Fotoreceptori - konusi un stieņi

Kas ir fotoreceptori

Fotoreceptori ir nervu šūnas, kas atrodamas tīklenē . Šie elementi ir jutīgi pret gaismas viļņiem un spēlē svarīgu transdukcijas funkciju, ti, tie spēj pārveidot gaismu, kas nonāk acs apakšā, uz informāciju (pirmo ķīmisko vielu, tad elektrisko), kas tiek pārnesta uz smadzenēm ar redzes nervu.

Tīklenes fotoreceptori ir sadalīti stieņos un konusi . To strukturālās atšķirības ir saistītas ar svarīgām funkcionālajām īpašībām. Stieņi, piemēram, pārraida mazāk skaidru attēlu, bet tiem ir lielāks skaits fotogrāfiju nekā konusi un ir jutīgāki vājā apgaismojumā. Visi stieņi satur arī tādu pašu fotopigmentu (rodopīns), bet konusi nav vienādi. Šie pēdējie fotoreceptori faktiski ir trīs dažādu veidu gaismu jutīgi pigmenti (iodopsīni), kas garantē dažādu krāsu diskrimināciju (katrs tīklenes konuss satur tikai vienu no trim fotografēšanas veidiem). Turklāt konusi ir atbildīgi par dienas redzējumu un precīzu informāciju.

Funkcijas un funkcijas

Konusi un stieņi ir augsti specializētas šūnas, kuru funkcija ir iegūt gaismu un pielāgot to, lai to nodotu smadzenēm.

Redzes procesā fotoreceptori koplieto uzdevumus:

• Konusi ir veltīti skaidram un centrālam redzējumam, tie ļauj redzēt smalkas detaļas un galvenokārt tiek izmantoti dienas redzējumā (fotopēdiski) vai mākslīgo gaismas avotu klātbūtnē. Ir trīs veidu konusi, no kuriem katrs satur pigmentu, kas padara tos jutīgus pret dažādiem viļņu garumiem redzamajā spektrā; jo īpaši tām ir absorbcijas maksimums pie 420, 530 un 560 nm, kas atbilst attiecīgi zilam, zaļam un sarkanam. Šī iemesla dēļ konusi spēj uztvert krāsas.
• No otras puses, stieņi ir ļoti jutīgi pret gaismu un ļauj jums redzēt pat naktī un zemas gaismas intensitātes (skotiskā vai krepsiju redze) klātbūtnē. Šie fotoreceptori tomēr nespēj veidot labas kvalitātes attēlus un nespēj atšķirt krāsas. Stieņi faktiski iejaucas akromātiskajā redzējumā, ko raksturo tikai balti, melni un pelēki toņi.

Tāpēc konusi un stieņi ir papildinoši, un viņu darbs sinhronizācijā garantē perfektu redzējumu.

Izplatīšanās tīklenē

Fotoreceptori nav vienmērīgi sadalīti pa visu tīkleni. Konuss ir aptuveni 6 miljoni visā tīklenē, tāpēc ir mazāk nekā stieņi; tiem ir ļoti augsts blīvums makulas reģionā (tīklenes plaknes centrālajā daļā) un tie ir vienīgie fotoveceptori, kas atrodas fovea.

No otras puses, stieņi aizņem visu tīkleni (izņemot foveal reģionu) un ir daudz vairāk, nekā konusi (vidēji 120 miljoni katrā tīklenē). Stieņu procentuālais īpatsvars palielinās, jo, palielinoties attālumam no fovea, palielinās tīklenes galējā perifērijā. Tas izskaidro iemeslu, kāpēc tuvās gaismas klātbūtnē mēs varam labāk novērot objektus, ja mēs tos neuzskatām tieši.

Krāsu redze

Spēja uztvert krāsas ir balstīta uz trīs veidu konusu klātbūtni, kas reaģē uz konkrētiem viļņu garumiem redzamās gaismas jomā. Šajos fotoreceptoros faktiski ir trīs veidu proteīni (opsīni), kas attiecīgi ir jutīgi pret stimulu apmēram 420 nm (jutīgi pret zilo spektru), 530 nm (zaļš) un 560 nm (sarkans).

