Fotoreseptor - Kerucut dan Batang

Apa itu fotoreseptor?

Fotoreseptor adalah sel saraf yang ditemukan di retina . Unsur-unsur ini peka terhadap gelombang cahaya dan memainkan fungsi transduksi penting, yaitu mereka mampu mengubah cahaya yang mencapai bagian bawah mata menjadi informasi (kimia pertama, kemudian listrik) untuk ditransmisikan ke otak melalui saraf optik.

Fotoreseptor retina dibagi menjadi batang dan kerucut . Perbedaan struktural mereka terkait dengan karakteristik fungsional penting. Batang, misalnya, mentransmisikan gambar yang kurang jernih, tetapi memiliki jumlah fotopigmen yang lebih besar daripada kerucut dan lebih sensitif dalam kondisi cahaya rendah. Semua batang juga mengandung photopigment (rhodopsin) yang sama, sedangkan kerucut tidak semuanya sama. Fotoreseptor terakhir ini hadir, pada kenyataannya, tiga jenis pigmen yang peka terhadap cahaya (iodopsin), yang menjamin diskriminasi berbagai warna (setiap kerucut retina hanya mengandung satu dari tiga fotopigmen). Selain itu, kerucut bertanggung jawab atas visi siang hari dan secara akurat menangkap detail.

Fitur dan fungsi

Kerucut dan batang adalah sel yang sangat khusus, yang memiliki fungsi menerima cahaya dan mengadaptasikannya untuk mengirimkannya ke otak.

Dalam proses penglihatan, fotoreseptor berbagi tugas:

• Kerucut didedikasikan untuk penglihatan yang jelas dan terpusat, memungkinkan untuk melihat detail yang halus dan terutama digunakan dalam penglihatan siang (photopic) atau di hadapan sumber cahaya buatan. Ada tiga jenis kerucut, masing-masing mengandung pigmen yang membuatnya sensitif terhadap panjang gelombang yang berbeda dalam spektrum yang terlihat; khususnya, mereka memiliki puncak serapan pada 420, 530 dan 560 nm, yang masing-masing sesuai dengan biru, hijau dan merah. Karena alasan ini, kerucut mampu menangkap warna.
• Batang, di sisi lain, memiliki kepekaan yang besar terhadap cahaya dan memungkinkan Anda untuk melihat bahkan di malam hari dan di hadapan intensitas cahaya rendah (penglihatan scotopic atau crepuscular). Namun, fotoreseptor ini tidak dapat membuat gambar dengan kualitas yang baik dan tidak dapat membedakan warna. Batang intervensi, pada kenyataannya, dalam penglihatan akromatik, hanya ditandai oleh putih, hitam dan abu-abu.

Kerucut dan batang karenanya saling melengkapi dan pekerjaan mereka dalam sinkronisasi menjamin penglihatan yang sempurna.

Distribusi di retina

Fotoreseptor tidak terdistribusi secara merata di seluruh retina. Kerucut sekitar 6 juta di seluruh retina, jadi ada lebih sedikit dari batang; mereka memiliki kerapatan yang sangat tinggi di daerah makula (daerah pusat bidang retina) dan merupakan satu-satunya fotoreseptor yang ada di fovea.

Batang, di sisi lain, menempati seluruh retina (kecuali untuk daerah foveal) dan jauh lebih banyak daripada kerucut (rata-rata 120 juta di setiap retina). Persentase batang meningkat, khususnya, ketika jarak dari fovea meningkat, hingga maksimum pada pinggiran ekstrem retina. Ini menjelaskan alasan mengapa, di hadapan cahaya redup, kita dapat mengamati objek dengan lebih baik jika kita tidak melihatnya secara langsung.

Visi warna

Kemampuan untuk memahami warna didasarkan pada keberadaan tiga jenis kerucut, yang merespons panjang gelombang tertentu di bidang cahaya tampak. Dalam fotoreseptor ini, sebenarnya, ada tiga jenis protein (opsins), yang masing-masing sensitif terhadap stimulus sekitar 420 nm (peka terhadap spektrum biru), 530 nm (hijau) dan 560 nm (merah).

