Helmichs Biologie-Lexikon

Photorezeptor

Ein Photorezeptor ist nichts anderes als eine "Sehzelle", also eine Sinneszelle, die sich auf den Empfang von visuellen Informationen (elektromagnetische Wellen oder einfach: Lichtreizen) spezialisiert hat. Einfachste Photorezeptoren kommen bereits bei primitivsten Tieren vor; die Photorezeptoren der Wirbeltiere sind dagegen sehr komplex aufgebaut.

Die Linsenaugen der Wirbeltiere enthalten vier Typen von Photorezeptoren, die auf unterschiedliche Wellenlängen des sichtbaren Lichts ansprechen.

Die Stäbchen werden durch Licht der Wellenlänge 500 nm maximal erregt. Die für die Erregung notwendige Lichtintensität ist hier sehr gering, was auf die 10 Millionen Rhodopsin-Moleküle in den Stäbchen zurückzuführen ist.

Die Zapfen sind etwas anders aufgebaut als die Stäbchen. Sie sind für das Farbsehen verantwortlich und lange nicht so lichtempfindlich wie die Stäbchen, da sie "nur" ein paar Zehntausend Rhodopsin-Moleküle enthalten.

Im Linsenauge der Säugetiere gibt es drei verschiedene Zapfentypen, die durch unterschiedliche Wellenlängen maximal erregt werden.

  • Zapfen für kurzwelliges Licht (Blau-Zapfen) werden maximal erregt durch Licht der Wellenlänge 430 nm.
  • Zapfen für mittel- bis langwelliges Licht (Grün- und Rot-Zapfen) werden durch Wellenlängen um 530 (Grün) bzw. 560 (Rot) maximal erregt.

Der Farbeindruck kommt durch das Zusammenspiel der drei Zapfentypen in der Netzhaut und im Gehirn zustande. Werden beispielsweise alle drei Zapfentypen gleichermaßen erregt, empfindet man die Farbe Weiß bzw. bei geringerer Lichtintensität Grau. Werden vor allem die Rot- und gleichzeitig die Grün-Zapfen erregt, empfindet man die Farbe Gelb. Näheres zum Farbensehen wird auf einer eigenen Seite dieser Homepage erläutert.

Manche Tiere, Vögel und vor allem Fische, besitzen sogar vier oder fünf verschiedene Zapfentypen mit unterschiedlichen Absorptionsmaxima. Solche Tiere können dann auch Infrarot oder Ultraviolett sehen, was zum Beispiel für die Orientierung in schmutzigem Wasser (Fische) oder in der Luft (Vögel) von Vorteil ist.

Bau eines Photorezeptors

Bau eines Stäbchens

Bau eines Stäbchens
Autor: Ulrich Helmich 2017, Lizenz: siehe Seitenende.

Die Abbildung zeigt den Bau eines Stäbchens. Grob kann man ein Außensegment, ein Innensegment , einen Zellkörper mit dem Zellkern und ein synaptisches Endknöpfchen erkennen.

Das Außensegment enthält die sogenannten Discs (Scheiben). Diese Membrangebilde sind für die eigentliche Photorezeption verantwortlich. In den Membranen dieser Discs sitzt das lichtempfindliche Rhodopsin, welches bei Aktivierung durch Licht eine ganze Kaskade chemischer Reaktionen auslöst, die schließlich zur Veränderung des Membranpotenzials des Photorezeptors führen.

photochemischer Prozess

Auf dieser Seite der Abteilung Neurobiologie wird ausführlich dargestellt, wie der Transduktionsprozess beim Sehen funktioniert.

Das Innensegment dient hauptsächlich der Versorgung des Photorezeptors. Hier sitzen die ATP-liefernden Mitochondrien sowie der Golgi-Apparat und das ER, die ja beide vor allem für die Proteinsynthese bzw. Proteinnachbearbeitung zuständig sind.

Das Zellkörper enthält den Zellkern und endet im synaptischen Endknöpfchen. Mit dem Endknöpfchen wird die Verbindung zu den nachfolgenden Nervenzellen der Netzhaut hergestellt, vor allem mit den Bipolarzellen.

Stäbchen und Zapfen

Im Prinzip sind Stäbchen und Zapfen ähnlich aufgebaut, sie unterscheiden sich jedoch in manchen Punkten.

Die ca. 92 Millionen Stäbchen der menschlichen Netzhaut haben ein langes und zylindrisches Außensegment mit vielen Discs. Die 5 Millionen Zapfen haben dagegen ein kurzes und spitz zulaufendes Außensegment mit deutlich weniger Discs [1].

Zelltypen in den Schichten einer Säugetiernetzhaut
Autor: Peter Hartmann at de.wikipedia, edited by Marc Gabriel Schmid. This file is licensed under the Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license.

Auf diesem Bild der Netzhaut sind die Stäbchen blau dargestellt und die Zapfen rot. Zur Netzhaut selbst gibt es demnächst einen eigenen Lexikon-Artikel auf dieser Homepage, daher wird auf dieser Seite auf den Bau der Netzhaut nicht näher eingegangen. Wichtig für das Verständnis des Sehvorgangs sind eigentlich nur die gelb gezeichneten Bipolarzellen (Bi), welche die Informationen der Photorezeptoren aufnehmen, und die braun gezeichneten Ganglienzellen (G), die von den Bipolarzellen gehemmt werden, wenn kein Licht auf die Stäbchen und Zapfen fällt.

Quellen, die über allgemeines Schubuchwissen hinausgehen:

  1. Bear, Connors, Paradiso: Neurowissenschaften, Springer-Verlag 2018