Fotoreseptorit - kartiot ja sauvat

Mitä ovat fotoreceptorit

Fotoreseptorit ovat verkkokalvon hermosoluja. Nämä elementit ovat herkkiä valoaalloille ja niillä on tärkeä transduktiofunktio, eli ne pystyvät muuntamaan silmän pohjaan ulottuvan valon informaatioon (ensimmäinen kemikaali, sitten sähkö), joka lähetetään aivoihin näköhermon avulla.

Verkkokalvon fotoretseptorit on jaettu tangoihin ja kartioihin . Niiden rakenteelliset erot liittyvät tärkeisiin toiminnallisiin ominaisuuksiin. Esimerkiksi sauvat lähettävät vähemmän selkeän kuvan, mutta niillä on suurempi määrä valokuvatuloksia kuin kartiot ja ne ovat herkempiä heikossa valaistuksessa. Kaikki sauvat sisältävät myös saman valokopion (rodopsiinin), kun taas kartiot eivät ole samanlaisia. Nämä viimeiset fotoretseptorit ovat itse asiassa kolme erilaista valoherkkiä pigmenttejä (iodopsins), jotka takaavat eri värien syrjinnän (jokainen verkkokalvon kartio sisältää vain yhden kolmesta valokuvatulostuksesta). Lisäksi käpyjä ovat vastuussa päivänäkymästä ja tarkat tiedot.

Ominaisuudet ja toiminnot

Kartiot ja sauvat ovat erittäin erikoistuneita soluja, joiden tehtävänä on vastaanottaa valoa ja mukauttaa sitä lähettämään se aivoihin.

Visio-prosessissa fotoreceptorit jakavat tehtävät:

• Kartiot on omistettu selkeälle ja keskeiselle näkemykselle, ne antavat mahdollisuuden nähdä hienoja yksityiskohtia ja niitä käytetään pääasiassa päivänäkymässä (fotooppinen) tai keinotekoisten valonlähteiden läsnäollessa. Kartioita on kolme, joista jokainen sisältää pigmentin, joka tekee niistä herkkiä näkyvän spektrin eri aallonpituuksille; erityisesti niillä on absorptiopiikkejä 420, 530 ja 560 nm: ssä, jotka vastaavat vastaavasti sinistä, vihreää ja punaista. Tästä syystä kartiot pystyvät havaitsemaan värit.
• Pylväillä on toisaalta suuri valoherkkyys ja voit nähdä jopa yöllä ja alhaisen valon voimakkuuden (scotopic- tai crepuscular-näky). Nämä fotoreceptorit eivät kuitenkaan pysty rakentamaan laadukkaita kuvia ja eivät pysty erottamaan värejä. Sauvat puuttuvat itse asiassa akromaattiseen visioon, jolle on ominaista vain valkoinen, musta ja harmaasävy.

Kartiot ja sauvat ovat siksi täydentäviä ja niiden synkronointi takaa täydellisen näkemyksen.

Jakautuminen verkkokalvossa

Fotoreseptorit eivät jakaudu tasaisesti koko verkkokalvolle. Kartiot ovat noin 6 miljoonaa koko verkkokalvossa, joten sauvoja on vähemmän; niillä on hyvin suuri tiheys makulaarialueella (verkkokalvon keskiosa) ja ne ovat ainoat foveassa esiintyvät fotoreseptorit.

Sauvat puolestaan ​​vievät koko verkkokalvon (lukuun ottamatta foveal-aluetta) ja ovat paljon enemmän kuin käpyjä (keskimäärin 120 miljoonaa kussakin verkkokalvossa). Sauvojen prosenttiosuus kasvaa erityisesti, kun etäisyys foveasta kasvaa, kunnes se on maksimaalinen verkkokalvon äärimmäisessä kehässä. Tämä selittää syyn, miksi himmeän valon läsnä ollessa voimme paremmin tarkkailla esineitä, jos emme katso niitä suoraan.

Värinäkö

Kyky havaita värejä perustuu kolmen tyyppisten käpyjen läsnäoloon, jotka vastaavat tietyn aallonpituuden näkyvän valon alalla. Näissä fotoreceptoreissa on itse asiassa kolme erilaista proteiinia (opsiinit), jotka ovat vastaavasti herkkiä noin 420 nm: n ärsykkeelle (herkkiä siniselle spektrille), 530 nm (vihreä) ja 560 nm (punainen).

