Rhodopsinzyklus

5. Rhodopsinzyklus In den Sehzellen befindet sich z.B. der aus dem Eiweiß Opsin und dem Aldehyd Retinal zusammengesetzte Sehfarbstoff Rhodopsin. Retinal kommt in zwei Molekülstruckturen vor. In der all-trans-Form ist das Molekül gestreckt, in der 11-cis-Form ist es abgeknickt. Beim unbelichteten Auge liegt Retinal in der 11-cis-Form vor und ist an Opsin gebunden. Trifft Licht auf die Sehzellen, kommt es zum Zerfall des Rhodopsins, indem sich das Retinal streckt und sich vom Opsin löst. Dieser Vorgang läßt sich als Ausbleichen der Netzhaut beobachten. Das freie Opsin löst über verschiedene Enzyme die Änderung der Membranpermeabilität für Na+-Ionen aus. Die Folge ist die Ausbildung eines Rezeptorpotentials. Die Synapse am Ende der Lichtsinneszelle reagiert mit Transmitterausschüttung. Nach dem Zerfalll des Rhodopsins kommt es über verschiedene chemiche Vergänge des Sehfarbstoffs.

3.2. Der Lichtweg im Auge
Gutes Sehen und schnelles Erkennen setzt voraus, dass das im Auge auf die Netzhaut projizierte Bild der Umwelt scharf gezeichnet ist und die Sehzellen und Nervenfasern optimal funktionieren. Ein scharfes Bild auf der Netzhaut kann jedoch nur entstehen, wenn die lichtbrechenden Medien Hornhaut - Augenkammer/Kammerwasser - Augenlinse - Glaskörper vollkommen lichtdurchlässig und aufeinander abgestimmt sind.

Stellen wir uns vor, wir befänden uns in einem total abgedunkelten Raum, dessen einzige Lichtquelle ein winziger Leuchtpunkt in der Ferne ist und dieser würde rundum unzählige Lichtstrahlen auf eine riesige Fläche reflektieren. Davon könnte natürlich nur ein verschwindend kleiner Anteil des Lichts auf unser kleines Auge fallen und wirklich bedeutsam für das Sehen wären davon lediglich die Lichtstrahlen, die zum einen die winzige Pupillenöffnung passieren und dann auch noch in der Netzhaut auf Sehzellen treffen.

Für gutes Sehen ist u.a. entscheidend, dass das vor den Augen liegende Bild in optisch guter Qualität auf die Netzhautebene abgebildet wird. Die Tatsache, dass das Netzhautbild auf Grund der optischen Gesetze auf dem Kopf stehend erscheint, spielt hier keine besondere Rolle, weil das Gehirn in der Lage ist, das Bild so zu verarbeiten, dass wir es in realer Lage sehen.

Voraussetzung für ein klares Bild auf der Netzhaut und damit gutes Sehen ist, dass die ins Auge reflektierten Strahlen in der dem natürlichen Bild entsprechenden Raumlage auf der Netzhaut ankommen. Alle von rechts oben reflektierten Strahlen erscheinen auf dem Netzhautbild links unten, jene von links oben werden nach rechts unten abgebildet und die zentral einfallenden Strahlen im zentralen Netzhautbereich. Kurz: Die Lichtstrahlen gelangen so auf die Netzhaut, dass daraus ein (Netzhaut)bild entsteht, das wohl auf dem Kopf stehend, seitenverkehrt und verkleinert ist, ansonsten aber dem realen Bild vor dem Auge entspricht.

Voraussetzung ist, dass die lichtbrechenden Medien des Auges alle unzähligen Lichtpunkte, die fortlaufend in das Auge eindringen, so abbilden, dass das von jedem Bildpunkt vor dem Auge ausgesandte Licht auch in nur einem Punkt auf der Netzhautebene erscheint. Physikalisch ausgedrückt kann eine ideale Abbildung auf der Netzhaut nur dann erfolgen, wenn alle Lichtstrahlen, die von einem Bildpunkt in das Auge strahlen, sich in einem Brennpunkt auf der Netzhautebene wieder treffen.

Gehen wir von einem emmetropen Auge (normales Auge, weder weit- noch kurzsichtig) aus und verfolgen den Weg des Lichts bei einem Blick in die Ferne. In diesem Falle muss sich der Mensch nicht um eine gute Abbildung bemühen, weil das optische System Auge so gebaut ist, dass es das Licht ohne wesentliche Einstellungsänderungen auf die Netzhaut scharf abbilden kann.

Beim Eintritt in das Auge bricht die nach vorn gewölbte Hornhaut und das Kammerwasser in der Vorderkammer die Lichtstrahlen mit einer Brechkraft von insgesamt ca. 43 Dioptrien (dpt) zur Mitte hin (Abb. 5 bis 8). Rechnerisch bedeutet dies, dass sich Lichtstrahlen, die parallel in das Auge einfallen, nach 2,33 cm (100 cm : 43 (dpt) = 2,33 cm) in einem Brennpunkt vereinigen. Die Lichtbrechung von Hornhaut und Kammerwasser allein reicht jedoch nicht aus, um den Brennpunkt direkt auf die Netzhautebene zu lenken. Dazu bedarf es zusätzlich der Brechkraft der Augenlinse (im Ruhezustand ca. 17 dpt) und der Brechkraft des Glaskörpers.

Die lichtbrechenden Medien insgesamt, Hornhaut, Kammerwasser, Linse und Glaskörper sorgen dafür, dass sich die Brennpunkte aller identischen Lichtstrahlen aus dem fixierten Umweltobjekt auf der Netzhautebene abbilden und somit ein scharfes (Netzhaut-)Bild entstehen lassen.

Die \"brechenden Medien\" zusammen haben im Ruhezustand der Linse eine Gesamtbrechkraft von rund 60 dpt. Daraus kann man errechnen, dass der Abstand Hornhaut-Netzhaut ungefähr 1,67 cm betragen muss (1 m : 60 (dpt)


= 1,67 cm).

Zur Dioptrie, dem Maß für die Lichtbrechkraft: Eine Sammellinse (konvexe Linse, Plusbrille) mit der Brechkraft von 1 Dioptrie lenkt zwei parallel einfallende Lichtstrahlen so zur Mitte, dass diese sich nach 1 m (Brennweite) im Brennpunkt vereinigen. Bei einer Brechkraft von zwei dpt reduziert sich der Abstand zwischen Linse und Brennpunkt auf 1m : 2 (dpt) = 0,5 m = 50 cm und bei 60 dpt eben auf 1 m : 60 (dpt) = 0,0167 m = 1,67 cm.

Handelt es sich um eine Zerstreuungslinse (konkave Linse, Minusbrille), so gelten dieselben Werte, allerdings gegen die Lichtrichtung. Folglich werden diese Gläserstärken mit Minuszeichen angegeben.

Interessant ist, dass nicht alle brechenden Medien des Auges denselben Brechungsindex aufweisen. Der Brechungsindex der Hornhaut wird mit 1,376 und der des Kammerwassers und des Glaskörper mit 1,336 angegeben. Das Linsenmaterial in der Linsenmitte weist einen stärkeren Brechungsindex auf (1,406) als im Außenbereich (1,385). Weil die Hornhautvorderfläche an Luft (Brechungsindex = 1) grenzt, ist hier die Differenz zw. dem Index der Luft und dem Linsenmaterial entscheidend. Folglich werden die Lichtstrahlen unabhängig von den beschriebenen Brechungsunterschieden beim Eintritt in die Hornhaut am stärksten gebrochen.