Fotoreceptori - conuri și tije

Ce sunt fotoreceptorii

Fotoreceptorii sunt celulele nervoase care se găsesc pe retină . Aceste elemente sunt sensibile la undele de lumină și efectuează o funcție importantă de transducție, adică sunt capabile să transforme lumina care ajunge la fundul ochiului într-o informație (prima chimică, apoi electrică) care trebuie transmisă creierului prin nervul optic.

Fotoreceptorii retinei sunt diferiți în conuri și tije . Diferențele lor structurale sunt legate de caracteristici funcționale importante. Tijele, de exemplu, transmit o imagine mai puțin clară, dar au mai multe fotopigmente decât conurile și sunt mai sensibile în condiții de lumină scăzută. Toate tijele conțin, de asemenea, aceeași fotopigmentare (rodopsină), în timp ce conurile nu sunt la fel. Ultimele fotoreceptori prezintă, de fapt, trei tipuri diferite de pigmenți sensibili la lumină (iodopsine), care garantează diversitatea diferitelor culori (fiecare con din retină conține doar una din cele trei fotopigmente). În plus, conurile sunt responsabile pentru viziunea în timpul zilei și captează cu precizie detaliile.

Caracteristici și funcții

Conurile și tijele sunt celule foarte specializate, care au funcția de a primi lumină și de a le adapta pentru a le transmite creierului.

În procesul de vedere, fotoreceptorii împart sarcinile:

• Conurile sunt delegate la viziunea clară și centrală, vă permit să vedeți detalii fine și sunt utilizate în principal în viziunea în timpul zilei (fotopic) sau în prezența surselor de lumină artificială. Există trei tipuri de conuri, fiecare dintre ele conținând un pigment care le face sensibile la diferite lungimi de undă în spectrul vizibil; în particular, au vârfuri de absorbție la 420, 530 și 560 nm, care corespund respectiv cu albastru, verde și roșu. Pentru aceasta, conurile sunt capabile să perceapă culorile.
• Tijele, pe de altă parte, prezintă o mare senzitivitate la lumină și vă permit să vedeți chiar și noaptea și în prezența unei intensități scăzute a luminii (viziune scotopică sau crepusculară). Cu toate acestea, fotoreceptorii nu sunt capabili să construiască imagini de bună calitate și nu sunt capabili să distingă culorile. Tijele intervin, de fapt, în viziunea achromatică, caracterizată doar de alb, negru și nuanțe de gri.

Conurile și tijele sunt, prin urmare, complementare și munca lor în sincronizare garantează o viziune perfectă.

Distribuția în retină

Fotoreceptorii nu sunt distribuiți uniform pe întreaga retină. Conurile sunt aproximativ 6 milioane în întreaga retină, deci sunt mai puțin numeroase decât tijele; au o densitate foarte mare în regiunea maculară (zona centrală a planului retinei) și sunt singurele fotoreceptoare prezente în fovee.

Tijele, totuși, ocupă întreaga retină (cu excepția regiunii foveale) și sunt mult mai numeroase decât conurile (în medie 120 milioane în fiecare retină). Procentul de tije crește, în special, pe măsură ce distanța de la fovea crește, până când ajunge la maximum la periferia extremă a retinei. Aceasta explică motivul pentru care, în prezența unei lumini slabe, putem observa mai bine obiectele dacă nu le privim direct.

Viziune de culori

Abilitatea de a percepe culorile se bazează pe prezența a trei tipuri de conuri care răspund anumitor lungimi de undă în domeniul luminii vizibile. În aceste fotoreceptori există, de fapt, trei tipuri de proteine ​​(opsine), care sunt sensibile la un stimul de aproximativ 420 nm (sensibil la spectrul albastru), 530 nm (verde) și 560 nm (roșu).

Pe baza compoziției spectrale a radiației emise de obiectul observat, cele trei tipuri de conuri sunt activate în diferite combinații și procente.

Din această interacțiune și rezultatul procesării finale a creierului, prin urmare, capacitatea de a distinge diferitele culori. Stimularea contemporană și maximă a conurilor asigură percepția albului.

Persoanele fără un anumit tip de con în mod evident își pierd capacitatea de a percepe anumite culori, așa cum se întâmplă în orbirea colorată.

Notă . Fiecare tip de conule captează mai bine la o anumită lungime de undă, dar fiecare dintre acestea este capabil să răspundă într-o anumită variație, în același spectru.

Mai mult decât atât, trebuie remarcat faptul că spectrele de absorbție ale celor trei tipuri de conuri se suprapun parțial, prin urmare multe culori pot fi percepute.

Cum sunt faptele

Caracteristici structurale ale fotoreceptorilor

Fotoreceptorii prezintă succesiv un segment exterior și un segment interior în raport cu celulele epiteliului pigmentat, o fibră externă, nucleul, un axon (sau o fibră internă) și o terminare sinaptică.

Segmentul exterior al conurilor are forma unei piramide trunchiate, iar cea a barelor este cilindrică și alungită; în ambele cazuri, această parte este caracterizată printr-o serie stratificată de lamele care delimitează buzunarele membranoase, aplatizate și discoide, imersate în citoplasma celulei. Aceste "discuri" conțin pigmenți care reacționează la lumină și provoacă schimbări în potențialul membranar al fotoreceptorului (rodopsin pentru tije și iodopsine pentru conuri). Segmentul exterior al conurilor și tijelor este în contact cu epiteliul pigmentat, stratul exterior al retinei, care este important deoarece oferă o moleculă fundamentală pentru procesul de fototransducție: retinalul.

