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Fotorezeptoren

Fotorezeptoren sind spezialisierte sowie lichtempfindliche Sinneszellen des Auges. Diese Sinneszellen auf zellulärer Ebene umfassen u.a. die Stäbchen und Zapfen der Netzhaut. Darüber hinaus werden so auch lichtempfindliche Farbstoffe, die sogenannten Photopigmente, auf molekularer Ebene genannt, die aus unterschiedlichen Proteinanteilen und Chromophoren bestehen. Man unterscheidet zwischen Fotorezeptoren von Wirbeltieren und wirbellosen Tieren. Diese Sinneszellen wandeln Lichteinfall in elektrische Spannungssignale um. Genauer gesagt, führt in den Fotorezeptoren der Netzhaut von Wirbeltieren eine Lichtabsorption zu einer Erhöhung der Spannung. Das Potential entsteht aber erst in nachgeschalteten Nervenzellen, weswegen man die Fotorezeptoren der Wirbeltiere als sekundäre Rezeptoren bezeichnet.

Fotorezeptoren – Abbildung

 

Fotorezeptoren sind Sinneszellen der Augen.

Die unterschiedlichen Typen von Fotorezeptoren

Im menschlichen Auges existieren insgesamt drei Arten von Fotorezeptoren: Zapfen, Stäbchen und Ganglienzellen. Nur die Stäbchen sowie die Zapfen übernehmen eine Rolle bei der Bilderkennung, die fotosensitiven Ganglienzellen zeichnen sich für die Regelung des Tag-Nacht-Rhythmus verantwortlich. Die menschliche Netzhaut enthält rund 120–130 Millionen Stäbchen. Sie sind deutlich lichtempfindlicher als die Zapfen und ermöglichen erst das Hell-Dunkel-Sehen. Die Zapfen liegen in einer Anzahl von rund etwa 6 Millionen vor. Sie ermöglichen das Sehen bei Tageslicht und übernehmen die Farberkennung. Das Tagsehen nennt man photopisches Sehen. Das Nachtsehen ist auch als skotopische Sehen bekannt. Darüber hinaus existiert auch ein Übergangsbereich. Hierbei werden sowohl Zapfen als auch Stäbchen genutzt. Diese Anpassungsfähigkeit bezeichnet man auch als Bezold-Brücke-Phänomen. Im Gegensatz zu den Zapfen sind die Stäbchen für Farbreize im kurzwelligen Bereich deutlich empfindlicher. Dadurch transportieren sie einen anderen Eindruck verschiedener Farben. Diese geänderte Farbwahrnehmung macht sich in der Dämmerung deutlich bemerkbar.

Aufbau der Stäbchen und Zapfen

Sowohl Stäbchen als auch Zapfen ähneln sich im Aufbau. Die Phototransduktion findet mittels des Sieben-Transmembranproteins Rhodopsin in den Außensegmenten statt. Dieses nennt man auch Sehpurpur. Es ist in vielen membranösen Stäbchen oder Membraneinfaltungen zu finden. Die Außensegmente der Stäbchen sind wiederum schmal sowie lang. Sie befinden sich an der Grenze des retinalen Pigmentepithels, das abgeschnürte Membranstapel phagocytiert. Die Außenbereiche der Zapfen sind breiter als die Stäbchen und verlaufen konisch zu. Ein Umstand, der bei der Zapfen-Fotorezeptorzelle ebenfalls zutrifft.

Die Funktion der Fotorezeptoren

Fotorezeptortypen besitzen jeweils einen individuellen Sehfarbstoff und unterscheiden sich in ihren Absorptionswerten. Diese Absorptionsmaxima bestimmen ihre Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Wellenlängen des Lichts. Letztendlich ist das die essentielle Grundlage des Farbsehens. Das Spektrum der wahrgenommenen Farben wird durch die Anzahl der Zapfenarten, wovon der Mensch drei besitzt (Trichromat), bestimmt. In der Dunkelheit findet an den Synapsen der Fotorezeptorzellen eine kontinuierliche Ausschüttung eines Neurotransmitters. Das Glutamat wirkt inhibierend auf die Postsynapsen von Bipolar- und Horizontalzellen. Fällt also Licht auf die Fotorezeptorzelle, schließen sich Ionenkanäle in der Zellmembran. Es folgt eine Hyperpolarisierung der Fotorezeptorzelle sowie eine Ausschüttung an Neurotransmittern. Danach öffnen sich die Ionenkanäle der nachgeschalteten Nervenzellen und der Impuls wird so an sie übertragen. Diese Erregung setzt sich bis zum Gehirn fort.