مستقبلات ضوئية - مخروط وقضبان

ما هي مستقبلات ضوئية

المستقبلات الضوئية هي خلايا عصبية موجودة في الشبكية . هذه العناصر حساسة لموجات الضوء وتنفذ وظيفة نقل مهمة ، أي أنها قادرة على تحويل الضوء الذي يصل إلى قاع العين إلى معلومات (أول كيميائي ، ثم كهربائي) ليتم نقله إلى الدماغ عبر العصب البصري.

مستقبلات شبكية العين متميزة في المخاريط والقضبان . ترتبط الاختلافات الهيكلية بخصائص وظيفية مهمة. فالقضبان ، على سبيل المثال ، تنقل صورة أقل وضوحًا ، ولكنها تحتوي على صور ضوئية أكثر من الأقماع وتكون أكثر حساسية في ظروف الإضاءة المنخفضة. جميع القضبان تحتوي أيضا على نفس photopigment (rhodopsin) ، في حين أن الأقماع ليست كلها هي نفسها. في الواقع ، توفر المستقبلات الضوئية الأخيرة ثلاثة أنواع مختلفة من الأصباغ الحساسة للضوء (iodopsins) ، والتي تضمن التمييز بين الألوان المختلفة (يحتوي كل مخروط من شبكية العين على واحدة فقط من ثلاثة ضوئيات). علاوة على ذلك ، فإن المخاريط مسؤولة عن الرؤية خلال النهار والتقاط التفاصيل بدقة.

الميزات والوظائف

المخاريط والقضبان هي خلايا متخصصة للغاية ، ولها وظيفة تلقي الضوء وتكييفها لنقلها إلى الدماغ.

في عملية الرؤية ، تقسم المستقبلات الضوئية المهام:

• يتم تفويض المخاريط للرؤية الواضحة والمركزية ، تسمح لك برؤية التفاصيل الدقيقة وتستخدم بشكل رئيسي في الرؤية النهارية (photopic) أو في وجود مصادر الضوء الاصطناعي. هناك ثلاثة أنواع من الأقماع ، كل منها يحتوي على صبغة تجعلها حساسة للأطوال الموجية المختلفة في الطيف المرئي ؛ على وجه الخصوص ، لديهم قمم الامتصاص في 420 و 530 و 560 نانومتر ، والتي تتوافق على التوالي إلى الأزرق والأخضر والأحمر. لهذا ، فإن الأقماع قادرون على إدراك الألوان.
• من ناحية أخرى ، تقدم القضبان حساسية كبيرة للضوء وتسمح لك برؤية حتى في الليل وبوجود شدة إضاءة منخفضة (رؤية سطحية أو شفافية). غير أن هذه المستقبلات الضوئية غير قادرة على بناء صور ذات نوعية جيدة وغير قادرة على تمييز الألوان. تتدخل القضبان ، في الواقع ، في الرؤية اللونية ، التي تتميز فقط بالأبيض والأسود وظلال اللون الرمادي.

وبالتالي فإن المخروط والقضبان متكاملان ويضمن عملهما في التزامن رؤية مثالية.

التوزيع في شبكية العين

لا يتم توزيع المستقبلات الضوئية بالتساوي على الشبكية بأكملها. يبلغ حجم المخاريط حوالي 6 ملايين في شبكية العين بأكملها ، لذا فهي أقل عددًا من القضبان. لديهم كثافة عالية جدا في المنطقة البقعية (المنطقة الوسطى من شبكية العين) وهي المستقبلات الضوئية الوحيدة الموجودة في النقرة.

ومع ذلك ، تحتل القضبان الشبكية بأكملها (باستثناء المنطقة النقرية) وهي أكثر بكثير من المخاريط (بمعدل 120 مليون في كل شبكية). تزداد النسبة المئوية للقضبان ، على وجه الخصوص ، مع زيادة المسافة من النقرة ، حتى تصل إلى الحد الأقصى في الأطراف الخارجية للشبكية. وهذا ما يفسر السبب في أننا ، في وجود الضوء الخافت ، يمكننا مراقبة الأشياء بشكل أفضل إذا لم ننظر إليها مباشرة.

رؤية الألوان

تعتمد القدرة على إدراك الألوان على وجود ثلاثة أنواع من الأقماع ، التي تستجيب لأطوال موجية معينة في مجال الضوء المرئي. في هذه المستقبلات الضوئية ، في الواقع ، هناك ثلاثة أنواع من البروتينات (opsins) ، والتي تكون حساسة على التوالي لمنبِّه حوالي 420 نانومتر (حساس للطيف الأزرق) ، 530 نانومتر (أخضر) و 560 نانومتر (أحمر).