Segmentul intern este caracterizat prin prezența organelurilor intracelulare, cum ar fi mitocondriile și membranele reticulului endoplasmic granular, indispensabil pentru metabolismul celular. De fapt, ei sunt responsabili pentru producerea de noi molecule de pigment, deoarece acestea sunt împărțite. Această porțiune continuă să se contureze într-o fibră exterioară, la care urmează partea corpului celular care conține nucleul. Acesta din urmă este conectat prin axon (sau fibră internă) la capătul sinaptic, care are un bulb (sferă) în tije, inundat și ramificat (pedicel) în conuri.

Terminarea sinaptică permite transmiterea semnalelor de la fotoreceptor la celule bipolare prin intermediul sinapsei, adică prin transmisie biochimică între celulele nervoase. Această parte este, de fapt, analogă cu butonul sinaptic al terminalelor axonale ale neuronilor, unde sunt prezente veziculele care conțin neurotransmițătorul.

Relațiile cu alte celule retiniene

Retina este o membrană dispusă pe suprafața interioară a ochiului, formată din trei straturi de țesut nervos, compus din diferite tipuri de celule:

• Un strat interior format din celule ganglionare;

• Un strat intermediar care conține celule bipolare;

• Un strat exterior, în contact cu epiteliul pigmentat, în care se găsesc fotoreceptorii.

Conurile și tijele sunt dispuse perpendicular pe suprafața retinei; când sunt expuse la lumină sau întuneric, suferă modificări conformaționale, care modulează eliberarea neurotransmițătorilor. Acestea efectuează o acțiune excitatorie sau inhibitoare asupra celulelor bipolare ale retinei.

Celulele bipolare sunt conectate pe o parte la fotoreceptori și pe cealaltă față la celulele ganglionare ale celui mai intim strat, ale cărui axoni dau naștere la nervul optic. Celulele bipolare sunt capabile să transmită potențiale graduale.

Axoanele celulelor ganglionare formează un pachet care converge pe discul optic și iese din globul ocular, procedând spre diencefalonul ca pe un nerv optic (perechea II a nervilor cranieni); ca răspuns la transducția receptorilor retinieni, celulele ganglionare generează potențiale de acțiune care vizează sistemul nervos central.

În retină există, de asemenea, celule amacrine și orizontale care modulează comunicarea în țesutul nervos retinian (de exemplu, prin inhibarea laterală).

Pe cealaltă parte a retinei se află choroidul.

Notă . Conurile și tijele nu sunt expuse umorului vitros, ci sunt plasate în stratul exterior al retinei, apoi sunt excitate de lumină după ce trece prin stratul retinal interior și mijlociu.

fototransductie

Fototransducția este procesul prin care energia luminoasă este transformată în semnale electrice, apoi transmisă creierului prin nervul optic. Acest fenomen văd fotoreceptorii ca protagoniști, a căror funcționare se bazează pe reacții fotochimice.

Primul eveniment de fototransducție este absorbția semnalului luminos de către fotopigmente. Fiecare dintre aceste molecule este caracterizată printr-un vârf al absorbției luminoase, care corespunde unei lungimi de undă particulare (în cazul conurilor, de exemplu, o face mai sensibilă la o anumită culoare). Fiecare pigment fotosensibil conține o componentă numită retinală (comună tuturor fotopigmentelor) și o proteină numită opsin.

Ca rezultat al radiației luminoase, prin urmare, fotopigmentările își modifică structura moleculară, declanșând reacții biochimice de la care provine stimularea nervoasă. Aceasta este apoi transmisă celulelor retiniene contigue (celule bipolare și ganglionare).

Cascada evenimentelor din tije

Fotopigmentarea tijei (rodopsin) este localizată în membrana discurilor segmentului exterior. Aici sunt, de asemenea, o proteină G (numită transducin) și o enzimă, fosfodiesteraza, care catalizează degradarea celui de-al doilea mesager GMP ciclic (cGMP).

În întuneric :

• Nivelurile cGMP sunt ridicate în citozolul segmentului de tijă exterioară, apoi se deschid canalele de sodiu situate în membrana fotoreceptorului.
• Ioniții de sodiu intră în celulă și determină o depolarizare care se deplasează de la segmentul exterior la terminalul fotoreceptorului.
• Ca răspuns la depolarizare, canalele de fotbal se deschid.
• Intrarea calciului activează un proces de exocitoză care duce la eliberarea neurotransmițătorului.
• Neurotransmitatorul acționează asupra celulelor bipolare, generând potențiali absolvenți.

În lumină :

• Rhodopsin absoarbe lumina.
• Retinalul își modifică conformația și dizolvă dell'opsina (pigmentul prezent în bastoane devine "decolorat"), care activează transducinul care, la rândul său, activează fosfodiesteraza.
• Fosfodiesteraza catalizează scindarea GMP ciclică.
• Nivelurile cGMP din citozolul segmentului exterior scad, astfel încât canalele de sodiu se închid.
• Intrarea minoră de sodiu hiperpolarizează celula (datorită ieșirii de potasiu).
• Hiperpolarizarea determină închiderea canalelor de calciu în segmentul interior, astfel încât neurotransmițătorul este eliberat mai puțin de terminalul fotoreceptorului.

Procesul de fototransducție care apare în cele trei tipuri de conuri este similar cu cel al tijei, chiar dacă sunt implicate trei fotopigmente diferite.