광수용체와 시각 경로

분자 수준에서 시각 신호는 광색소 분자의 변형을 유발하여 광수용체 세포의 막 전위에 변화를 일으킵니다. 광자의 에너지 수준은 파장으로 표시되며, 가시광선의 각 특정 파장은 고유한 색상과 관련이 있습니다. 전자기 복사로 분류되는 가시 광선의 스펙트럼 범위는 380nm에서 720nm에 이릅니다. 720nm를 초과하는 전자기 방사 파장은 적외선 범주에 속하고 380nm 미만의 파장은 자외선으로 분류됩니다. 청색광은 380nm의 파장에 해당하고 진한 적색광은 720nm의 파장에 해당합니다. 다른 색상은 빨간색에서 파란색까지 이 파장 스펙트럼 내의 다양한 지점에 있습니다.

실제로 옵신 색소는 망막(retinal)이라는 보조 인자와 통합된 막관통 단백질입니다. 이 망막은 비타민 A와 탄화수소 분자의 구성 성분입니다. 망막 분자의 광범위한 탄화수소 사슬에서 중요한 생화학적 변화는 광자가 충격을 줄 때 유발됩니다. 광이성질체화(photoisomerization)로 알려진 이 특정 과정은 광자 상호 작용으로 인해 사슬 내부의 이중 결합 탄소 중 일부를 시스에서 트랜스 구성으로 전이시킵니다. 광자 상호 작용 전에 망막의 유연한 이중 결합 탄소는 시스 형태에 있어 11-시스-레티날로 알려진 분자를 형성합니다. 이중 결합 된 탄소는 광자가 분자에 충격을 줄 때 트랜스 형태를 가정하여 직선 탄화수소 사슬을 특징으로하는 모든 트랜스 망막을 형성합니다.

망막 내의 시각적 전달 과정은 광수용체의 망막 구조의 변화와 함께 시작됩니다. 이것은 G 단백질을 자극하는 망막 단백질과 옵신 단백질의 활성화로 이어집니다. 그런 다음 활성화된 G 단백질은 광수용체 세포의 막 전위를 수정하여 망막의 외부 시냅스층으로 신경 전달 물질의 방출을 감소시킵니다. 이 상태는 망막 분자가 원래 모양인 11-cis-망막 형태로 되돌릴 때까지 계속되며, 이 과정을 백화라고 합니다. 상당한 양의 광색소가 표백을 거치면 망막은 대조적인 시각적 입력이 수신되는 것처럼 데이터를 전송합니다. 일반적으로 네거티브 타입 이미지로 관찰되는 잔상은 강렬한 섬광에 노출 된 후 흔히 발생합니다. 일련의 효소적 변화는 광이성질체화 역전 과정을 촉진하여 추가 빛 에너지에 대한 반응으로 망막의 재활성화를 가능하게 합니다.

옵신은 특정 광 파장에 대해 특정 민감도를 나타냅니다. 간상 광색소인 로돕신(rhodopsin)은 파장이 498nm인 빛에 대해 최대 감도를 나타냅니다. 반면에, 세 가지 색상 옵신은 564nm, 534nm 및 420nm의 파장에 최적으로 반응하며, 이는 기본 색상(빨간색, 녹색 및 파란색)과 거의 일치합니다. 간상체에서 발견되는 로돕신은 원뿔 옵신보다 빛에 대한 민감도가 더 높습니다. 이것은 간상체가 어두운 조명 조건에서 시력에 기여하는 반면 원추세포는 더 밝은 조건에서 기여한다는 것을 의미합니다. 정상적인 햇빛에서는 로돕신이 지속적으로 표백되고 원뿔은 활성 상태를 유지합니다. 반대로, 조명이 어두운 방에서는 빛의 강도가 원뿔 옵신을 자극하기에 충분하지 않아 시력이 전적으로 간상체에 의존하게 됩니다. 사실, 간상체는 빛에 대한 민감도가 매우 높아 단독 광자가 간상체의 해당 망막 신경절 세포에서 활동 전위를 유발할 수 있습니다.

뚜렷한 빛 파장에 대한 민감성으로 구별되는 원뿔 옵신은 색상을 인식하는 능력을 제공합니다. 세 가지 고유한 원뿔 유형의 반응을 분석함으로써 우리의 뇌는 우리가 보는 것에서 색상 데이터를 추출합니다. 예를 들어, 파장이 450nm에 가까운 밝은 청색광을 생각해 보십시오. 이것은 “빨간색” 원추세포의 최소한의 자극, “녹색” 원추세포의 약간의 활성화, “파란색” 원추세포의 상당한 자극을 유발할 것입니다. 뇌는 원추세포의 이러한 차등 활성화를 계산하고 색을 파란색으로 해석합니다. 그러나 어두운 조명 조건에서는 원뿔이 효과가 없으며 색상을 식별할 수 없는 막대가 우세합니다. 결과적으로 저조도에서 우리의 시력은 본질적으로 단색이며, 이는 어두운 방에서 모든 것이 다양한 회색 음영으로 보인다는 것을 의미합니다.

몇 가지 일반적인 안과 질환은 다음과 같습니다.

임상적으로 색맹(achromatopsia)으로 알려진 색맹은 색을 구별하지 못하는 것을 특징으로 하는 상태입니다. 이 질환은 일반적으로 망막의 원추세포(빛에 민감한 세포)의 유전적 결함으로 인해 발생합니다. 증상에는 색상이나 색상 음영을 구별하는 데 어려움이 포함될 수 있습니다.

의학적으로 유채증(nyctalopia) 또는 혈구증(hemeralopia)이라고 불리는 야맹증은 저조도나 야간에 볼 수 있는 개인의 능력에 영향을 미치는 장애입니다. 원인은 비타민 A 결핍에서 색소성 망막염과 같은 기저 질환에 이르기까지 다양할 수 있습니다. 이 장애가 있는 개인은 야간 시력이나 어두운 조명에 적응하는 데 어려움을 겪습니다.

백내장은 특히 노인들에게 흔한 안과 질환으로, 일반적으로 투명한 눈의 수정체가 흐려지는 것이 특징입니다. 이로 인해 안개가 낀 창문을 통해 보는 것과 유사하게 시야가 흐려질 수 있습니다. 대부분의 백내장은 시간이 지남에 따라 서서히 진행되며 결국 시력을 방해할 수 있습니다.

녹내장은 뇌로 이미지를 보내는 시신경이 눈의 압력 증가로 인해 손상되는 또 다른 심각한 눈 질환입니다. 치료하지 않고 방치하면 시력 상실로 이어질 수 있습니다. 녹내장의 가장 흔한 유형인 개방각 녹내장은 점진적인 시력 상실 외에 다른 증상이 없는 경우가 많습니다.