Het oog

PUPIL SCLERA IRIS

Diafragma (iris)

Kort overzicht anatomie van het oog Wand oogbol: 3 lagen (oogrokken) Sclera (harde oogrok) : stevig, with ondoorzichtig vlies waaraan oogspieren zijn bevestigd (‘wit van het oog’) Gaat aan voorzijde over in de doorzichtige cornea (hoornvlies)

Kort overzicht anatomie van het oog Wand oogbol: 3 lagen (oogrokken) Choroidea (vaatvlies) : concentrisch met de sclera, sterk doorbloed T.h.v. overgang sclera-cornea zet het vaatvlies zich door in de iris (regenboogvlies) Iris bevat pigment Pupil kan worden vergoot/verkleind door aanpassing iris door spieren Op plaats waar choroidea in iris overgaat: verdikking van spieren: straalvormig lichaam of corpus ciliare (draagt de lens)

Vormverandering lens : focus

Kort overzicht anatomie van het oog Wand oogbol: 3 lagen (oogrokken) Retina (netvlies, binnenste oogrok): bevat de fotoreceptoren (en zenuwcellen en bloedvaten) Blinde vlek (optic disc): plaats waar oogzenuw het oog verlaat en de retina dus onderbroken is (bevat geen fotoreceptoren) Macula lutea (gele vlek) en fovea : structuur van retina waar geen zenuwuitlopers en bloedvaatjes zitten, dus enkel fotoreceptoren (zie verder)

Kort overzicht anatomie van het oog Glasachtig lichaam (corpus vitreum): glasheldere, geleiachtige vloeistof Kamervocht: waterheldere vloeistof tussen cornea en lens Voorste : tussen cornea en iris Achterste: tussen iris, lens, corpus ciliare en ligamenten van lens

Het netvlies (retina) : celtypes Retina afkomstig van neuroectoderm: oog is extensie van hersenen 5 belangrijke celtypes: Fotoreceptorcellen (kegeltjes en staafjes) Bipolaire cellen Horizontale cellen Amacrine cellen Ganglion cellen interneuroncellen

Het netvlies (retina) : celtypes Fotoreceptorcellen maken synaptische verbinding met bipolaire cellen Bipolaire cellen maken contact met ganglioncellen Ganglioncellen komen samen thv blinde vlek en sturen via optische zenuwbanen signalen naar hersenen

Het netvlies (retina) : celtypes De horizontale en amacriene cellen mediëren laterale interacties tussen A) fotoreceptoren en bipolaire cellen B) bipolaire cellen en ganglioncellen

Het netvlies (retina) : celtypes Retinale ganglion cellen bevinden zich aan binnenkant retina (bij glasachtig lichaam) Fotoreceptoren bevinden zich aan buitenkant retina (bij choroidea) Lichtdistortie !!

Het netvlies (retina) : celtypes Oplossing probleem van lichtdistortie: fovea Geen ganglioncellen en bipolaire cellen Enkel fotoreceptorcellen: staafjes en kegeltjes Geen obstructie in toegang licht tot fotoreceptoren Zone met hoogste visuele activiteit

Retina en pigment Dagdieren: donker pigment in epitheel tussen fotoreceptoren en vaatvlies Lichtabsorptie, geen reflectie Nachtdieren: reflecterend pigment (tapetum) Optimaal gebruik van licht (maar minder scherp)

Fotoreceptorcellen Staafjes (rods) en kegeltjes (cones): neuronale cellen Driedelig: Synaptisch einde: synaps met bipolaire cellen Binnenste segment: kern, mitochondria, andere cytoplasmatische structuren Buitenste segment: membraandisks met actieve lichtgevoelige moleculaire complexen, die licht omzetten in neuronale electrische signalen (en continue vernieuwing discs) Cilium verbindt binnenste en buitenste segment

Fotoreceptorcellen Staafjes (rods): nacht-zicht zeer gevoelig aan licht Meerder staafjes voeden synaptische input naar 1 bipolaire cel Geen scherp beeld, geen kleurzicht Kegeltjes (cones): dag-zicht Minder lichtgevoelig 1 (of slechts enkele) kegeltjes voeden 1 bipolaire cel Scherp beeld Kleurzicht (verschillende fotopigmenten, actief mbt verschillende golflengtes licht)

Biochemie van het oog Fotochemisch actief complex = rhodopsine Rhodopsine = combinatie van opsine (een proteïne) en 11-cis-retinal hv 11-cis-retinal all-trans-retinal Isomerisatie

Biochemie van het oog Retinals gerelateerd aan retinolen (vitamine A) Geen de novo synthese mogelijk Vorming door afbraak van carotenoïden, zoals β-caroteen

Biochemie van het oog Opsine = intrinsiek membraanproteïne uit disk membranen (› 95% van eiwitfractie) C-terminaal deel in cytoplasma; N-terminaal deel in ruimte in microvesiculae (disc) 7 hydrofobe transmembraan α-helices

Rhodopsine Retinal gebonden aan lysyl-NH2 groep via aldimine (R–CH=N–R') of geprotoneerde Schiff base binding

Fotoisomerisatie van rhodopsine Isomerisatie 11-cis-retinal tot all-trans-retinal oiv licht leidt to conformatieverandering rhodopsine

Staafjes vs kegeltjes Rhodopsine is fotoactieve component van staafjes

Staafjes vs kegeltjes Rhodopsine is fotoactieve component van staafjes

Staafjes vs kegeltjes Kegeltjes : 3 verschillende soorten Bevatten allen 11-cis-retinal gebonden aan proteïnen gelijkend op opsine: verschillende spectra = iodopsines (of photopsines)

