Fotoreceptorok - Kúpok és rudak

Mik azok a fotoreceptorok

A fotoreceptorok a retinán található idegsejtek. Ezek az elemek érzékenyek a fényhullámokra, és fontos transzdukciós funkcióval rendelkeznek, azaz képesek átalakítani a szem aljáig érő fényt az optikai ideg segítségével az agyba továbbítandó információkra (első vegyszer, majd elektromos).

A retina fotoreceptorai rudakra és kúpokra vannak osztva. A szerkezeti különbségek fontos funkcionális jellemzőkhez kapcsolódnak. A rudak például kevésbé világos képet adnak, de nagyobb számú fénymásolást mutatnak, mint a kúpok, és érzékenyebbek az alacsony fényviszonyok között. Minden rúd ugyanazt a fotopigmentet (rodopszin) is tartalmazza, míg a kúpok nem egyformák. Ezek az utolsó fotoreceptorok valójában három különböző típusú fényérzékeny pigmentet (iodopsins) tartalmaznak, amelyek garantálják a különböző színek megkülönböztetését (a retina mindegyik kúpja csak a három fotopigment egyikét tartalmazza). Továbbá a kúpok felelősek a nappali látásért és a részletek pontos rögzítéséért.

Jellemzők és funkciók

A kúpok és rudak rendkívül specializált sejtek, amelyek a fény befogadására és az agyba való átvitelére szolgálnak.

A látási folyamatban a fotoreceptorok megosztják a feladatokat:

• A kúpok egyértelmű és központi látásmódra szántak, lehetővé teszik a finom részleteket, és főként a napvilágban (fotopikus) vagy mesterséges fényforrások jelenlétében használják. Háromféle kúp van, amelyek mindegyike tartalmaz egy pigmentet, amely érzékenyek a látható spektrum különböző hullámhosszaira; különösen a 420, 530 és 560 nm-es abszorpciós csúcsok, amelyek megfelelnek a kék, zöld és piros színnek. Emiatt a kúpok képesek a színek érzékelésére.
• Másrészt a rudak nagy fényérzékenységgel rendelkeznek, és lehetővé teszik, hogy még éjszaka és alacsony fényintenzitással (szkópikus vagy crepuscularis látás) is láthassuk. Ezek a fotoreceptorok azonban nem képesek jó minőségű képeket készíteni, és nem képesek megkülönböztetni a színeket. A rudak valójában az achromatikus látványban lépnek fel, amelyet csak fehér, fekete és szürke árnyalatok jellemeznek.

A kúpok és rudak ezért egymást kiegészítik, és a szinkronban végzett munkájuk tökéletes látást biztosít.

Eloszlás a retinában

A fotoreceptorok nem egyenletesen oszlanak el az egész retinán. A kúpok körülbelül 6 millió az egész retinában, így kevesebb a rúdnál; nagyon nagy sűrűségűek a makuláris régióban (a retina sík központi területe), és az egyetlen fotoveceptor a foveaban.

A rudak viszont a teljes retinát foglalják el (a foveal régió kivételével), és sokkal többek, mint a kúpok (átlagosan 120 millió minden retinában). A rudak százalékos aránya nő, különösen, ha a fovea távolsága megnő, míg a retina maximális perifériáján a legnagyobb. Ez megmagyarázza azt az okot, hogy miért halványabb fény jelenlétében jobban megfigyelhetjük az objektumokat, ha nem nézzük őket közvetlenül.

Színes látás

A színek észlelésének képessége háromféle kúp jelenlétén alapul, amelyek a látható fény területén az adott hullámhosszra reagálnak. Ezekben a fotoreceptorokban valójában háromféle fehérje (opszin) van, amelyek érzékenyek a 420 nm-es ingerre (a kék spektrumra érzékeny), 530 nm-re (zöld) és 560 nm-re (piros).

A megfigyelt objektum által kibocsátott sugárzás spektrális összetétele alapján a három típusú kúp különböző kombinációkban és százalékokban aktiválódik.

A különböző színek megkülönböztethetősége e kölcsönhatásból és az agyi szintű végső feldolgozásból ered. A kúpok kortárs és maximális ingerlése biztosítja a fehér felfogást.

Azok a személyek, akik nem rendelkeznek bizonyos típusú kúpokkal, nyilvánvalóan elvesztik azt a képességet, hogy bizonyos színeket észleljenek, ahogy a színvakságban történik.

Megjegyzés:. A kúpok minden típusa jobban felveszi egy adott hullámhosszon, de mindegyikük egy adott variációban is képes reagálni ugyanazon spektrumon belül.

Továbbá meg kell jegyezni, hogy a három kúpfajta abszorpciós spektruma részben átfed, így sok szín érzékelhető.

Hogy vannak?

A fotoreceptorok szerkezeti jellemzői

A fotoreceptorok egymás után egy külső szegmenst és egy belső szegmenst mutatnak be a pigmentált epitélium, egy külső szál, a mag, egy axon (vagy belső szál) sejtjeihez és egy szinaptikus végéhez.

A kúpok külső szegmense csonka piramis alakú, míg a rúdok hengeres és hosszúkás alakúak; mindkét esetben ezt a részt rétegelt rétegelt sorozatok jellemzik, amelyek határolják a sejt citoplazmájába merített membrános, lapos és diszkoszális aljzatokat. Ezek a "lemezek" tartalmazzák a fényre reagáló pigmenteket, és megváltoztatják a fotoreceptor membránpotenciálját (rhodopsin a rudakhoz és a kúpok jodopszinjeihez). A kúpok és rúdok külső szegmense érintkezik a pigmentált epitéliummal, a retina legkülső rétegével, mert fontos molekulát biztosít a fototranszdukciós folyamathoz: a retinát.

