Vorlesungsskripte Zoophysiologie

Signalverarbeitung in Photorezeptoren
1. Struktur von Netzhaut und Photorezeptoren

Der Aufbau der Netzhaut

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Struktur der Netzhaut von Wirbeltieren. Das Bild zeigt einen Querschnitt, der einer Dicke von ca 0.25 mm entspricht. Dargestellt sind Stäbchen- und Zapfen-Photorezeptoren, sowie Horizontal- , Amakrin - und Bipolarzellen (Zellen, die die erste Verarbeitung des visuellen Signals leisten) und Ganglienzellen, die das Ausgangssignal der Netzhaut durch die Sehnerven zum Gehirn leiten. In der Netzhaut des Menschen findet man weit mehr Stäbchen (100-120 Millionen) als Zapfen (6 Millionen). Die Verteilung der beiden Arten von Photorezeptoren ist alledings sehr inhomogen: In der Fovea, dem Bereich der schärfsten Sehwahrnehmung, findet man nur Zapfen, wärend außerhalb der Fovea die Stäbchen vorherrschen. Aus: Hubel, D.H. (1989)

Struktur von vertebraten Photorezeptoren

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Schematische Darstellung von Stäbchen- und Zapfen-Photorezeptoren. Das lichtempfindliche Außensegment der Stäbchen enthält ein dichgepacktes Membransystem, die Disks, das zur Vergrößerung der sensorischen Oberfläche dient. In der Diskmembran befindet sich das lichtempfindliche Pigment Rhodopsin. Das Innensegment (mit Kern und Mitochondrien) ist der Ort von Proteinsynthese und Energiestoffwechsel. In der Synapse befinden sich Glutamat-haltige Vesikel, die den Neurotransmitter bei depolarisiertem Membranpotential ausschütten und damit das Signal auf die nachgeschalteten Zellen übertragen. Stäbchen zeigen eine sehr hohe Lichtempfindlichkeit; sie ermöglichen das Sehen bei sehr geringer Lichtintensität. Das Absorptionsmaximum des Stäbchen-Rhodopsins liegt bei 500 nm. Bei Zapfen-Photorezeptoren sind die Disks nicht von der Plasmamembran getrennt, sondern sie entstehen durch Einfaltungen der Plasmamembran. Zapfen sind etwa 20-mal weniger lichtempfindlich als Stäbchen, reagieren aber schneller auf Lichtänderungen. Drei verschiedene Populationen von Zapfen (Blau-, Grün- und Rot-Zapfen) vermittteln die Farbwahrnehmung mit drei unterschiedlichen Pigmenten (Zapfenopsine), die ihre Absorptionsmaxima bei jeweils 420 (blau), 540 (grün) und 560 (gelbgrün) nm haben.