Fotochemische transformatie van rhodopsine

Fotochemische transformatie van rhodopsine Rhodopsine transformeert tot metarhodopsine II via reeks metastabiele moleculen Transformatie gekoppeld met verschuiving ladingen van Schiff’s base over 11-cis retinal Ladingsverschuiving gekoppeld aan geometrische veranderingen opsine (rhodopsine)

Verschuiving van de positieve lading over de ring door excitatie van de geprotoneerde Schiffse base

Fotochemische conversie van rhodopsine naar bathorhodopsine

Fotochemische transformatie van rhodopsine Vrijkomen van all-trans retinal van opsine duurt lang: dus geen essentiële stap in zicht Stap belangrijk in regeneratie van de actieve vorm van rhodopsine (vorming opsine en all-trans retinal) All-trans retinal wordt omgezet tot 11-cis retinal via een retinyl-ester als intermediair

Regeneratie van 11-cis retinal

Regeneratie van 11-cis retinal Reductie van all-trans-retinal tot all-trans-retinol via NADH All-trans-retinol verlaat netvlies en wordt opgenomen door pigmentepitheel Verestering door acyltransferase: transfer van vetzuur van phosphatidylcholine aan all-trans-retinol: vorming van een all-trans-retinylester

Regeneratie van 11-cis retinal All-trans retinylester hydrolyseert tot 11-cis retinol en het vrije vetzuur (isomerisatiestap van all-trans retinol tot 11-cis retinol) Regeneratie van 11-cis retinal uit 11-cis retinol door oxidatie dmv NAD+ Migratie van 11-cis retinal van pigmentepitheel naar netvlies, binding aan opsine = rhodopsine

Elektrofysiologische respons van fotoreceptorcellen

Elektrofysiologische respons van fotoreceptorcellen Respons op licht = verandering in permeabiliteit van cytoplasmatische membraan voor kationen Cytoplasmamembraan op binnenste segment bevat Na+-K+ pomp Na+-K+ pomp gebruikt ATP om Na+ naar buiten en K+ naar binnen te pompen

Elektrofysiologische respons van fotoreceptorcellen K+ kan vrij uit cel diffunderen in binnenste segment Na+ kan niet vrij diffunderen naar cytoplasma Na+ migreert naar buitenste segment en treedt binnen via een kation selectief kanaal Migreert dan naar binnenste segment en de cyclus herbegint

Elektrofysiologische respons van fotoreceptorcellen

Elektrofysiologische respons van fotoreceptorcellen Licht veroorzaakt sluiting van kation selectieve kanalen in buitenste segment Inwaardse Na+-stroom beperkt Potentiaalverschil over cytoplasmatische membraan vergroot = Hyperpolarisatie

Hyperpolarisatie en synaps Productie neurotransmitters naar bipolaire cellen Signaal van bipolaire cel naar ganglioncel Actiepotentiaal van ganglioncellen sturen signaal naar hersenen

Rhodopsine activatie op membraan microvesiculae (disc membranes) Hyperpolarisatie door sluiting kation kanalen op cytoplasmatische membraan

Rhodopsine activatie op membraan microvesiculae (disc membranes) ?? Rhodopsine activatie op membraan microvesiculae (disc membranes) ?? Hyperpolarisatie door sluiting kation kanalen op cytoplasmatische membraan

cGMP (3’-5’ cyclisch GMP) cGMP veroorzaakt een stijging in membraan-permeabiliteit voor Na+, interactie met Na+ kanalen op buitenste segment cGMP diffundeert tussen membraan van microvesiculae en cytoplamatische membraan

Phosphodiesterase Omzetting cGMP naar 5’ GMP op membraan van microvesiculae (disc membrane) + H20 2H+ cGMP 5’ GMP

Phosphodiesterase Omzetting cGMP naar 5’ GMP op membraan van microvesiculae (disc membrane)

Activatie rhodopsine, vorming metarhodopsine II Licht Activatie rhodopsine, vorming metarhodopsine II Activatie phosphodiesterase Afbraak cGMP Sluiting Na+ kanaal in buitenste segment Potentiaalverschil, synaps

Phosphodiesterase Omzetting cGMP naar 5’ GMP op membraan van microvesiculae (disc membrane) Activatie door licht heeft GTP nodig en een ander membraanproteïne : transducine Transducine is een G-protëine

G-proteïne Actieve component

cGMP Rhodopsin 5’ GMP

Werking transducine Transducine bestaat uit α,β en γ subeenheden Metarhodopsine interageert met transducine, met als gevolg verplaatsen van GDP door GTP op α-subeenheid Afscheiding van α subeenheid van β en γ subeenheden Binden van α subeenheid aan inhibitorische component van phosphodiesterase Activatie van phosphodiesterase

Amplificatie van lichtsignaal Eén molecule metarhodopsine activeert ± 500 transducine moleculen Eén molecule phosphodiesterase hydrolyseert meerdere moleculen cGMP (meerdere staafjes voeden een bipolaire cel)

Stopzetten signaal Hydrolyse van aan α subeenheid gebonden GTP naar GDP, gevolgd door vrijkomen van inhibitorische component en binding aan phosphodiesterase (inactivatie PDE) Verval van metarhodopsine II naar rhodopsine(via enzyme (48K) arrestine) Regeneratie van cGMP door guanylate cyclase (via omzetting GTP naar cGMP)