Ein Opsin ist ein lichtempfindliches Protein in der Netzhaut. Viele Opsine sind an der Übertragung von Lichtsignalen zu visuellen Bildern beteiligt. Andere Arten dieser Proteine wurden in den 1990er Jahren entdeckt. Diese haben seit 2010 nicht-visuelle und oft unbekannte Rollen in der Physiologie. Ein nicht-visuelles Opsin mit bekannter Funktion ist Melanopsin, das an der Einstellung zirkadianer Rhythmen beteiligt ist.
Die Netzhaut ist die innere Schicht des Auges, die Photorezeptorzellen enthält. Diese Zellen sind spezialisierte Arten von Nervenzellen, die Licht in eine Kette biologischer Reaktionen umwandeln. Die bekanntesten sind Stäbchen, die bei schwachem Licht funktionieren und zu Schwarz-Weiß-Sehen führen, und Zapfen, die für das Farbsehen verantwortlich sind.
Die verschiedenen Arten von Photorezeptorzellen haben unterschiedliche Arten von Opsinen. Stäbchenzellen haben eine Verbindung namens Rhodopsin, die aus dem Protein Opsin und einer Vitamin A-ähnlichen Verbindung namens Retinal besteht. Da es Retinal, auch Retinaldehyd genannt, enthält, wird es als Retinylidenprotein bezeichnet. Die Netzhaut reagiert auf grün-blaues Licht mit einer Konformationsänderung, die einen Rezeptor auf der Zelloberfläche aktiviert. Diese Aktivierung löst dann eine Kaskade von Veränderungen innerhalb der Zelle aus und führt zu Nachtsicht.
Zapfenzellen, auch Retinylidenproteine, haben Opsine mit leichten strukturellen Variationen von Rhodopsin, und dies verschiebt die Wellenlängen des Lichts, bei denen sie absorbieren. Diese Zellen haben eine von drei Arten von Opsin, bekannt als Photopsin, die Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aufnehmen. Sie absorbieren Gelb-Grün, Grün und Blau-Violett, und die Signale werden dann vom Gehirn zu einem farbigen Bild kombiniert. Zapfenzellen sind weniger lichtempfindlich als Stäbchenzellen.
Die Übertragung visueller Informationen an das Gehirn ist nur eine Art von Signal, das von Opsinen weitergegeben wird. Ein anderer Typ wird von Melanopsin übertragen, einem Opsin, das den wirbellosen Opsinen ähnlicher ist. Es reagiert auf Licht und sendet ein nicht-visuelles Signal, das das Schlafbedürfnis in einen 24-Stunden-Hell-Dunkel-Zyklus übersetzt, der als zirkadianer Rhythmus bekannt ist. Blinde Menschen mit funktionierender Netzhaut können diesen Kreislauf noch einhalten.
Opsine sind im gesamten Tierreich weit verbreitet und kommen sogar in der Haut von Amphibien vor. Bisher wurden über 1,000 Arten von Opsinen identifiziert. Sie kommen auch in Bakterien vor, und diese Proteine werden verwendet, um die Energie aus Licht zu gewinnen, um Kohlendioxid in Zucker umzuwandeln. Es wird angenommen, dass sich die Opsine in diesen primitiven Organismen getrennt von denen in fortgeschritteneren Kreaturen entwickelt haben.