fototransduktion

Fototransduktion bezeichnet die biochemische Umwandlung von Lichtreizen in elektrische Signale in den Photorezeptoren der Netzhaut. Bei Wirbeltieren erfolgt sie hauptsächlich in den Stäbchen (Rodphotorezeptoren) und Zapfen (Conephotorezeptoren). In beiden Zelltypen befindet sich ein lichtempfindliches Pigment, das aus einem Protein (Opsin) und dem Vitamin-A-Derivat Retinal besteht.

Im Dunkelzustand bindet 11-cis-Retinal an Opsin, wodurch ein inaktives Pigment entsteht. Lichteinwirkung kehrt diese Bindung um: 11-cis-Retinal wird zu all-trans-Retinal, Opsin aktiviert sich und steuert die Aktivierung des G-Proteins Transducin. Transducin setzt die Phosphodiesterase PDE6 frei, die cGMP zu GMP spaltet. Sinkt der zellinnere cGMP-Spiegel, schließen sich die cGMP-gesteuerten Na+/Ca2+-Kanäle in der äußeren Membran. Die Photorezeptoren hyperpolarisieren und die Freisetzung des Neurotransmitters Glutamat an die Bipolarzellen verringert sich. Im Dunkel ist der cGMP-Spiegel hoch, Kanäle offen und Glutamat wird kontinuierlich freigesetzt.

Rods weisen hohe Lichtempfindlichkeit auf und ermöglichen das Sehen bei geringer Helligkeit, während Zapfen Farbinformation liefern und schneller reagieren, dafür mehr Licht benötigen. Die Regeneration des Retinals erfolgt durch den Retinoidzyklus in der Retinalpigmentierungsebene (RPE) und Müllerzellen, wodurch 11-cis-Retinal wieder hergestellt wird.

Fototransduktion besitzt eine starke Signalverstärkung und schnelle Adaptation an unterschiedliche Lichtverhältnisse, bildet die Grundlage des Tag-Nacht-Sehens und ist zentral für das räumliche und zeitliche Sehen. Störungen dieses Prozesses können zu Sehstörungen oder retinalen Erkrankungen beitragen.