Ретинал — синтетический аналог витамина A¶

Ретинал (также ретинальдегид, ретиналь) — альдегидная форма витамина A, органическое соединение класса ретиноидов. Химически представляет собой окисленную форму ретинола (витамина A₁) и играет ключевую роль в зрительном процессе: именно ретинал служит хромофором зрительных пигментов палочек и колбочек сетчатки глаза. В тёмное время суток и в литературе соединение часто называют «ретиналь», в биохимии закрепилось сокращение RAL.

¶Химическая природа

Ретинал относится к терпеноидам, точнее — к ретиноидам. Его молекулярная формула — C₂₀H₂₈O, молярная масса около 284,4 г/моль. Молекула состоит из β-иононового кольца, полиеновой цепи из чередующихся двойных связей и концевой альдегидной группы (−CHO).

Благодаря системе сопряжённых двойных связей ретинал интенсивно поглощает свет в видимой области. Наличие двойных связей допускает геометрическую изомерию: важнейшие формы — полностью транс-ретиналь (all-trans-retinal) и 11-цис-ретиналь. Переход между этими изомерами под действием света лежит в основе фоторецепции.

Ретинал легко окисляется до ретиноевой кислоты и восстанавливается до ретинола. В организме эти превращения катализируются ферментами — ретинолдегидрогеназами и ретинальдегидредуктазами.

¶Роль в зрении

¶Родопсин и палочки

В палочках сетчатки ретинал связан с белком опсином, образуя зрительный пигмент родопсин. В темноте хромофор находится в 11-цис-конфигурации. Поглощение кванта света вызывает фотоизомеризацию: 11-цис-ретиналь превращается в полностью транс-ретиналь. Это меняет конформацию опсина и запускает каскад передачи сигнала — активируется трансдуцин, затем фосфодиэстераза, снижается концентрация циклического ГМФ, закрываются натриевые каналы, и фоторецептор гиперполяризуется. Так световой сигнал преобразуется в нервный импульс.

¶Колбочки и цветовое зрение

В колбочках ретинал связан с другими типами опсинов, чувствительными к разным участкам спектра. Комбинация сигналов от трёх типов колбочек обеспечивает цветовое восприятие. Хромофором во всех случаях остаётся 11-цис-ретиналь.

¶Цикл ретинала

После срабатывания родопсина транс-ретиналь должен вернуться в 11-цис-форму. Этот процесс, называемый зрительным циклом (циклом Вальда), включает транспорт ретиноидов между фоторецепторами и клетками пигментного эпителия сетчатки, ферментативные превращения и повторную изомеризацию. Нарушения цикла ведут к накоплению токсичных промежуточных продуктов и дегенерации сетчатки.

¶Биосинтез и источники

Ретинал в организме образуется из ретинола (витамина A) путём обратимого окисления. Ретинол поступает с пищей — из продуктов животного происхождения (печень, рыбий жир, яйца, молочные продукты), а также синтезируется из растительных каротиноидов, прежде всего β-каротина, который расщепляется ферментом β-каротин-15,15'-монооксигеназой с образованием двух молекул ретиналя.

Недостаток витамина A снижает количество ретиналя в сетчатке, что проявляется нарушением сумеречного зрения — «куриной слепотой» (гемералопией), а при тяжёлом дефиците — ксерофтальмией и необратимым повреждением роговицы.

¶Применение

• Офтальмология. Производные ретинала используются в диагностике и терапии наследственных заболеваний сетчатки, связанных с нарушениями зрительного цикла.
• Биохимия и оптогенетика. Ретинал служит хромофором для микробных родопсинов — канальных белков, применяемых в оптогенетике для управления активностью нейронов светом.
• Фармакология. Ретиноиды, включая ретиноевую кислоту, применяются в дерматологии и онкологии; сам ретинал как таковой в лекарственных препаратах используется ограниченно из-за нестабильности.

¶Свойства и стабильность

Ретинал — маслянистая жидкость жёлто-оранжевого цвета, чувствительная к свету, кислороду и нагреванию. Хранят его в темноте, под инертным газом, при пониженной температуре. В лабораторных условиях соединение получают окислением ретинола или полусинтетически. Из-за высокой реакционной способности альдегидной группы ретинал образует основания Шиффа с аминогруппами белков — именно эта связь удерживает хромофор в активном центре опсина.

¶Значение в науке

Открытие механизма фотоизомеризации ретинала стало одним из фундаментальных достижений биохимии зрения XX века. Работы Джорджа Уолда по химии зрительных пигментов были отмечены Нобелевской премией по физиологии или медицине в 1967 году. Изучение ретинала и родственных соединений продолжается в связи с разработкой методов генной и клеточной терапии наследственных ретинопатий.