Signaltransduktion in den Fotosensoren

Die Fototransduktion ist am besten untersucht in den Stäbchen. Ihr lichtsensitives Pigment ist das Rhodopsin, bestehend aus dem Proteinanteil Opsin und dem Chromophor 11-cis Retinal, welcher kovalent an das Opsin gebunden ist.

Bei Dunkelheit werden in der Zellmembran der Stäbchenzelle CNG-Kanäle aktiv durch ein gebundenes cGMP offen gehalten, so dass Na⁺ und Ca²⁺ in die Zelle einströmen kann. Die Zelle wird dabei bis auf ca. – 40 mV depolarisiert. Dieses Ruhepotenzial veranlasst die Zelle, ständig den Neurotransmitter Glutamat freizusetzen, der das Dunkelsignal weiterleitet.

Bei Belichtung geschieht Folgendes:

1. Ein Photon (= Lichtreiz) wird von 11-cis-Retinal absorbiert und dieses isomerisiert dabei zu all-trans-Retinal.

2. Dadurch entsteht eine Konformationsänderung im Rhodopsin, wobei dieses in Metarhodopsin II umgewandelt wird.

3. Metarhodopsin II aktiviert das G-Protein Transducin, welche in der Folge wiederum eine cGMP-Phosphodiesterase aktiviert.

4. Die Phosphodiesterase spaltet das cGMP, die CNG-Kanäle schließen sich und der Dunkelstrom wird abgeschaltet.

5. Die Folge davon ist, dass die Zelle hyperpolarisiert und kein Glutamat mehr freigesetzt wird. Der Abfall der Glutamatfreisetzung wird als Lichtsignal weitergegeben.

Beendigung der Transduktion:

Das Metarhodopsin II zerfällt in Opsin und all-trans-Retinal, welches zu 11-cis-Retinal regeneriert wird und wieder mit Opsin zu Rhodopsin reagiert.