Biology ng Photoreception

Ang mga mekanismong pang-agpang ng pangitain

Ang sistema ng visual na pantao ay namamahala upang magbigay ng isang kapaki-pakinabang na signal sa isang malawak na hanay ng mga ilaw na ilaw. Gayunpaman, ang ilang mga mata ay mas mahusay na umangkop sa optically sa pagharap sa ilaw o madilim na mga kondisyon. Halimbawa, ang mga superposition eye ng nocturnal moths ay maaaring kasing dami ng isang libong beses na mas sensitibo kaysa sa mga mata ng appposisyon ng mga diurnal butterflies. Sa loob ng mga mata ng vertebrate, mayroong apat na uri ng mga mekanismo na nagpapatakbo upang pahintulutan ang paningin sa isang malawak na hanay ng mga ilaw na ilaw. Kasama dito ang mga mekanismo na tiyak sa iris, ang paghahati ng saklaw ng intensity sa pagitan ng mga rod at cones, mga pagsasaayos sa proseso ng transduction ng signal sa mga photoreceptors, at mga pagkakaiba-iba sa pagkakaroon ng mga aktibong molekulang photopigment.

Pangitain at magaan ang lakas

Ang pinaka-halata na mekanismo na kasangkot sa light regulasyon ay ang iris. Sa mga tao ang iris ay bubukas sa dilim sa isang maximum na diameter ng 8 mm (0.31 pulgada) at magsara sa isang minimum na 2 mm (0.08 pulgada). Ang ningning ng imahe sa retina ay nagbabago sa pamamagitan ng isang kadahilanan ng 16. Sa ibang mga hayop ang epekto ng mag-aaral ay maaaring maging mas malaki; halimbawa, sa ilang mga geckos ang slit na mag-aaral ay maaaring magsara mula sa isang bilog ng ilang milimetro sa diameter hanggang sa apat na mga pinholes bawat isa, na may diameter na 0.1 mm (0.004 pulgada) o mas kaunti. Ang ratio ng retinal na ilaw ay hindi bababa sa isang libong beses. Ang dahilan para sa mahusay na saklaw na ito ay marahil na ang nocturnal na mata ng tuko ay nangangailangan ng malakas na proteksyon mula sa maliwanag na sikat ng araw.

Sa mga tao ang mga rod ay nababahala sa pinakapangit na bahagi ng hanay ng nagtatrabaho sa mata at walang paningin sa kulay. Ang mga cones ay nagsisimula upang sakupin ang tungkol sa antas ng maliwanag na ilaw ng buwan, at sa lahat ng intensidad ng araw ang nag-iisa ay nagbibigay ng visual signal. Tumugon ang mga rod sa solong mga photon ng ilaw na may malalaking mga signal ng elektrikal, na nangangahulugang ang saturate ng mga de-koryenteng tugon sa mababang mga rate ng pagkuha ng photon ng mga molekula ng rhodopsin. Ang mga rod ay nagpapatakbo sa ibabaw ng saklaw mula sa threshold ng vision, kapag tumatanggap sila ng halos isang photon tuwing 85 minuto, sa madaling araw at mga kondisyon ng hapon, kapag nakatanggap sila ng halos 100 mga photon bawat segundo. Para sa karamihan ng kanilang saklaw ang mga rods ay nagsenyas ng mga pagkuha ng solong photon. Ang mga cones ay hindi gaanong sensitibo kaysa sa mga rod; tumugon pa rin sila sa mga solong photon, ngunit ang mga sukat ng mga nagresultang signal ng elektrikal ay mas maliit. Nagbibigay ito sa cones ng isang mas malaking saklaw ng pagtatrabaho, mula sa isang minimum na halos tatlong mga foton bawat segundo hanggang sa higit sa isang milyon bawat segundo, na sapat na upang harapin ang pinakamaliwanag na mga kondisyon na nakatagpo ng mga tao.

Kung ang mga cones ay ipinakita ng mga maikling pagkislap, sa halip na patuloy na pagbabago ng pag-iilaw, ang kanilang hanay mula sa threshold hanggang saturation ay maliit - nabawasan sa isang kadahilanan ng halos 100. Gayunpaman, ang mas matagal na pag-iilaw ay nagpapahiwatig ng dalawang uri ng pagbabago na nagpapalawak sa saklaw na ito. Ang biochemical transducer cascade na humahantong sa signal ng elektrikal ay may kakayahang umayos ang sariling pakinabang, sa gayon mabawasan ang laki ng signal ng elektrikal sa mataas na mga rate ng pagkuha ng poton. Ang pangunahing mekanismo ay nakasalalay sa katotohanan na ang mga ion ng kaltsyum, na pumapasok sa photoreceptor kasama ang mga sodium ion, ay may isang epekto ng pagbawalan sa synthesis ng cGMP, ang molekula na nagpapanatili ng pagbubukas ng mga kanal ng sodium (tingnan sa itaas na Istraktura at pag-andar ng mga photoreceptors: Neural transmission). Ang epekto ng ilaw ay upang mabawasan ang mga antas ng cGMP at sa gayon isara ang mga kanal ng lamad sa sodium at calcium. Kung ang ilaw ay tuloy-tuloy, ang mga antas ng kaltsyum sa pagbagsak ng photoreceptor, ang "preno" ng calcium sa produksyon ng cGMP ay humina, at ang mga antas ng cGMP ay nadaragdagan. Ang pagtaas ng produksiyon ng cGMP ay magbubukas muli ng mga lamad ng mga channel. Kaya, mayroong isang feedback loop na may posibilidad na salungatin ang direktang epekto ng ilaw, tinitiyak na ang saturation (kumpletong pagsasara ng lahat ng mga lamad ng lamad) ay hindi mangyayari. Ito naman ay umaabot sa tuktok na dulo ng hanay ng pagtatrabaho ng photoreceptor.

Ang mabagal na bilis ng paglilipat ng mga functional na mga molekulang pang-pigment ay tumutulong din upang mapalawak ang kakayahan ng mata upang tumugon sa mataas na antas ng ilaw. Sa vertebrates ang all-trans retinal, na ginawa kapag ang isang photon ay isomerize ang 11-cis retinal ng isang rhodopsin molekula, ay tinanggal mula sa pamalo o kono. Nagpapasa ito sa katabing epithelium ng pigment, kung saan ito ay nabagong muli sa aktibong form na 11-cis at naipasa pabalik sa photoreceptor. Karaniwan, ang prosesong ito ay tumatagal ng dalawang minuto. Ang mas mataas na antas ng ilaw, mas malaki ang bilang ng mga molekula ng retinal sa hindi aktibo na all-trans state. Samakatuwid, mayroong mas kaunting mga molekula na rhodopsin na magagamit upang tumugon sa ilaw. Sa tuktok na dulo ng pamamahagi ng intensity, ang photoreception ay nagiging nililimitahan sa sarili, na ang mga cones ay hindi kailanman nakakakuha ng higit sa tungkol sa isang milyong mga photon bawat segundo.