

El siguiente paso toma como punto de partida la metarrodopsina II, que activa la enzima transducina. Ésta a su vez activa otra enzima, la fosfodiesterasa, que por último cataliza la hidrólisis de GMPc, provocando el cierre de los canales de Na+ de la membrana plasmática de los bastones y conos. Los cationes Na+ ya no pueden entrar libremente en la célula, por lo que el potencial de la célula de repente aún más bajo en relación con el ambiente externo, fenómeno conocido como hiperpolarización. La gran diferencia de potencial formada genera un impulso eléctrico que se transfiere desde las células fotorreceptoras a las células nerviosas y de éstas al cerebro, que determina entonces donde se originó el impulso nervioso e interpreta la imagen.

Lo descrito es la absorción de luz por los bastones de un mamífero. Animales de clases muy diferentes, como artrópodos o moluscos, por ejemplo, tienen sistemas ópticos muy distintos. No obstante, a pesar de las diferencias anatómicas, el proceso de ver siempre comienza con la misma reacción: la isomerización del 11-cis-retinal, el niño de nuestros ojos.

Por  @JGilMunoz


Imagen de portada: montaje propio en el que se ve la molécula de retinal reflejada en un ojo.

Este post participa en el L Carnaval de la Química, albergado en JEDA Granada.

1 comentario:

  1. Hola Jesús. No deja de sorprenderme y, valga la redundancia, es sorprendente. Me parece un artículo de una construcción literaria impecable, de un interesante contenido científico y de una exposición superdidáctica. Enhorabuena.

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