Havaitun kohteen lähettämän säteilyn spektrikoostumuksen perusteella kolme erilaista kartiota aktivoidaan eri yhdistelmissä ja prosentteina.

Kyky erottaa eri värit johtuu tästä vuorovaikutuksesta ja lopullisesta prosessista aivotasolla. Kartioiden nykyaikainen ja suurin ärsyke antaa valkoisen käsityksen.

Ihmiset, joilla ei ole tietyntyyppistä kartiota, menettävät tietenkin kyvyn havaita tiettyjä värejä, kuten värisokeudessa tapahtuu.

Huomaa . Jokainen kartion tyyppi poimii paremmin tietyllä aallonpituudella, mutta jokainen niistä pystyy myös reagoimaan tietyn vaihtelun sisällä saman spektrin sisällä.

Lisäksi on huomattava, että kolmen tyyppisen kartion absorptiospektri osittain päällekkäin, niin monta väriä voidaan havaita.

Miten ne ovat?

Fotoreceptorien rakenteelliset ominaisuudet

Fotoreceptorit esittävät peräkkäin ulkoisen segmentin ja sisäisen segmentin pigmentoidun epiteelin, ulkoisen kuidun, ytimen, aksonin (tai sisäisen kuidun) soluihin ja synaptiseen päättymiseen.

Kartioiden ulkosegmentin muoto on katkaistu pyramidi, ja sauvojen sylinterimäinen ja pitkänomainen; molemmissa tapauksissa tätä osaa leimaa laminoidun kerroksen sarja, joka rajaa solun sytoplasmaan upotetut kalvot, litistetyt ja diskoidut pistorasiat. Nämä "levyt" sisältävät pigmenttejä, jotka reagoivat valoon ja aiheuttavat muutoksia fotoreseptorimembraanipotentiaalissa (rodopsiinin sauvat ja iodopsins kartioille). Kartioiden ja sauvojen ulkosegmentti on kosketuksissa pigmentoituneen epiteelin, verkkokalvon uloimman kerroksen kanssa, koska se tarjoaa perusmolekyylin fototransduktioprosessille: verkkokalvolle.

Sisäiselle segmentille on tunnusomaista solunsisäisten organellien, kuten mitokondrioiden ja rakeisten endoplasmisten reticulum-kalvojen läsnäolo, jotka ovat välttämättömiä solujen aineenvaihdunnassa. Itse asiassa niiden tehtävänä on tuottaa uusia pigmenttimolekyylejä, kun ne hajoavat. Tämä osa kutistuu edelleen ulommaksi kuiduksi, jota seuraa solukappaleen osa, joka sisältää ytimen. Jälkimmäinen on liitetty aksonilla (tai sisäisellä kuidulla) synaptiseen päätteeseen, jossa on pylväiden muotoinen pallomainen muoto (tulppa ja haarautunut) kartioissa.

Synaptisella päättymisellä voidaan lähettää signaaleja fotoreseptorista bipolaarisille soluille synapsien avulla eli biokemiallisella siirrolla hermosolujen välillä. Tämä osa on itse asiassa samanlainen kuin neuronien aksonaalisten terminaalien synaptinen painike, jossa esiintyy neurotransmitteria sisältäviä vesikkeleitä.

Suhteet muihin verkkokalvon soluihin

Verkkokalvo on kalvo, joka on sijoitettu silmän sisäpinnalle, joka muodostuu kolmesta hermokudoksen kerroksesta, joka koostuu eri tyyppisistä soluista:

• Sisäinen kerros, joka koostuu ganglionisoluista;

• Välikerros, joka sisältää bipolaarisia soluja;

• Ulkoinen kerros, joka on kosketuksissa pigmentoituneen epiteelin kanssa, jossa fotoretseptorit löytyvät.

Kartiot ja sauvat on järjestetty kohtisuoraan verkkokalvon pintaan; jos ne altistuvat valolle tai pimeydelle, ne käyvät läpi konformaatiomuutoksia, jotka moduloivat välittäjäaineiden vapautumista. Nämä suorittavat eksitatorisen tai inhiboivan vaikutuksen verkkokalvon kaksisuuntaisiin soluihin.

Bipolaariset solut on liitetty toiselta puolelta fotoreseptoreihin ja toisaalta sisimmän kerroksen ganglionisoluihin, joiden aksonit aiheuttavat näköhermon. Bipolaariset solut kykenevät lähettämään asteittaisia ​​potentiaaleja.