Pamatojoties uz novērojamā objekta radītā starojuma spektrālo sastāvu, trīs veidu konusi tiek aktivizēti dažādās kombinācijās un procentos.

Spēja atšķirt dažādas krāsas izriet no šīs mijiedarbības un galīgās apstrādes smadzeņu līmenī. Mūsdienu un maksimālais konusu stimuls nodrošina balta uztveri.

Cilvēki bez konkrēta veida konusa acīmredzami zaudē spēju uztvert noteiktas krāsas, kā tas notiek krāsu aklumā.

Piezīme . Katrs no konusa veidiem ir labāks pie konkrēta viļņa garuma, bet katrs no tiem spēj arī reaģēt noteiktā variācijā, tajā pašā spektrā.

Turklāt jāatzīmē, ka triju veidu konusu absorbcijas spektri daļēji pārklājas, tāpēc var uztvert daudzas krāsas.

Kā viņi ir?

Fotoreceptoru strukturālās īpašības

Fotoreceptori secīgi uzrāda ārējo segmentu un iekšējo segmentu attiecībā pret pigmentētās epitēlija šūnām, ārējo šķiedru, kodolu, axonu (vai iekšējo šķiedru) un sinaptisko izbeigšanu.

Konusu ārējam segmentam ir atdalīta piramīda forma, bet stieņu - cilindriska un iegarena; abos gadījumos šai daļai raksturīga stratificēta lamellu sērija, kas norobežo membrānas, saplacinātās un diskoidās ligzdas, kas iegremdētas šūnas citoplazmā. Šie "diski" satur pigmentus, kas reaģē uz gaismu un izraisa fotoreceptoru membrānas potenciāla izmaiņas (rodopsīns stieņiem un iodopsīniem konusiem). Konusu un stieņu ārējais segments ir saskarē ar pigmentēto epitēliju, tīklenes ārējo slāni, kas ir svarīgs, jo tas nodrošina fundamentālu molekulu fototransdukcijas procesam: tīklenei.

Iekšējam segmentam ir raksturīgas intracelulāras organelas, piemēram, mitohondrijas un granulētas endoplazmatiskās tīklenes membrānas, kas ir nepieciešamas šūnu metabolismam. Patiešām, to uzdevums ir radīt jaunas pigmenta molekulas, jo tās ir sadalītas. Šī daļa turpina sarukt ārējā šķiedrā, kam seko šūnu ķermeņa daļa, kas satur kodolu. Pēdējais ir savienots ar axon (vai iekšējo šķiedru) ar sinaptisko izbeigšanu, kam ir spuldzes forma (sfēriska) stieņos, applūst un sazarots (pedicel) konusos.

Synaptic izbeigšana ļauj pārraidīt signālus no fotoreceptora uz bipolārajām šūnām ar sinapsijām, ti, biochemisku transmisiju starp nervu šūnām. Faktiski šī daļa ir analoga neironu aksonālo termināļu sinaptiskajai pogai, kur atrodas neirotransmiteru saturošas vezikulas.

Attiecības ar citām tīklenes šūnām

Tīklene ir membrāna, kas atrodas uz acs iekšējās virsmas, ko veido trīs nervu audu slāņi, kas sastāv no dažāda veida šūnām:

• Iekšējais slānis, kas sastāv no gangliona šūnām;

• Starpslāņa, kas satur bipolāras šūnas;

• Vairāk ārējais slānis, kas saskaras ar pigmentēto epitēliju, kurā atrodami fotoreceptori.

Konusi un stieņi ir izvietoti perpendikulāri tīklenes virsmai; ja tie ir pakļauti gaismas vai tumsas iedarbībai, tie iziet konformācijas izmaiņas, kas modulē neirotransmiteru izdalīšanos. Tie veic eksitējošu vai inhibējošu iedarbību uz tīklenes bipolārajām šūnām.

Bipolārās šūnas vienā pusē ir savienotas ar fotoreceptoriem un, no otras puses, visdziļākā slāņa gangliona šūnas, kuru akoni rada redzes nervu. Bipolārās šūnas spēj pārraidīt gradētos potenciālus.

