Rhodopsinzyklus

Rhodopsinzyklus Die Photorezeptorzellen enthalten z.B. das visuelle Pigment Rhodopsin, das sich aus dem Protein (Proteine sind große Biomoleküle oder Makromoleküle, bestehend aus einer oder mehreren langen Ketten von Aminosäureresten) Opsin und dem Aldehyd (Ein Aldehyd oder Alkanal ist eine organische Verbindung, die eine funktionelle Gruppe mit der Struktur -CHO enthält, bestehend aus einem Carbonylzentrum mit dem ebenfalls an Wasserstoff gebundenen Kohlenstoffatom und einer R-Gruppe, die eine beliebige generische Alkyl- oder Seitenkette ist) Retinal zusammensetzt. Die Netzhaut tritt in zwei Molekularstrukturen auf. In der all-trans-Form wird das Molekül gedehnt, in der 11-cis-Form wird es gebogen. Im unbelichteten Auge liegt die Netzhaut in der 11-cis-Form vor und ist an Opsin gebunden. Wenn Licht auf die Photorezeptoren trifft, zerfällt das Rhodopsin, wenn sich die Netzhaut dehnt und sich vom Opsin löst. Dieser Prozess kann als Verblassen der Netzhaut beobachtet werden. Das freie Opsin (Opsine sind eine Gruppe von lichtempfindlichen Proteinen, die in Photorezeptorzellen der Netzhaut vorkommen) löst die Veränderung der Membranpermeabilität für Na+-Ionen über verschiedene Enzyme aus. Das Ergebnis ist die Bildung eines Rezeptorpotentials. Die Synapse (Im Nervensystem ist eine Synapse eine Struktur, die es einem Neuron ermöglicht, ein elektrisches oder chemische

s Signal an ein anderes Neuron weiterzugeben) am Ende der lichtsensorischen Zelle reagiert mit der Senderfreigabe. Nach dem Zerfall von Rhodopsin (Rhodopsin ist ein lichtempfindliches Rezeptorprotein, das an der visuellen Fototransduktion beteiligt ist) kommt es über verschiedene chemische Prozesse des visuellen Farbstoffs.

3.2. Der Lichtweg im Auge

Gutes Sehen und schnelles Erkennen erfordern, dass das Bild der Umgebung, das auf die Netzhaut im Auge projiziert wird, scharf abgegrenzt ist und dass die Photorezeptoren und Nervenfasern optimal funktionieren. Ein scharfes Bild auf der Netzhaut kann sich jedoch nur entwickeln, wenn die refraktiven Medien Hornhaut – Augenkammer/Kammerwasser – Augenlinse – Glaskörper sind vollständig lichtdurchlässig und aufeinander abgestimmt sind.

Stellen wir uns vor, wir befinden uns in einem völlig abgedunkelten Raum, dessen einzige Lichtquelle ein winziger Lichtpunkt in der Ferne ist, der rund um unzählige Lichtstrahlen auf eine riesige Fläche reflektiert. Natürlich könnte nur ein sehr kleiner Teil des Lichts auf unser kleines Auge fallen und nur die Lichtstrahlen, die durch die winzige Pupillenöffnung gehen und dann auf Photorezeptoren in der Netzhaut treffen, wären für das Sehen wirklich wichtig..

Für eine gute Sicht ist es entscheidend, dass das Bild vor den Augen in guter optischer Qualität auf Netzhautniveau wiedergegeben wird.
Das Netzhautbild erscheint aufgrund der optischen Gesetze verkehrt herum, spielt hier keine besondere Rolle, da das Gehirn in der Lage ist, das Bild so zu verarbeiten, dass wir sehen
es in einem echten Situation.

Voraussetzung für ein klares Bild auf der Netzhaut und damit ein gutes Sehvermögen ist, dass die vom Auge reflektierten Strahlen in der dem natürlichen Bild entsprechenden räumlichen Position zur Netzhaut gelangen. Alle von oben rechts reflektierten Strahlen erscheinen auf dem Netzhautbild unten links, die von oben links werden unten rechts und die zentralen einfallenden Strahlen im zentralen Netzhautbereich dargestellt. Die Lichtstrahlen erreichen die Netzhaut so, dass ein (retinales) Bild entsteht, das wahrscheinlich auf dem Kopf steht, umgekehrt und verkleinert wird, ansonsten aber entspricht auf das reale Bild vor dem Auge.

Voraussetzung ist, dass die refraktiven Medien des Augenbildes alle unzähligen Lichtpunkte, die kontinuierlich in das Auge eindringen, so dass das von jedem Bildpunkt vor dem Auge abgegebene Licht auch in nur einem Punkt auf der Netzhautebene erscheint. In physikalisch gesehen kann ein ideales Bild auf der Netzhaut nur erreicht werden, wenn sich alle von einem Bildpunkt in das Auge einfallenden Lichtstrahlen an einem Brennpunkt auf der Netzhautebene wieder treffen.