واستناداً إلى التركيب الطيفي للإشعاع المنبعث من الجسم المرصود ، يتم تنشيط الأنواع الثلاثة من الأقماع بتركيبات ونسب مئوية مختلفة.

من هذا التفاعل والنتائج النهائية للمعالجة الدماغ ، وبالتالي ، فإن القدرة على التمييز بين مختلف الألوان. يوفر الحافز المعاصر والأقصى للمخروطات مفهوم البيض.

من الواضح أن الأشخاص الذين ليس لديهم نوع محدد من المخروط يفقدون القدرة على إدراك بعض الألوان ، كما يحدث في عمى الألوان.

ملاحظة . كل نوع من المخروط يلتقط بشكل أفضل عند طول موجي معين ، ولكن كل من هذه الأنواع قادر أيضًا على الاستجابة ضمن اختلاف معين ، ضمن نفس الطيف.

علاوة على ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن أطياف الامتصاص للأنواع الثلاثة من المخاريط تتداخل جزئيا ، وبالتالي يمكن تصور العديد من الألوان.

كيف هي الحقائق

السمات الهيكلية لمستقبلات ضوئية

المستقبلات الضوئية الموجودة في الخلافة عبارة عن جزء خارجي وقطعة داخلية فيما يتعلق بالخلايا الظهارية المصطبغة ، أو ألياف خارجية ، أو نواة ، أو محوار (أو ألياف داخلية) وإنهاء مشبكي.

الجزء الخارجي من المخاريط له شكل هرم مقطوع ، في حين أن القضبان أسطوانية وممدودة. في كلتا الحالتين ، يتميز هذا الجزء بسلسلة من الصفائح ، والتي تحدد الجيوب الغشائية ، والارضية ، والارضية ، مغمورة في سيتوبلازم الخلية. تحتوي هذه "الأقراص" على أصباغ تتفاعل مع الضوء وتسبب تغيرات في إمكانات الغشاء للمُستقبِر الضوئي (رودوبسين للقضبان واليودوبنز للمخاريط). الجزء الخارجي من المخاريط والقضبان على اتصال مع الظهارة المصطبغة ، والطبقة الخارجية للشبكية ، وهو أمر مهم لأنه يوفر جزيءًا أساسيًا لعملية نقل الصور الضوئي: الشبكية.

يتميز الجزء الداخلي من خلال وجود عضيات داخل الخلايا ، مثل الميتوكوندريا والأغشية من الشبكة الإندوبلازمية الحبيبية ، لا غنى عنها لعملية الأيض الخلوي. في الواقع ، فهي مسؤولة عن إنتاج جزيئات صباغ جديدة لأنها مقسمة. يستمر هذا الجزء في التقلص إلى ألياف خارجية ، يتبعها جزء من جسم الخلية المحتوي على النواة. ويرتبط الأخير عبر المحوار (أو الألياف الداخلية) إلى الإنهاء المشبكي ، الذي يحتوي على لمبة (كروية) في القضبان ، تغمرها وتغلف (pedicel) في المخاريط.

يسمح الإنهاء المتشابك بنقل الإشارات من المستقبلات الضوئية إلى الخلايا ثنائية القطب عبر المشابك ، أي عن طريق الانتقال الكيميائي الحيوي بين الخلايا العصبية. هذا الجزء ، في الواقع ، مشابه للزر المشبكي لمحاور المحوار في العصبونات ، حيث توجد الحويصلات التي تحتوي على الناقل العصبي.

العلاقات مع خلايا الشبكية الأخرى

الشبكية عبارة عن غشاء مرتب على السطح الداخلي للعين ، يتكون من ثلاث طبقات من الأنسجة العصبية ، تتكون من أنواع مختلفة من الخلايا:

• طبقة داخلية تتكون من الخلايا العقدية

• طبقة متوسطة تحتوي على خلايا ثنائية القطب.

• طبقة خارجية ، على اتصال مع الظهارة الصبغية ، والتي توجد فيها مستقبلات ضوئية.

يتم ترتيب المخاريط والقضبان بشكل عمودي على سطح الشبكية. عند تعرضها للضوء أو الظلام فإنها تخضع لتغيرات تكوينية ، والتي تعدل إطلاق النواقل العصبية. هذه القيام بعمل مثير أو تثبيطي على خلايا القطبين من شبكية العين.