Gangliona šūnu akoni veido staru, kas saplūst uz optiskā diska un iziet no acs ābola, virzoties uz diencephalonu kā redzes nervu (galvaskausa pāru); atbildot uz tīklenes receptoru transdukciju, gangliona šūnas rada darbības potenciālu, kas vērsts uz centrālo nervu sistēmu.

Tīklenes tīklā ir arī amakrīna un horizontālās šūnas, kas modulē komunikāciju tīklenes nervu audos (piemēram, sānu inhibīcija).

Tīklenes aizmugurē ir koroīds.

Piezīme . Stieņi un konusi nav pakļauti stiklveida humoram, bet ir novietoti tīklenes ārējā slānī, tāpēc tos izgaismo gaisma pēc tam, kad tā ir nokļuvusi caur iekšējo un vidējo tīklenes slāni.

fototransdukciju

Fototransdukcija ir process, kurā gaismas enerģija tiek pārveidota par elektriskiem signāliem, un pēc tam caur redzes nervu tiek pārnesta uz smadzenēm. Šī parādība redz, ka fotoreceptori ir galvenie dalībnieki, kuru darbība balstās uz fotoķīmiskām reakcijām.

Pirmo fototransdukcijas gadījumu atspoguļo gaismas signāla absorbcija, izmantojot fotoprocesus. Katrai no šīm molekulām piemīt gaismas absorbcijas maksimums, kas atbilst noteiktam viļņa garumam (piemēram, konusu gadījumā tas padara to jutīgāku pret noteiktu krāsu). Katrā fotosensitīvajā pigmentā ir sastāvdaļa, ko sauc par tīkleni (kopīga visām fotoprocesijām) un proteīnu, ko sauc par opsiju.

Tāpēc, ņemot vērā gaismas starojumu, fotopigmenti maina savu molekulāro struktūru, izraisot bioķīmiskās reakcijas, no kurām nāk nervu stimulācija. Tad tas tiek nosūtīts uz blakus esošajām tīklenes šūnām (bipolāriem un ganglionāriem).

Notikumu kaskāde stieņos

Stieņu fotopigmenta (rodopsa) atrodas ārējo segmentu disku membrānā. Šeit mēs atrodam arī G proteīnu (ko sauc par transducīnu) un fermentu, fosfodiesterāzi, kas katalizē otrā cikliskā GMP ziņotāja (cGMP) degradāciju.

Tumsā :

• CGMP līmeņi ir paaugstināti stieņa ārējā segmenta citozolā, tādējādi atverot nātrija kanālus, kas atrodas fotoreceptora membrānā.
• Nātrija joni nonāk šūnā un nosaka depolarizāciju, kas pārvietojas no ārējā segmenta uz fotoreceptora termināli.
• Atbildot uz depolarizāciju, tiek atvērti kalcija kanāli.
• Kalcija ievads izraisa eksocitozes procesu, kas izraisa neirotransmitera izdalīšanos.
• Neirotransmiters iedarbojas uz bipolārām šūnām, radot pakāpeniskus potenciālus.

Gaismā :

• Rhodopsin absorbē gaismu.
• Tīklene maina tās konformāciju un atdalās no opsīna (stienī esošais pigments kļūst "mainījies"), kas aktivizē transducīnu, kas savukārt aktivizē fosfodiesterāzi.
• Fosfodiesterāze katalizē cikliskās GMP šķelšanos.
• CGMP līmenis ārējā segmenta citozolā samazinās, tāpēc nātrija kanāli tiek slēgti.
• Zemāks nātrija daudzums hiperpolarizē šūnu (kālija izdalīšanās dēļ).
• Hiperpolarizācija izraisa kalcija kanālu slēgšanu iekšējā segmentā, tāpēc no fotoreceptora termināla atbrīvojas mazāk neirotransmitera.

Fototransdukcijas process, kas notiek trijos konusu veidos, ir līdzīgs stieņu veidam, pat ja ir iesaistītas trīs dažādas fotoprocesijas.