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Fotorezeptoren

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Was sind Rezeptoren?

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  • Um überleben zu können, muss ein Organismus Veränderungen seiner Umwelt erkennen und sich darauf einstellen können
  • Die Aufnahme von Umweltreizen wie Licht oder Schall, aber auch von Reizen, die ihren Ursprung innerhalb des Organismus haben, sowie deren Umwandlung in elektrische Impulse (Erregung; Transduktion) erfolgt durch Rezeptoren (auch: Sinneszellen)
  • Diese „umgebauten“ Neuronen sind oft in spezialisierten Sinnesorganen zusammengefasst


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Frage

Was ist ein Fotorezeptor?




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Aufgenommene äußere Reize: Licht

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Wo finden wir Fotorezeptoren?

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Das Lichtsinnesorgan, das Auge, der Wirbeltiere ist mit Fotorezeptoren ausgestattet, die Lichtenergie (Photonen) in einem bestimmten Spektralbereich absorbieren und in Erregungen afferenter Nerven umwandeln können

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Zeichne und beschrifte den Bau des Wirbeltierauges.

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Wo befindet sich die größte Konzentration an Fotorezeptoren auf der Netzhaut?

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befindet sich im Bereich der optischen Achse, im sogenannten Gelben Fleck

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Wo befinden sich keine Fotorezeptoren im Auge?

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 Im Bereich des abgehenden Sehnervs befinden sich keine Fotorezeptoren, weshalb man vom Blinden Fleck spricht


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Welche zwei Sorten von Fotorezeptoren gibt es?

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  • Stäbchen
  • Zapfen
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Was sind Stäbchen?

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  • Stäbchen sind wegen ihrer hohen Lichtempfindlichkeit besonders für das Dämmerungs- und das Hell-Dunkel-Sehen geeignet
  • Ihr Absorptionsmaximum liegt bei ca. 500 nm
  • Da sie stark über Horizontalzellen verschaltet sind, können Bewegungen verfolgt werden
  • Außerdem werden mit ihnen Kanten und Umrisse scharf wahrgenommen
  • Die Netzhaut enthält 20-mal mehr Stäbchen als Zapfen (ca. 120 Mio.)


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Was sind Zapfen?

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  • Zapfen sind die Lichtsinneszellen zur Farbwahrnehmung und allgemein für das Sehen bei Tageslicht
  • Die überlappende Wahrnehmung der drei Zapfentypen mit unterschiedlichen Absorptionsbereichen, nämlich für blaues, grünes und rotes Licht, deckt das ganze Spektrum des für den Menschen sichtbaren Lichts (zwischen 400 und 800 nm) ab


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Zeichne Zapfen und Stäbchen und benenne sie.

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Wo befinden sich die Pigmente in den Zapfen?

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in den Lamellen (Oberflächenvergrößerung)

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Wodurch erfolgt die Lichtabsorption?

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erfolgt durch das Sehpigment Rhodopsin

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Was ist das Sehpigment Rhodopsin?

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  • Es besteht aus dem Farbstoffmolekül Retinal, einem Vitamin-A-Abkömmling, und dem Trägerprotein Opsin, das sich bei den Stäbchen und den drei Zapfentypen jeweils in der Struktur unterscheidet
  • Durch diese unterschiedlichen Formen des Rhodopsins kommen die unterschiedlichen Absorptionsmaxima der verschiedenen Fotorezeptoren zustande


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Beschreibe den Prozess der Transduktion am Beispiel der Stäbchen.

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  • Wird Rhodopsin belichtet, so ändert sich die Struktur (räumliche Anordnung) des gebundenen Retinals: Es wird vom sogenannten 11-cis-Retinal in das all-trans-Retinal umgewandelt
  • Dies führt dazu, dass eine Signal-Transduktions-Kaskade (Sehkaskade) in Gang gesetzt wird
  • Das aktivierte Rhodopsinmolekül bewirkt die Aktivierung spezieller Proteine, der sog. Transducine
  • Anschließend zerfällt das Rhodopsin in das Opsin und das all-trans-Retinal
  • Das Transducin bindet an Phosphodiesterasen (Enzyme) in der Disc-Membran, wodurch diese zur Spaltung des second messengers cGMP (zyklisches Guanosinmonophosphat) veranlasst werden
  • Dies führt zum Verschluss der im Dunkeln durch cGMP ständig offen gehaltenen Na+-Ionenkanäle in der Rezeptormembran
  • Bei Belichtung wird dadurch die Membran hyperpolarisiert und damit letztendlich die Ausschüttung hemmender Transmitter an den Synapsen zwischen Sinneszelle und nachgeschalteten Neuronen (Bipolarzellen) vermindert
  • Die nachgeschalteten Neuronen wandeln diese Verminderung der Transmitterausschüttung in Aktionspotenziale um und leiten diese zu den Sehzentren des Gehirns, in denen die Wahrnehmung erfolgt
  • Das freigesetzte all-trans-Retinal fällt nach kurzer Zeit wieder in die 11-cis-Konformation zurück
  • Unter Energieverbrauch wird anschließend Rhodopsin resynthetisiert
  • Die spontane Regenerationsrate von Retinal ist aber bei Starklicht oft nicht ausreichend, sodass die Empfindlichkeit der Fotorezeptoren systematisch abnimmt (Netzhaut-Adaptation)


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Wann spricht man von einer Signal-Transduktions-Kaskade?

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  • Von einer Signal-Transduktions-Kaskade spricht man, da das ursprüngliche Signal, ein Photon aktiviert ein Rhodopsinmolekül, im Verlauf der Reaktionskette enorm verstärkt wird
  • Ein einziges aktiviertes Rhodopsinmolekül bewirkt beispielsweise die Aktivierung von Hunderten Transducinmolekülen
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