A belső szegmenst intracelluláris organellumok, például mitokondriumok és szemcsés endoplazmatikus retikulum membránok jelenléte jellemzi, amelyek nélkülözhetetlenek a celluláris metabolizmushoz. Valójában feladata, hogy új pigmentmolekulákat állítsanak elő, mivel azok lebomlanak. Ez a rész egy külső rostra zsugorodik, majd a sejtmagnak a magot tartalmazó része. Az utóbbit az axon (vagy a belső rost) összekapcsolja a szinaptikus végződéssel, amely izzó alakú (gömb alakú) a rúdokban, elárasztva és elágazva (pedicel) a kúpokban.

A szinaptikus lezárás lehetővé teszi a fotoreceptor által a bipoláris sejtek felé irányuló jelek szinapszisok, azaz az idegsejtek közötti biokémiai átvitel útján történő továbbítását. Ez a rész valójában analóg a neuronok axonális végeinek szinaptikus gombjával, ahol a neurotranszmittert tartalmazó vezikulumok vannak jelen.

Kapcsolat a retina más sejtjeivel

A retina egy, a szem belső felületére helyezett membrán, amelyet háromféle idegszövet alkot, különböző típusú sejtekből:

• Ganglion sejtekből álló belső réteg;

• Közbenső réteg, amely bipoláris sejteket tartalmaz;

• A pigmentált epitheliummal érintkező külső réteg, amelyben a fotoreceptorok találhatók.

A kúpok és rudak a retina felületére merőlegesen vannak elrendezve; ha fénynek vagy sötétségnek vannak kitéve, konformációs változásokon megy keresztül, amelyek modulálják a neurotranszmitterek felszabadulását. Ezek kiváltó vagy gátló hatást fejtenek ki a retina bipoláris sejtjeire.

A bipoláris sejtek egyrészt a fotoreceptorokhoz kapcsolódnak, másrészt a legbelső réteg ganglionsejtjeihez, amelyek axonjai a látóideg kialakulásához vezetnek. A bipoláris sejtek képesek fokozatos potenciálok továbbítására.

A ganglionsejt-axonok olyan fénysugarat képeznek, amely az optikai lemezen konvergálódik, és kilép a szemgolyóból, és a diencephalont egy látóidegként (a koponya-idegek párja) irányítja; a retina receptor transzdukciójára adott válaszként a ganglion sejtek a központi idegrendszerre irányuló akciós potenciált generálnak.

A retinában vannak amakrin és vízszintes sejtek is, amelyek modulálják a kommunikációt a retina idegszövetében (például oldalsó gátlással).

A retina hátoldalán azonban van a koroid.

Megjegyzés:. A rudak és a kúpok nem érintkeznek az üveges humorral, de a retina külső rétegében vannak elhelyezve, így a fény a belsejében és a középső retina rétegben való áthaladás után izgatja őket.

fototransductióban

A fototranszdukció azt a folyamatot jelenti, amellyel a fényenergiát elektromos jelekké alakítják át, majd átadják az agynak a látóidegen keresztül. Ez a jelenség a fotoreceptorokat főszereplőként látja el, amelyek működése a fotokémiai reakciókon alapul.

A fototranszdukció első eseményét a fényjelek fényelnyeléssel történő abszorpciója jelenti. Ezeknek a molekuláknak mindegyikét a fényabszorpció csúcsa jellemzi, amely egy adott hullámhossznak felel meg (például kúpok esetében az adott színre érzékenyebbé teszi). Minden fényérzékeny pigment tartalmaz egy retinát (az összes fotopigmenthez közös) és egy opszint nevezett fehérjét.

Ezért a fénysugárzások következtében a fotopigmentek megváltoztatják a molekuláris szerkezetüket, ami biokémiai reakciókat vált ki, amelyekből az idegstimuláció származik. Ezután a szomszédos retina sejtekbe (bipoláris és ganglionáris) kerül továbbításra.

Az események kaszkádja a rudakban

A rúdfotózás (rodopszin) a külső szegmenstárcsák membránjában található. Itt találunk egy G-proteint (transzducint) és egy enzimet, foszfodiészterázt, amely katalizálja a második ciklikus GMP-hírnök (cGMP) lebomlását.

A sötétben :

• A cGMP szintje megemelkedik a rúd külső szegmensének citoszoljában, ezáltal megnyitva a fotoreceptor membránjában található nátriumcsatornákat.
• A nátriumionok belépnek a sejtbe, és meghatározzák azt a depolarizációt, amely a külső szegmenstől a fotoreceptor terminálig halad.
• A depolarizáció hatására kalciumcsatornákat nyitnak.
• A kalcium-bevitel kiváltja az exocitózis folyamatát, ami neurotranszmitter felszabadulásához vezet.
• A neurotranszmitter bipoláris sejtekre hat, fokozatos potenciálokat generálva.

Fényben :

• A rodopszin elnyeli a fényt.
• A retina megváltoztatja konformációját és elválik magát az opszintől (a rudakban lévő pigment „elszíneződik”), amely aktiválja a transzducint, amely viszont aktiválja a foszfodiészterázt.
• A foszfodiészteráz katalizálja a ciklikus GMP hasítását.
• A cGMP szintje a külső szegmens citoszoljában csökken, így a nátriumcsatornák közel állnak.
• Az alacsonyabb nátrium bevitel hiperpolarizálja a sejtet (a kálium felszabadulása miatt).
• A hiperpolarizáció miatt a kalciumcsatornák bezáródnak a belső szegmensben, így kevesebb neurotranszmitter szabadul fel a fotoreceptor terminálból.

A fototranszdukció folyamata a három típusú kúpban hasonló a rudakéhoz, még akkor is, ha három különböző fotopigáció van jelen.