Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben erstmals die dreidimensionale Struktur menschlicher Zapfenopsine im Dunkelzustand bestimmt. Die Ergebnisse liefern neue Einblicke in die Funktionsweise des menschlichen Farbsehens und könnten künftig zur Entwicklung von Therapien gegen Netzhauterkrankungen beitragen.

Die Studie unter Leitung von Polina Isaikina und Sarah L. Schmidt vom PSI-Zentrum für Life Sciences konzentrierte sich auf die blau- und grünempfindlichen Varianten der lichtempfindlichen Rezeptorproteine in den Zapfenzellen der Netzhaut. Zapfenopsine ermöglichen bei Tageslicht die detaillierte und farbige Wahrnehmung der Umwelt sowie das Erkennen schneller Bewegungen. Ihre Beeinträchtigung spielt eine Rolle bei Erkrankungen wie Farbblindheit und altersbedingter Makuladegeneration.

Die Strukturbestimmung im Dunkelzustand war aufgrund der hohen Dynamik der Rezeptoren technisch anspruchsvoll. Die Forschenden arbeiteten unter sehr schwachem roten Licht und kombinierten mehrere Methoden, darunter Kryo-Elektronenmikroskopie, ultraschnelle Laserspektroskopie, biochemische Tests und computergestützte Simulationen.

Die Ergebnisse zeigen, dass Zapfenopsine für eine extrem schnelle Signalübertragung ausgelegt sind. Im Zentrum jedes Rezeptors befindet sich das Retinal, ein lichtempfindliches Molekül aus Vitamin A. Bei Lichteinfall verändert es seine Form und löst eine Signalkaskade aus. Die Struktur der Rezeptoren ermöglicht eine rasche Vorbereitung auf den nächsten Lichtimpuls. Unterschiede in der Retinal-Bindungstasche erklären, warum blaue, grüne und rote Zapfenopsine auf unterschiedliche Wellenlängen reagieren.

Die neuen Erkenntnisse könnten helfen, molekulare Ursachen von Netzhauterkrankungen besser zu verstehen und gezielte Therapien zu entwickeln. Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern durchgeführt und in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Original Paper:

Illuminating the molecular basis of human daylight vision
Sarah L. Schmidt, Jakub Dostal, Saumik Sen, Andrej Hovan, Deborah Walter, Martin V. Appleby, Asato Kojima, Hideaki E. Kato, John H. Beale, Miroslav Kloz, Gebhard F. X. Schertler, Polina Isaikina
Science, 25.06.2026 (online)
DOI: 10.1126/science.adz3624

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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