WS 200809 Vorlesung Molekulare Neurobiologie II Das Sehen

WS 2008/09 Vorlesung „Molekulare Neurobiologie II“ Das Sehen

Das Linsenauge ähnelt einer Kamera Tapetum lucidum

Die menschliche Retina Papilla nervi optici „Blinder Fleck“ Macula lutea Fovea centralis Mensch: 120 Millionen Stäbchen 6 Millionen Zapfen http: //www. penneye. com/html/retina___vitreous. html Kepler

Die Retina ist ein neuronales Netzwerk Nervenzellen sind über Synapsen miteinander verknüpft. Es gibt erregende (zeichenerhaltende) Synapsen und hemmende (zeichenumkehrende) Synapsen. Vertikale Verschaltung Horizontale Verschaltung

Das Wirbeltierauge ist ein inverses Auge Die Retina

Warum sehen wir nicht den Schatten unserer Blutgefäße?

Zapfen sind nicht gleichmäßig verteilt >10. 000/mm 2 20. 000/mm 2 160. 000/mm 2 Fovea centralis (gelber Fleck) Papilla nervi optici (blinder Fleck) 25 mm Quelle: Rodieck, R. W. (1998) The first steps in seeing. Sinauer Ass.

Photorezeptoren sind sehr ungleichmäßig verteilt

In der Fovea sind die Photorezeptoren direkt dem Licht ausgesetzt

Die Stelle des schärfsten Sehens ist frei von Blutgefäßen Quelle: Rodieck, R. W. (1998) The first steps in seeing. Sinauer Ass.

Stäbchen sind Spezialisten für das Sehen bei Dämmerung, Zapfen für die Farbwahrnehmung bei Tag: Duplizitätstheorie Mensch: 120 Millionen Stäbchen 6 Millionen Zapfen < 10 bis ca 500 Photonen / s ca 30 bis 1. 000 Photonen / s Quelle: Wehner, R. & Gehring, W (1995) Zoologie. Thieme Verlag, Stuttgart

Stäbchen sind Spezialisten für das Sehen bei Dämmerung, Zapfen für die Farbwahrnehmung bei Tag Stäbchen können einzelne Lichtquanten verlässlich detektieren!

Zahlenspiele Heller Sonnenschein: 1020 Quanten/m 2 Helles Mondlicht: 1014 Quanten/m 2 Sternenlicht: 1010 Quanten/m 2 Alle Angaben pro s. Photorezeptoren im µm-Bereich, alles mal 10 -12 Wenn wir soviel sehen, daß wir uns gerade eben sicher bewegen können, empfängt ein Photorezeptor etwa 1 Quant/Stunde!

Der sensorische Teil des Photorezeptors ist das Außensegment

Wie entsteht die Lichtreaktion? Das Außensegment enthält alle Komponenten zur Lichtabsorption, zur Verstärkung des Signals und zur Erzeugung der elektrischen Antwort der Zelle. Wie entsteht die elektrische Antwort?

Nervenzellen haben eine negative Membranspannung -70 m. V

Pumpen bauen Ionengradienten auf

Ionenkanäle sind molekulare Schalter

Ionenkanäle zeigen diskrete Öffnungs- und Schließvorgänge Rechnung: 1 p. A = 10 -12 C/s (gemessen bei 40 m. V, g = 25 p. S) e = 1, 6 · 10 -19 C 1 p. A entspricht demnach 6, 25 · 106 Ionen/s Es gibt sehr viele verschiedene Ionenkanalarten.

Ionenströme verändern die Membranspannung

Viele Nervenzellen erzeugen Aktionspotentiale

Die Membranspannung der Wirbeltierphotorezeptoren wird bei Belichtung negativer

Das Sehpigment Rhodopsin sitzt in der Diskmembran 800 Disks / Außensegment 30. 000 Rhodopsine / µm 2 insgesamt 50 Millionen Rhodopsin-Moleküle Maximale Reaktion bei Aktivierung von 0. 001% der Rhodopsin-Moleküle Von: Walter Schröder Forschungszentrum Jülich

… die Membranspannung wird positiver will die Membranspannung auf 0 m. V einstellen will die Membranspannung auf -70 m. V einstellen Arbeitsbereich: -30 m. V bis -70 m. V

Die Energie des Lichtquants isomerisiert das Retinal und aktiviert das Rhodopsin Zytoplasma Diskinnenraum

Das Rhodopsin wird durch Licht „gebleicht“ und kann danach kein Licht mehr absorbieren Kriminologie

Zusammenfassung Die Retina kann sich an Lichtintensitäten anpassen, die etwa 9 – 10 Größenordnungen umfassen. Zwei Photorezeptoren teilen sich den Arbeitsbereich auf (Duplizitätstheorie). Stäbchen sind ideale Quantendetektoren und arbeiten im skotopischen Bereich. Zapfen arbeiten bei Tageslicht. Die Phototransduktion beruht auf einer Enzymkaskade. Ihr Verstärkungsgrad kann in der Adaptation verstellt werden. Wir können keine einzelnen Lichtquanten wahrnehmen, es müssen 6 – 10 Photorezeptoren gleichzeitig gereizt werden.