Rodopsyna nazywana jest czerwienią lub purpurą wzrokową. Zmiana jej konformacji (struktury przestrzennej) pod wpływem fal świetlnych powoduje pobudzenie kaskady reakcji, które inicjują impulsy elektryczne. Przenoszą one do mózgu informacje o natężeniu światła odbieranego przez dany pręcik.

Proces widzenia

Oko jest narządem, w którym pod wpływem pobudzenia światłem powstają impulsy elektryczne przekazywane do mózgu. Układ optyczny gałki ocznej (rogówka i soczewka) ogniskuje obraz na jej wewnętrznej tylnej powierzchni, a dokładniej na komórkach siatkówki i jej receptorach. Pobudzenie wywołuje reakcję chemiczną i depolaryzację błony komórkowej. Powstały w ten sposób impuls elektryczny jest przenoszony nerwem wzrokowym i drogami wstępującymi do ośrodków wzrokowych mózgu. Tam impulsy z poszczególnych receptorów są odbierane, przetwarzane i syntezowane, co pozwala człowiekowi na określenie, jaki obiekt jest aktualnie oglądany.

Porównując działanie oka do stosowanych powszechnie rozwiązań technicznych, można powiedzieć, że oko pełni rolę kamery telewizyjnej, przetwarzającej obraz na sygnał elektryczny (matrycą światłoczułą jest siatkówka). Mózg działa jak studio dokonujące obróbki sygnału, a nerwy i drogi wzrokowe – jak kable przenoszące sygnał pomiędzy poszczególnymi częściami układu.

Rola czopków i pręcików

Czopki i pręciki to światłoczułe struktury siatkówki będące receptorami światła. Są to elementy komórek nerwowych zawierające substancje reagujące na fale elektromagnetyczne z pasma widzialnego.

Czopki zgromadzone są w jednym miejscu – tzw. plamce żółtej. Jej powierzchnia jest zagłębiona, co pozwala na zwiększenie gęstości receptorów i uzyskanie dzięki temu najlepszej możliwej rozdzielczości widzenia. Rozróżnia się trzy rodzaje czopków – pozwalają one na odbieranie z maksymalną czułością promieni świetlnych o barwie niebieskiej, zielonej i czerwonej.

Pręciki znajdują się poza plamką żółtą, a ich liczba przypadająca na jednostkę powierzchni siatkówki jest mniejsza. Reagują głównie na światło niebiesko-zielone. Do ich pobudzenia wystarczy o wiele słabszy impuls niż do aktywacji czopka, więc doskonale sprawdzają się w warunkach bardzo słabego oświetlenia.

Widzenie fotopowe i skotopowe

Widzenie fotopowe to widzenie dzienne, wymagające dużego natężenia światła. Pobudzenie czopków w warunkach dobrego oświetlenia pozwala na uzyskanie kolorowego, bardzo szczegółowego obrazu. W związku z dużym zagęszczeniem czopków w obszarze plamki żółtej najdokładniej odwzorowane zostają obiekty znajdujące się w centrum pola widzenia.

Widzenie skotopowe (nazywane też zmierzchowym albo nocnym) to obraz, jaki uzyskuje się w słabszych warunkach oświetlenia. Tworzą go rozmieszczone rzadziej od czopków pręciki. Jest o wiele mniej wyraźny i pozbawiony barw (utrzymany w skali szarości).

Jak zbudowane są ludzkie oczy? Dowiesz się tego z filmu:

Rola rodopsyny

Rodopsyna jest substancją organiczną, która znajduje się w pręcikach. Stanowi kompleks dwóch cząstek białkowych: opsyny i 11-cis-retinalu. Pod wpływem fali elektromagnetycznej o długości odpowiadającej światłu niebiesko-zielonemu związek ten ulega transformacji z jednej postaci izomerowej do drugiej. Oznacza to, że jej skład chemiczny się nie zmienia, ale przemianie ulega struktura przestrzenna tego związku. Zapoczątkowuje to reakcje chemiczne, w efekcie których receptor wysyła impuls elektryczny świadczący o pobudzeniu fotonem energii.

Proces zmiany konfiguracji rodopsyny jest odwracalny, co pozwala na cykliczne przesyłanie kolejnych informacji o pobudzeniu – tak długo, jak ono trwa.

Proces powstawania impulsów w czopkach

Mechanizm powstawania impulsów elektrycznych w czopkach jest bardzo podobny. W każdym z trzech typów tych receptorów znajduje się jodopsyna – kompleks znanego z pręcików retinalu z trzema różnymi postaciami opsyny. Dzięki różnicom w budowie związki te reagują zmianą struktury przestrzennej na działanie światła w trzech barwach – niebieskiej, zielonej i czerwonej.

Rola witaminy A w procesie widzenia

Żeby receptor mógł po przesłaniu impulsu do mózgu zadziałać ponownie, niezbędny jest powrót rodopsyny w pręcikach i jodopsyny w czopkach do pierwotnej, światłoczułej konfiguracji. Proces ten zachodzi szybko i skutecznie jedynie w obecności witaminy A, która katalizuje tę reakcję. Jej brak powoduje osłabienie widzenia oraz tzw. ślepotę zmierzchową (kurzą ślepotę) – znaczące pogorszenie widzenia w warunkach zapadającego zmroku czy słabego oświetlenia. Wynika to z faktu, że regeneracja receptorów – czas powrotu do stanu, w którym mogą one zostać powtórnie pobudzone – jest wtedy znacznie wydłużona.

Bibliografia:

1. Silbernagl S., Despopoulos A. Kieszonkowy atlas fizjologii. PZWL, Warszawa 1994