Ganglionisolun aksonit muodostavat säteen, joka konvergoituu optiselle levylle ja lähtee silmämunasta ja etenee diencephalonia kohti näköhermona (kraniaalisten hermojen pari); vasteena verkkokalvon reseptorin transduktiolle ganglionisolut tuottavat keskushermostoon kohdistuvia toimintapotentiaaleja.

Verkkokalvossa on myös amakriini- ja horisontaalisia soluja, jotka moduloivat viestintää verkkokalvon hermokudoksessa (esimerkiksi sivusuuntaisella estolla).

Verkkokalvon takana on kuitenkin koroidi.

Huomaa . Tangot ja kartiot eivät ole alttiina lasimaiseen huumoriin, vaan ne on sijoitettu verkkokalvon ulkokerrokseen, joten ne virittyvät valolla sen jälkeen, kun se on läpäissyt sisäisen ja keskimmäisen verkkokalvokerroksen.

fototransduktiokaskadiin

Fototransduktio edustaa prosessia, jossa valoenergia muunnetaan sähköisiksi signaaleiksi, ja sitten siirretään aivoihin näköhermon kautta. Tämä ilmiö näkee fotoreceptoreita päähenkilöinä, joiden toiminta perustuu fotokemiallisiin reaktioihin.

Ensimmäinen fototransduktiotapahtuma esitetään valosignaalin absorptiolla fotopigmenteillä. Kullekin näistä molekyyleistä on tunnusomaista valon absorptiopiikki, joka vastaa tiettyä aallonpituutta (esimerkiksi käpyjen tapauksessa se tekee siitä herkemmän tietylle värille). Jokainen valoherkkä pigmentti sisältää komponentin, jota kutsutaan verkkokalvoksi (joka on yhteinen kaikille fotopigmenteille) ja proteiiniksi, jota kutsutaan opsiiniksi.

Siksi valosäteilyn vuoksi fotopigmentit muuttavat niiden molekyylirakennetta, joka laukaisee biokemialliset reaktiot, joista hermostimulaatio on peräisin. Tämä lähetetään sitten viereisiin verkkokalvon soluihin (kaksisuuntainen ja ganglionaarinen).

Tapahtumien kaskadi sauvoissa

Sauvakuva (rodopsiini) sijaitsee ulkosegmenttien levyjen kalvossa. Täältä löytyy myös G-proteiini (nimeltään transdukiini) ja entsyymi, fosfodiesteraasi, joka katalysoi toisen syklisen GMP-lähettäjän (cGMP) hajoamista.

Pimeässä :

• CGMP: n tasot kohoavat sauvan ulkosegmentin sytosolissa, jolloin aukeavat fotoreseptorikalvossa olevat natriumkanavat.
• Natriumionit tulevat soluun ja määrittävät depolarisaation, joka kulkee ulkosegmentistä fotoreseptoripäätelaitteeseen.
• Vasteena depolarisaatioon avataan kalsiumkanavia.
• Kalsiumin syöttö laukaisee eksosytoosimenetelmän, joka johtaa välittäjäaineen vapautumiseen.
• Neurotransmitteri vaikuttaa bipolaarisiin soluihin ja tuottaa asteittaisia ​​potentiaaleja.

Valossa :

• Rhodopsin imee valoa.
• Verkkokalvo muuttaa sen konformaatiota ja hajoaa itsestään opsiinista (tangoissa oleva pigmentti muuttuu "värjäytyneeksi"), joka aktivoi transdukiinin, joka puolestaan ​​aktivoi fosfodiesteraasin.
• Fosfodiesteraasi katalysoi syklisen GMP: n pilkkoutumista.
• CGMP: n tasot ulkosegmentin sytosolissa laskevat, joten natriumkanavat sulkeutuvat.
• Alempi natriumin saanti hyperpolarisoi solun (johtuen kaliumin vapautumisesta).
• Hyperpolarisaatio aiheuttaa kalsiumkanavien sulkemisen sisäsegmentissä, joten vähemmän neurotransmitteria vapautuu fotoreseptoripäätelaitteesta.

Valotransduktioprosessi, joka tapahtuu kolmessa kartion tyypissä, on samanlainen kuin sauvojen, vaikka kolme eri fotopigmenttiä on mukana.