Nehmen wir eine Emmetropie an (Emmetropie beschreibt den Sehzustand, bei dem ein entferntes Objekt im Unendlichen scharf fokussiert ist, während sich die Augenlinse im neutralen oder entspannten Zustand befindet) Auge (normales Auge, weder weit noch kurzsichtig) und folgen dem Weg des Lichts auf einen Blick in die Ferne. In diesem Fall muss der Mensch kein gutes Bild anstreben, denn das optische System des Auges ist so konstruiert, dass es das Licht ohne wesentliche Veränderungen in der Einstellung scharf auf die Netzhaut abbilden kann. Die vorwärts gekrümmte Hornhaut und der wässrige Humor in der Vorderkammer (Die Vorderkammer ist der flüssigkeitsgefüllte Raum im Inneren des Auges zwischen der Iris und der innersten Oberfläche der Hornhaut, dem Endothel) brechen die Lichtstrahlen mit einer Gesamtbrechkraft von ca. 43 Dioptrien (dpt) in Richtung Mitte (Abb. 5 bis 8). Für die Berechnung bedeutet dies, dass die parallel ins Auge einfallenden Lichtstrahlen nach 2,33 cm (100 cm : 43 (dpt) = 2,33 cm) zu einem Brennpunkt verschmelzen. Die Brechung der Hornhaut und des Kammerwassers allein reicht jedoch nicht aus, um den Fokuspunkt direkt auf die Netzhautebene zu richten. Dies erfordert auch die Brechkraft (optische Leistung ist der Grad, in dem eine Linse, ein Spiegel oder ein anderes optisches System Licht konvergiert oder divergiert) der Augenlinse (Die Linse ist eine transparente, bikonvexe Struktur im Auge, die zusammen mit der Hornhaut hilft, Licht zu brechen, um auf die Netzhaut fokussiert zu werden) (ca. 17 dpt in Ruhe) und die Brechkraft des glasartigen Humors. Die refraktiven Medien als Ganzes, Hornhaut, wässriger Humor, Linse und Glaskörper, sorgen dafür, dass die Brennpunkte aller identischen Lichtstrahlen des festen Umgebungsobjekts auf der Netzhautebene abgebildet werden, wodurch ein scharfes (retinales) Bild entsteht. Die “Brechmedien” haben zusammen eine Gesamtbrechkraft von etwa 60 dpt bei ruhender Linse. Daraus lässt sich berechnen, dass der Abstand zwischen Hornhaut und Netzhaut (The retina (pl) muss ca. 1,67 cm (1 m : 60 (dpt) = 1,67 cm) betragen. Eine Sammellinse (Konvexlinse plus Brille) mit der Brechkraft von 1 Diopter (A Dioptrie oder Diopter, ist eine Maßeinheit für die optische Leistung einer Linse oder eines gekrümmten Spiegels, die dem Kehrwert der in Metern gemessenen Brennweite entspricht) richtet zwei parallel einfallende Lichtstrahlen so auf das Zentrum, dass sie sich nach 1 m (Brennweite (Die Brennweite eines optischen Systems ist ein Maß dafür, wie stark das System Licht konvergiert oder divergiert)) vereinigen. Bei einer Brechkraft von zwei dpt reduziert sich der Abstand zwischen Linse und Fokuspunkt auf 1m: 2 (dpt) = 0,5 m = 50 cm und bei 60 dpt gleichmäßig auf 1 m: 60 (dpt) = 0,0167 m = 1,67 cm. Handelt es sich um eine divergierende Linse (konkave Linse (A-Linse ist eine transmissive optische Vorrichtung, die einen Lichtstrahl durch Brechung fokussiert oder verteilt), minus Brille), gelten die gleichen Werte, jedoch entgegen der Lichtrichtung. Daher werden diese Glasdicken mit Minuszeichen gekennzeichnet. Es ist interessant festzustellen, dass nicht alle refraktiven Medien des Auges den gleichen Brechungsindex haben. Der Brechungsindex der Hornhaut beträgt 1,376 und der des wässrigen Humors (Der wässrige Humor ist eine transparente, wässrige Flüssigkeit ähnlich wie Plasma, enthält aber niedrige Proteinkonzentrationen) und des Glaskörpers (Der Glaskörper ist das klare Gel, das den Raum zwischen der Linse und der Netzhaut des Augapfels von Menschen und anderen Wirbeltieren ausfüllt) 1,336. Das Linsenmaterial in der Mitte der Linse weist einen höheren Brechungsindex (1.406) auf als im Außenbereich (1.385). Da die Vorderfläche der Hornhaut an Luft grenzt (Brechungsindex (In der Optik ist der Brechungsindex oder Brechungsindex n eines Materials eine dimensionslose Zahl, die beschreibt, wie sich Licht durch dieses Medium ausbreitet) = 1), ist hier die Differenz zwischen dem Luftindex und dem Linsenmaterial entscheidend. Folglich werden die Lichtstrahlen beim Eintritt in die Hornhaut am stärksten gebrochen (Die Hornhaut ist der transparente vordere Teil des Auges, der die Iris, Pupille und Vorderkammer bedeckt), unabhängig von den Unterschieden in der Brechung (Refraktion ist die Änderung der Richtung der Wellenausbreitung durch eine Änderung des Übertragungsmediums) wie oben beschrieben.