Die Verarbeitung visueller Information durch die Retina, Farbsehen, Farbenblindheit

1) Außensegment: befindet sich an der äußeren Oberfläche der Retina, enthält lichtabsorbierendes Sehpigment 2) Innensegment: enthält Zellkern, Ablauf der meisten biochemischen Prozesse

3) synaptische Endigung: stellt Kontakt mit Zielzellen des Photorezeptors her

Sehpigment: kleines lichtabsorbierendes Molekül+ mit ihm verbundenes Protein, welches die Membran durchzieht Bilden die sogenannten Discs Abb. 22.2 Seite 417

Phototransduktion:

Schlüsselmolekül ⇒ cGMP ⇒ second messenger Vorbemerkung:

Kontrolliert den Ionenfluß Öffnung von Na+- Kanälen ( Einwärtsstrom)

Phototransduktionsprozess: 3 Stufen

1) Licht aktiviert die Sehpigmente in der Diskmembran 2) Senkung der cGMP- Konzentration durch Phosphodiesterase Schließung der cGMP gesteuerten Kanäle ⇒ Hyperpolarisation 3) des Photorezeptors

Aktivierung der Pigmente durch Licht:

Sehpigment der Stäbchen ⇒ Rhodopsin Proteinteil ⇒ Opsin Besteht aus 2 Teilen:

Retinal ⇒ lichtabsorbierender Teil ⇒ Vitamin-A- Derivat

- bei Aktivierung des Rhodopsins durch Licht kommt es zu einer Konformationsänderung des Retinals von der 11-cis-Form (Rhodopsin) zur all-trans-Form (Metarhodopsin 2)

- einziger lichtabhängiger Schritt des Sehvorgangs

- diese Konformationsänderung verursacht eine Herabsetzung der Permeabilität für Natrium und Calciumionen ⇒ Schließen der Ionenkanäle ⇒ Hyperpolarisation

cGMP- Konzentration hoch ⇒ viele cGMP- Kanäle geöffnet

Dunkelheit:

⇒ relative Depolarisation der Zelle (Dunkelstrom)

Lichtabsorbtion: Anregung einer Phosphodiesterase ⇒ Aufspaltung von cGMP ⇒ Konzentrationsenkung ⇒ Hyperpolarisation

Ganglienzellen

- sie bilden mit ihren Axonen den Nervus opticus

- sie teilen ihre Information als Folge von AP’s mit

- inputs zu einer Ganglienzelle stammen von denselben Photorezeptoren in einem festgelegten Retinabereich ⇒ dem rezeptiven Feld dieser Zelle

rezeptives Feld :

- bei Ganglienzellen kreisrund

- 2 Bereiche : Zentrum und Umfeld

2 Klassen von Ganglienzellen:

1) On-Zentrum-Neurone ⇒ Erregung durch Licht auf das Zentrum des rezep. ⇒ Hemmung durch Licht auf das Umfeld

Feldes

- sie reagieren am besten auf schnelle Lichtintensitätszunahme

2) Off-Zentrum-Neurone ⇒ Hemmung durch Licht auf das Zentrum des rezep. ⇒ Erregung durch Licht auf das Umfeld

Feldes

- sie reagieren am besten auf Lichtintensitätsabnahme

- jeder Photorezeptor besitzt Synapsen zu beiden Ganglienzellarten ⇒ 2 parallele Bahnen zur Informationsverarbeitung

- Überträgerstoff ⇒ Glutamat

- Interaktion zwischen Zentrum und Umfeld nennt man Zentrum- Umfeld-Antagonismus, beruht auf lateraler Hemmung durch Horizontalzellen

Horizontalzellen: - übermitteln Informationen von entfernt liegenden Zapfen zu den Bipolarzellen

o sind über Gap junctions miteinander gekoppelt

- Ganglienzellen antworten am besten, wenn Lichtintensitäten zwischen Zentrum und Umfeld unterschielich sind ⇒ sie reagieren daher auf Kontraste

Verbindungen zwischen Rezeptoren und Ganglienzellen

- direkteste Verbindung stellen die Bipolarzellen dar

- Zapfen im Zentrum eines rezeptiven Feldes bilden direkte synaptische Kontakte mit Bipolarzellen, die wiederum mit Ganglienzellen ⇒ direkte oder vertikale Bahn

- Zapfen aus dem Umfeld eines rezep. Feldes bilden indirekte Verbindungen über Horizontal- und Amakrinzellen ⇒ laterale Bahn

Besonderheit:

Stäbchen: - Bipolarzellen werden von Amakrinzellen erregt oder gehemmt

Zusammenfassung:

Das Farbensehen:

- Auge empfindlich für Wellenlängen zwischen 400 und 700 nm

- in diesem Bereich ändert sich die Farbe von Blau über Grün nach Rot

- Eigenschaft des Farbsehens bezeichnet man als Trichromatizität

Trichromatizität :

- 3 verschiedene Arten von Zapfen

- jede mit anderem Sehfarbstoff (verschiedene Opsinarten) Abb. 24.4

Pigmentarten:

- Pigment B ⇒ kurze Wellenlängen für blau bei 419 nm

- Pigment G ⇒ mittlere Wellenlängen für grün bei 531 nm

- Pigment R ⇒ lange Wellenlängen für rot bei 559 nm

Im Sehsystem erfolgt eine additive Farbmischung von Komplementärfarben Die eigentliche Verarbeitung und Farbwahrnehmung findet erst in den Sehzentren des Gehirns statt.

Farbenblindheit:

- durch corticale Läsionen

- durch Krankheiten der Retina

Rotblindheit ⇒ Protanotrope ⇒ Fehlen vom langwelligen Zapfenpigments Grünblindheit ⇒ Deuteranope ⇒ Fehlen des mittelwelligen Zapfenpigments Blauviolettblindheit ⇒ Tritanope ⇒ Fehlen des kurzwelligen Zapfenpigments

Rot- oder Grünblindheit

- durch Mutation des X-Chromosoms (Rot- oder Grünblindheit)

- Gene für das rote und grüne Pigment sind nebeneinander auf X- Chromosom lokalisiert

- Durch Rekombination kann es zu Verlust oder Duplikation von Genen kommen

- Außerdem können Hybridgene entstehen