Utilizan un mecanismo previamente desconocido que involucra al cloruro para "ver" la luz visible
Puede que los corales carezcan de ojos, pero no son ciegos. Estos delicados animales perciben la luz de maneras que siguen asombrando e inspirando a la comunidad científica.
Investigadores de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Universidad Metropolitana de Osaka han descubierto un mecanismo único de detección de luz en los corales constructores de arrecifes, en el que las proteínas detectoras de luz, conocidas como opsinas, utilizan iones de cloruro para alternar entre la sensibilidad a la luz ultravioleta y visible dependiendo del pH de su entorno.
Sus hallazgos sugieren una funcionalidad única que amplía nuestra comprensión de la visión y la fotorrecepción en todo el reino animal.
La visión animal depende de las opsinas, proteínas que detectan la luz mediante una pequeña molécula llamada retinal. Sin embargo, el retinal absorbe de forma natural solo la luz ultravioleta (UV), lo que significa que ve una luz más corta que la luz visible que nosotros percibimos.
Para extender su sensibilidad al rango visible, el retinal se une a la opsina para formar un pigmento fotosensible mediante un enlace químico especial llamado base de Schiff. Este enlace posee una carga positiva que, normalmente, requiere un aminoácido cercano con carga negativa, o contraión, para mantenerse estable.
Los antozoos, como los corales y las anémonas de mar, poseen opsinas pertenecientes al grupo de opsinas específicas de antozoos (ASO-II), un grupo de opsinas recientemente descubierto. Las opsinas ASO-II poseen propiedades diferentes a las de las opsinas de los mamíferos.
“Algunas opsinas ASO-II de los corales constructores de arrecifes carecen de los aminoácidos contraiónicos habituales que se encuentran en otras opsinas animales”, dijo Akihisa Terakita, profesor de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Universidad Metropolitana de Osaka y uno de los autores principales del estudio.
Imagen: Modelo estructural de mecánica cuántica/mecánica molecular (QM/MM) de Antho2a de tipo salvaje en el estado oscuro (A) y vistas detalladas del bolsillo de unión de la retina con un Glu292 protonado (neutro) (B), un Glu292 desprotonado (cargado negativamente) (C) y el mutante E292A (D). La base de Schiff protonada retinal (PSB) y los residuos del bolsillo de unión se muestran como barras (incluidos los hidrógenos polares), y el ion Cl− como una esfera con su coordinación como guiones. «Wat» indica una molécula de agua. Los residuos en la región QM están marcados en negrita.
Entonces, ¿Cómo logran estas opsinas "ver" la luz visible sin estos aminoácidos?
Para comprender esta cuestión, el equipo estudió las opsinas ASO-II del coral formador de arrecifes Acropora tenuis.
Mediante experimentos mutacionales, espectroscopía y simulación avanzada dirigida, los investigadores descubrieron que, en lugar de usar aminoácidos, las opsinas ASO-II emplean iones cloruro (Cl⁻) del entorno circundante como contraiones. Esta es la primera vez que los científicos informan sobre una opsina que utiliza iones inorgánicos de esta manera.
“Encontramos que los iones de cloruro estabilizan la base de Schiff más débilmente que los aminoácidos”, dijo Yusuke Sakai, investigador postdoctoral en el laboratorio de Terakita y primer autor del estudio, “por lo que la opsina puede cambiar reversiblemente entre la sensibilidad a la luz visible y la sensibilidad a los rayos UV dependiendo del pH”.
Esto sugiere un mecanismo en el que la sensibilidad de la opsina depende de si el enlace retinal-opsina (base de Schiff) está protonado o no, y el pH altera este equilibrio. Un pH bajo aumenta el número de protones, lo que significa que la base de Schiff se carga positivamente y absorbe longitudes de onda más largas, incluida la luz visible. Esto se estabiliza con cloruro. Por otro lado, en condiciones de pH alto, hay menos protones, lo que provoca que la base de Schiff se desprotone y absorba la luz ultravioleta.
Imagen: Une colonia de coral Acropora tenuis en Maldives (atolón de Baa).
Este cambio dependiente del pH puede tener importancia ecológica. Los corales viven en estrecha simbiosis con algas que producen nutrientes mediante la fotosíntesis. Dado que la fotosíntesis altera el pH dentro de las células coralinas, esto puede variar la sensibilidad de la opsina entre la luz visible y la ultravioleta. Esto sugiere que la sensibilidad de los corales a la luz puede ajustarse según la actividad fotosintética de las algas: un nuevo conocimiento de su relación simbiótica.
Más allá de una mejor comprensión de la biología de los corales, el descubrimiento podría inspirar nueva biotecnología.
“Se ha demostrado que la opsina ASO-II de Acropora tenuis regula los iones de calcio de forma dependiente de la luz, lo que sugiere posibles aplicaciones como herramienta optogenética cuya sensibilidad a la longitud de onda cambia con el pH”, afirmó Mitsumasa Koyanagi, profesor de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Universidad Metropolitana de Osaka y uno de los autores principales del estudio.
El estudio fue publicado en la revista eLife: Coral anthozoan-specific opsins employ a novel chloride counterion for spectral tuning
