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Der Sehprozess und die Lichtwahrnehmung der Netzhaut

Aufbau des Auges

Eye scheme

Die Netzhaut mit Stächen und Zäpfchen

Retina-diagram
Netzhaut mit Stächen und Zäpfchen - Lichteinfall von links. Wikimedia

Das Rhodopsinmolekül der Stäbchen

1L9H (Bovine Rhodopsin) 2
Das Protein Rhodopsin mit eingelagertem cis-Retinal. Wikimedia


Das Rhodopsinmolekül besteht aus einen Proteinanteil, dem Opsin, das 7 α- Helices besitzt und aus einen Aldehydmolekül, dem 11-cis-Retinal. Das 11-cis-Retinalmolekül, das für das Sehen verantwortlich ist, befindet sich im mittleren Bereich zwischen den Helices und ist an die 7. α- Helix kovalent gebunden.

Photonenaufnahme durch Retinal

RetinalCisandTrans


Das Absorptionsmaximum liegt bei λ = 500 nm im sichtbaren Licht (Grün), denn dort hat das Sonnenlicht sein Maximum.

Wenn ein Photon auf das 11-cis-Retinal trifft, dann werden die Elektronen im Molekül angeregt. Zwischen den C-11- und C-12-Atomen (die sog. Cis-Stellung) wird die C=C- Bindung durch das Photon für eine kurze Zeit aufgebrochen. Danach wird die C=C-Bindung wieder aufgebaut und das Molekül bildet eine Trans-Stellung aus. Aus dem 11-cis-Retinal wurde durch Anregung das all-trans-Retinal (da bei allen C=C-Bindungen die Trans-Form vorliegt).

Durch die Strukturveränderung des Retinalmoleküls, passt diese nicht mehr in das Opsinmolekül hinein. Dadurch wird auch die Struktur des Opsinmoleküls verändert. Ein bestimmtes Enzym, der Transducin, bemerkt die kleine Veränderung und leitet diese Information an die Nerven weiter. So gelangt diese Information über den Sehnerv ins Gehirn. Im Gehirn werden die Informationen aller Stäbchen und Zäpfchen zu einem Gesamtbild zusammen gefügt.

Farbsehen

In den Zäpfchen der Netzhaut befindet sich ein etwas verändertes Molekül für die Absorption von Photonen. Es ist das Iodopsin-Molekül.

Iodopsin

Fotorezeptoren-Absorptionsmaxima


Es gibt 3 verschiedene Varianten davon, die in unterschiedlichen Bereichen des Spektrums ihre maximale Absorption besitzen.

564 nm: rot-sensitives L-Iodopsin mit L-Photopsin
534 nm: grün-sensitives M-Iodopsin mit M-Photopsin
420 nm: blau-sensitives S-Iodopsin mit S-Photopsin


Mit den Spektralfarben Rot, Grün und Blau (Grundfarben) kann man durch additive Farbmischung, alle Farben darstellen. Deswegen müssen unsere Sehzellen die drei Grundfarben absorbieren können, um alle Farben sehen zu können.

Texte von verschieden Kursteilnehmern und Herrn Ecker 18.1.2014.



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