Berdasarkan komposisi spektral dari radiasi yang dipancarkan oleh objek yang diamati, tiga jenis kerucut diaktifkan dalam berbagai kombinasi dan persentase.

Kemampuan untuk membedakan berbagai warna hasil dari interaksi ini dan pemrosesan akhir di tingkat otak. Stimulus kerucut kontemporer dan maksimum memberikan persepsi putih.

Orang tanpa jenis kerucut tertentu jelas kehilangan kemampuan untuk memahami warna tertentu, seperti yang terjadi pada buta warna.

Catatan . Setiap jenis kerucut mengambil lebih baik pada panjang gelombang tertentu, tetapi masing-masing dari mereka juga mampu merespon dalam variasi tertentu, dalam spektrum yang sama.

Lebih lanjut, perlu dicatat bahwa spektra serapan dari tiga jenis kerucut sebagian tumpang tindih, sehingga banyak warna dapat dirasakan.

Bagaimana mereka?

Karakteristik struktural fotoreseptor

Fotoreseptor berturut-turut menyajikan segmen eksternal dan segmen internal dalam kaitannya dengan sel-sel epitel berpigmen, serat eksternal, nukleus, akson (atau serat internal) dan pemutusan sinaptik.

Segmen luar kerucut memiliki bentuk piramida terpotong, sedangkan batangnya berbentuk silinder dan memanjang; dalam kedua kasus, bagian ini dicirikan oleh serangkaian lamella yang terstratifikasi, yang membatasi soket selaput, pipih dan diskoid yang terbenam dalam sitoplasma sel. "Disk" ini mengandung pigmen yang bereaksi terhadap cahaya dan menyebabkan perubahan potensial membran fotoreseptor (rhodopsin untuk batang dan iodopsin untuk kerucut). Bagian luar kerucut dan batang kontak dengan epitel berpigmen, lapisan terluar retina, penting karena memberikan molekul dasar untuk proses fototransduksi: retina.

Segmen internal ditandai oleh adanya organel intraseluler, seperti mitokondria dan membran retikulum endoplasma granular, yang sangat diperlukan untuk metabolisme sel. Memang, itu adalah tugas mereka untuk menghasilkan molekul pigmen baru saat mereka dipecah. Bagian ini terus menyusut menjadi serat luar, diikuti oleh bagian tubuh seluler yang mengandung nukleus. Yang terakhir dihubungkan oleh akson (atau serat internal) ke terminasi sinaptik, yang memiliki bentuk bohlam (bola) di batang, dibanjiri dan bercabang (pedicel) di kerucut.

Pemutusan sinaptik memungkinkan transmisi sinyal dari fotoreseptor ke sel bipolar secara sinapsis, yaitu dengan transmisi biokimia antara sel-sel saraf. Bagian ini, pada kenyataannya, analog dengan tombol sinaptik terminal akson neuron, di mana vesikel yang mengandung neurotransmitter hadir.

Hubungan dengan sel-sel retina lainnya

Retina adalah membran yang diletakkan di permukaan mata bagian dalam, dibentuk oleh tiga lapisan jaringan saraf, terdiri dari berbagai jenis sel:

• Lapisan dalam yang terdiri dari sel-sel ganglion;

• Lapisan perantara yang mengandung sel-sel bipolar;

• Lapisan yang lebih eksternal, dalam kontak dengan epitel berpigmen, di mana fotoreseptor ditemukan.

Kerucut dan batang diatur tegak lurus ke permukaan retina; jika terkena cahaya atau kegelapan mereka mengalami perubahan konformasi, yang memodulasi pelepasan neurotransmiter. Ini melakukan tindakan rangsang atau penghambatan pada sel-sel bipolar retina.