ترتبط الخلايا ثنائية القطب على جانب واحد بالمستقبلات الضوئية وعلى الجانب الآخر بالخلايا العقدية في الطبقة الداخلية ، التي تؤدي محاورها إلى العصب البصري. الخلايا ثنائية القطب قادرة على نقل القدرات التدريجية.

تشكل المحاور العصبية للخلايا العقدية حزمة تتقارب على القرص البصري وتخرج من كوكب العين وتتجه نحو الدماغ البيني كعصب بصري (زوجان من الأعصاب القحفية). استجابة لتحوير مستقبلات الشبكية ، تولد الخلايا العقدية إمكانات عمل تستهدف الجهاز العصبي المركزي.

في شبكية العين هناك أيضا خلايا خلالية وعميقة تعدل الاتصال في أنسجة العصب الشبكية (على سبيل المثال ، من خلال تثبيط جانبي).

على الجانب الآخر من شبكية العين هناك المشيمية.

ملاحظة . لا تتعرض الأقماع والقضبان إلى الفكاهة الزجاجية ، ولكنها توضع في الطبقة الخارجية من شبكية العين ، ثم يتم تحمسها بالضوء بعد مرورها عبر الطبقة الشبكية الداخلية والمتوسطة.

phototransduction

Phototransduction هي العملية التي يتم بها تحويل الطاقة الضوئية إلى إشارات كهربائية ، ثم تنتقل إلى الدماغ من خلال العصب البصري. هذه الظاهرة ترى مستقبلات ضوئية كأنصار ، يقوم عملها على تفاعلات ضوئية كيميائية.

الحدث الأول من نقل الصور هو امتصاص الإشارة الضوئية بواسطة الضوئية. يتميز كل من هذه الجزيئات بذروة امتصاص الضوء ، المقابلة لطول موجة معين (في حالة المخاريط ، على سبيل المثال ، يجعلها أكثر حساسية لون معين). يحتوي كل صبغة حساسة للضوء على مكون يدعى "الشبكية" (شائع في كل عمليات التصريف الضوئي) وبروتين يسمى opsin.

ونتيجة للإشعاع الضوئي ، فإن التصريف الضوئي يغير بنيتها الجزيئية ، مما يؤدي إلى تفاعلات كيميائية حيوية ينشأ عنها تحفيز الأعصاب. ثم ينتقل هذا إلى خلايا شبكية متجاورة (الخلايا ثنائية القطب والخلايا العقدية).

سلسلة من الأحداث في قضبان

يقع photopigment للقضيب (rhodopsin) في غشاء أقراص الجزء الخارجي. وهنا أيضا بروتين G (يسمى transducin) وإنزيم ، phosphodiesterase ، الذي يحفز تدهور دورة GMP الثانية (cGMP).

في الظلام :

• ترتفع مستويات cGMP داخل العصارة الخلوية لجزء القضيب الخارجي ، ثم تفتح قنوات الصوديوم الموجودة في غشاء الخلايا المستقبلة للضوء.
• تدخل أيونات الصوديوم الخلية وتحدد إزالة الاستقطاب التي تنتقل من الجزء الخارجي إلى محطة المستقبلات الضوئية.
• رداً على إزالة الاستقطاب ، تفتح قنوات كرة القدم.
• دخول الكالسيوم ينشط عملية الخلوي مما يؤدي إلى إطلاق الناقل العصبي.
• يعمل الناقل العصبي على الخلايا ثنائية القطب ، مما يولد خريجين محتملين.

في ضوء :

• رودوبسين يمتص الضوء.
• تغير الشبكية شكلها و dissocia dell'opsina (يصبح الصبغة الموجودة في العصي "مشوهة") ، والتي تنشط التحويل الذي بدوره ينشط فسفودايستراز.
• فوسفوديستراز يحفز انشقاق GMP الدوري.
• انخفاض مستويات cGMP في العصارة الخلوية للجزء الخارجي ، بحيث تغلق قنوات الصوديوم.
• يفرط تناول الصوديوم الثانوي فرط استقطاب الخلية (بسبب خروج البوتاسيوم).
• يؤدي التغير المفرط إلى إغلاق قنوات الكالسيوم في الجزء الداخلي ، وبالتالي يتم إطلاق ناقل عصبي أقل من محطة المستقبلات الضوئية.

تشبه عملية نقل الصور الضوئية التي تحدث في الأنواع الثلاثة من الأقماع تلك الخاصة بالقضبان ، حتى وإن كانت هناك ثلاثة عمليات ضوئية مختلفة.