به نقل از فرارو، نتایج یک پژوهش جدید که توسط متخصصان بیوشیمی در مؤسسه فناوری ناگویا در ژاپن انجام شده و در نشریه Science منتشر شده است، نشان می دهد که تنها سه اسید آمینه تفاوت میان سلول های مخروطی حساس به نور قرمز و سبز را رقم می زنند؛ یافته ای که می تواند علت شیوع بالای کوررنگی قرمز-سبز را توضیح دهد و راه را برای توسعه روش های درمانی جدید هموار کند.

به نقل از sciencealert، در نگاه نخست رنگ های قرمز و سبز تفاوت آشکاری با یکدیگر دارند، اما از دیدگاه زیست شناسی و نحوه پردازش آن ها در چشم، شباهت بسیار زیادی میان این دو وجود دارد. پژوهشگران اکنون دریافته اند که این شباهت حتی در سطح مولکولی نیز برقرار است و تنها تفاوت در سه اسید آمینه کافی است تا سلول های مخروطی شبکیه برای حساسیت به نور قرمز یا سبز تنظیم شوند.

کوتا کاتایاما، متخصص بیوشیمی در مؤسسه فناوری ناگویا، درباره این پژوهش گفت: این مطالعه نخستین ساختارهای سه بعدی رنگدانه های بیناییِ سلول های مخروطیِ حساس به نور قرمز و سبز در پستانداران را در حالت تاریکی گزارش می کند.

به گفته پژوهشگران، این یافته ها در بلندمدت می تواند به درک بهتر تأثیر تغییرات ژنتیکی بر ادراک رنگ، نقص های دید رنگی و سایر اختلالات بینایی کمک کند.

انسان ها دارای دید سه رنگ (تریکروماتیک) هستند؛ به این معنا که در شبکیه چشم خود سه نوع سلول مخروطی دارند که هر یک به طول موج های متفاوت نور، یعنی قرمز، سبز و آبی، حساس هستند. ترکیب میلیون ها سلول مخروطی به انسان امکان می دهد طیف گسترده ای از رنگ های قابل مشاهده را تشخیص دهد.

البته همه جانوران از چنین توانایی ای برخوردار نیستند. سگ ها دارای دید دورنگ (دای کروماتیک) هستند و رنگ های زرد و آبی را به خوبی تشخیص می دهند، اما قادر به دیدن رنگ های قرمز و سبز نیستند. در مقابل، پرندگان از دید چهاررنگ (تتراکروماتیک) بهره می برند و می توانند رنگ هایی را ببینند که برای انسان قابل تصور نیست. پژوهشگران در این زمینه اشاره می کنند که انسان ها باید خود را خوش شانس بدانند که می توانند تفاوت میان یک سیب سبز گرنی اسمیت و یک سیب قرمز رد دلیشز را تشخیص دهند.

تمام سلول های مخروطی چشم انسان نور را با استفاده از مولکولی مشترک به نام 11-سیس-رتینال جذب می کنند. تفاوت در طول موج نور جذب شده و در نتیجه رنگی که دیده می شود، به تغییرات بسیار کوچک در ساختار پروتیین های این سلول ها بازمی گردد.

محققان در مقاله خود نوشته اند: رنگدانه های حساس به قرمز و سبز به طور خاص جذاب هستند: آن ها تنها در چند موقعیت اسید آمینه متفاوت هستند، با این حال پیک های جذب نور آن ها حدود 30 نانومتر از هم جدا هستند و امکان تشخیص رنگ قرمز-سبز را فراهم می کنند.

آن ها افزودند: با ترکیب میکروسکوپ الکترونی کرایو با طیف سنجی ارتعاشی و مدل سازی شیمیایی کوانتومی، هدف ما روشن کردن چگونگی تنظیم حساسیت طیفی رنگدانه های مخروطی بود.

برای بررسی این موضوع، پژوهشگران از ماکاک خرچنگ خوار (Macaca fascicularis) استفاده کردند؛ گونه ای از نخستی سانان که از نظر بینایی سه رنگه شباهت زیادی به انسان دارد. آن ها با بهره گیری از میکروسکوپ الکترونی کرایو، تصاویری از رنگدانه های سلول های مخروطی قرمز و سبز این حیوان تهیه کرده و سپس مدل های دیجیتالی آن ها را ساختند.

در مرحله بعد، پژوهشگران با استفاده از این مدل های دیجیتال، نسخه هایی از پروتیین ها را که تفاوت های جزیی با نمونه اصلی داشتند شبیه سازی کردند تا تأثیر این تغییرات بر جذب نور را بررسی کنند.

نتایج نشان داد که تقریباً تمام اختلاف 30 نانومتری میان قله های جذب طیفی مربوط به رنگ های قرمز و سبز، تنها ناشی از تغییر در سه اسید آمینه A180S، F277Y و A285T است.

پژوهشگران همچنین دریافتند این اسیدهای آمینه از طریق تغییر شکل فیزیکی پروتیین ها عمل نمی کنند. در عوض، آن ها محیط الکترواستاتیکی اطراف خود را تغییر می دهند؛ تغییری که مشخص می کند چه طول موج هایی و با چه شدتی جذب شوند.

این بررسی همچنین ساختار تازه ای را در رنگدانه های مخروطی آشکار کرد که می تواند توضیح دهد چرا بینایی رنگی انسان پس از قرار گرفتن طولانی مدت در محیط های پرنور دچار فرسودگی نمی شود. به گفته محققان، سلول های مخروطی پس از تحریک نوری به سرعت بازسازی می شوند و احتمالاً این فرآیند به لطف وجود منفذی تازه کشف شده در ساختار رنگدانه ها امکان پذیر است. این منفذ در رودوپسین، رنگدانه سلول های میله ای مسئول دید در نور کم، وجود ندارد.

محققان در جمع بندی نتایج خود نوشتند: این یافته ها تفاوت های عملکردی دیرینه در بینایی رنگ را به ویژگی های ساختاری ملموس مرتبط می کنند.

آن ها در ادامه افزودند: توالی کوچک با تغییر شکل میدان الکترواستاتیکی که بر کروموفور شبکیه عمل می کند، رنگ را تنظیم می کند، در حالی که مسیرهای دسترسی غشایی مجزا، تبادل کروموفور کارآمد و بازیابی سریع را ممکن می سازند.

این پژوهش در نشریه علمی Science منتشر شده است