Sel-sel bipolar terhubung di satu sisi ke fotoreseptor dan di sisi lain ke sel-sel ganglion dari lapisan terdalam, yang aksonnya menimbulkan saraf optik. Sel bipolar mampu mentransmisikan potensi lulus.

Akson sel ganglion membentuk berkas yang menyatu pada cakram optik dan keluar dari bola mata, bergerak menuju diencephalon sebagai saraf optik (sepasang saraf kranial); sebagai respons terhadap transduksi reseptor retina, sel ganglion menghasilkan potensial aksi yang ditujukan pada sistem saraf pusat.

Di retina ada juga sel amacrine dan horizontal yang memodulasi komunikasi dalam jaringan saraf retina (misalnya, dengan penghambatan lateral).

Di belakang retina, ada koroid.

Catatan . Batang dan kerucut tidak terkena humor vitreous, tetapi diposisikan di lapisan luar retina, sehingga mereka bersemangat oleh cahaya setelah melewati lapisan retina dalam dan tengah.

fototransduksi

Phototransduction mewakili proses di mana energi cahaya diubah menjadi sinyal listrik, kemudian ditransmisikan ke otak melalui saraf optik. Fenomena ini melihat fotoreseptor sebagai protagonis, yang fungsinya didasarkan pada reaksi fotokimia.

Peristiwa pertama dari fototransduksi diwakili oleh penyerapan sinyal cahaya oleh photopigments. Masing-masing molekul ini ditandai oleh puncak penyerapan cahaya, sesuai dengan panjang gelombang tertentu (dalam kasus kerucut, misalnya, itu membuatnya lebih sensitif terhadap warna yang diberikan). Setiap pigmen fotosensitif mengandung komponen yang disebut retina (umum untuk semua fotopigmen) dan protein yang disebut opsin.

Karena itu, karena radiasi cahaya, fotopigmen mengubah struktur molekulnya sehingga memicu reaksi biokimiawi dari mana stimulasi saraf berasal. Ini kemudian ditransmisikan ke sel-sel retina yang berdekatan (bipolar dan ganglionary).

Kaskade peristiwa di batang

Batang fotopigment (rhodopsin) terletak di membran cakram segmen luar. Di sini kita juga menemukan protein G (disebut transdusin) dan enzim, fosfodiesterase, yang mengkatalisasi degradasi kurir GMP siklik kedua (cGMP).

Dalam gelap :

• Tingkat cGMP meningkat dalam cytosol dari segmen luar batang, sehingga membuka saluran natrium yang terletak di membran fotoreseptor.
• Ion natrium memasuki sel dan menentukan depolarisasi yang bergerak dari segmen luar ke terminal fotoreseptor.
• Menanggapi depolarisasi, saluran kalsium dibuka.
• Entri kalsium memicu proses eksositosis yang mengarah ke pelepasan neurotransmitter.
• Neurotransmitter bekerja pada sel-sel bipolar, menghasilkan potensi yang bertingkat.

Dalam cahaya :

• Rhodopsin menyerap cahaya.
• Retina mengubah konformasi dan memisahkan dirinya dari opsin (pigmen yang ada di batang menjadi "berubah warna"), yang mengaktifkan transdusin yang, pada gilirannya, mengaktifkan fosfodiesterase.
• Phosphodiesterase mengkatalisasi pembelahan GMP siklik.
• Tingkat cGMP dalam sitosol segmen luar berkurang, sehingga saluran natrium menutup.
• Asupan natrium yang lebih rendah menyebabkan hiperpolarisasi sel (karena pelepasan kalium).
• Hiperpolarisasi menyebabkan penutupan saluran kalsium di segmen dalam, oleh karena itu lebih sedikit neurotransmitter dilepaskan dari terminal fotoreseptor.

Proses fototransduksi yang terjadi pada tiga jenis kerucut mirip dengan batang, bahkan jika tiga fotopigmen yang berbeda terlibat.