Phototransduktion

Englisch: visual phototransduction

Definition

Als Phototransduktion bezeichnet man die sensorische Reizweiterleitung des visuellen Systems. Im Gegensatz zu anderen Zellen reagieren die daran beteiligten Photorezeptoren auf die Abwesenheit von Stimuli mit einer Depolarisation und werden in Anwesenheit von Licht hyperpolarisiert.

Vorgang

Stäbchen

Im Dunkeln

In den Stäbchen hält cGMP die Kationen-Kanäle offen, sodass ein Einstrom von Natrium und Calcium erfolgt.
Es entsteht eine Dauerdepolarisation (Dunkelstrom) mit einem Ruhepotential zwischen -30 und -40 mV.
Die dauerhafte Depolarisation bewirkt eine kontinuierliche Freisetzung des Neurotransmitters Glutamat an den Synapsen zwischen Photorezeptoren und Bipolarzellen, das für diese Zellen inhibitorisch wirkt.

Bei Belichtung

Der Einfall von Photonen auf Rhodopsin bewirkt die Isomerisation von des 11-cis- zum all-trans-Retinal, sodass dieses nicht mehr in die Opsin-Bindestelle passt. Rhodopsin liegt jetzt in seiner aktivierten Form, dem Metarhodopsin II, vor.
Dessen Bindung an das regulatorische Protein Transducin führt zur Dissoziation der alpha-Untereinheit des Transducins von seiner beta- und gamma-Untereinheit. Zusätzlich bindet die alpha-Untereinheit Guanosintriphosphat (GTP).
Der alpha-Unit-GTP Komplex aktiviert die Phosphodiesterase, die cGMP zu 5'-GMP spaltet, und so den cGMP-Spiegel in der Photozelle reduziert.
Die geringe cGMP-Konzentration führt zum Schließen der Kationen-Kanäle und damit zur Hyperpolarisation der Photorezeptoren auf etwa -60 mV
Die Menge des ausgeschütteten Glutamats verringert sich. Seine hemmende Wirkung wird damit aufgehoben und die Bipolarzellen exzitiert.
Alle beteiligten Komponenten werden anschließend wieder regeneriert und eine erneute Reizweiterleitung wird ermöglicht.

Zapfen

Die Vorgänge sind mit denen der Stäbchen vergleichbar. Unterschiede bestehen in einer schnelleren Antwort auf Lichtreize bei einer geringeren Empfindlichkeit. Außerdem liegen Zapfen in drei Formen vor, die Lichtwellen verschiedener Wellenlänge absorbieren (Absorptionsmaxima 420 nm, 535 nm, 565 nm) und verschiedene Opsine besitzen.