प्रकाशग्राही शरीर विज्ञान और प्रकाश संचरण

प्रकाश संचरण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा प्रकाशग्राही कोशिकाएँ — कशेरुकी रेटिना में रॉड और कोन — अवशोषित प्रकाश को एक विद्युत संकेत में परिवर्तित करती हैं। अधिकांश ग्राही कोशिकाओं के विपरीत, कशेरुकी प्रकाशग्राही अतिध्रुवीकरण (hyperpolarizing) द्वारा प्रकाश पर प्रतिक्रिया करते हैं: प्रकाश उन चैनलों को बंद कर देता है जो अंधेरे में खुले रहते हैं। यह विषय उस आणविक कैस्केड को शामिल करता है जो इसे प्राप्त करता है और यह कैसे दृष्टि को उसकी उल्लेखनीय संवेदनशीलता और गतिशील सीमा प्रदान करता है।

Definition

प्रकाश संचरण अवशोषित प्रकाश को एक प्रकाशग्राही में विद्युत प्रतिक्रिया में परिवर्तित करना है, जो एक दृश्य वर्णक द्वारा मध्यस्थ होता है जो एक जी-प्रोटीन कैस्केड को सक्रिय करता है जो कोशिकाद्रव्यीय चक्रीय जीएमपी को कम करता है और चक्रीय-न्यूक्लियोटाइड-गेटेड धनायन चैनलों को बंद कर देता है, जिससे कोशिका अतिध्रुवीकृत हो जाती है।

Scope

यह प्रविष्टि दृश्य वर्णक और प्रकाश द्वारा उसके सक्रियण, जी-प्रोटीन (ट्रांसड्यूसिन) कैस्केड और उसके द्वारा नियंत्रित चक्रीय-जीएमपी-गेटेड चैनलों, कशेरुकी प्रकाशग्राहियों की अतिध्रुवीकरण प्रकाश प्रतिक्रिया, और रॉड और कोन शरीर विज्ञान के बीच के अंतरों को शामिल करती है। यह संवेदी शरीर विज्ञान में एक संदर्भ विषय है और नैदानिक मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• एक दृश्य वर्णक द्वारा प्रकाश अवशोषण एक विद्युत संकेत कैसे उत्पन्न करता है?
• कशेरुकी प्रकाशग्राही विध्रुवीकरण के बजाय प्रकाश के प्रति अतिध्रुवीकृत क्यों होते हैं?
• कैस्केड एक एकल अवशोषित फोटॉन को एक मापने योग्य प्रतिक्रिया में कैसे प्रवर्धित करता है?
• संवेदनशीलता और गति में रॉड और कोन कैसे भिन्न होते हैं?

Key concepts

• दृश्य वर्णक (रोडोप्सीन और कोन ऑप्सिन)
• रेटिनल का फोटोआइसोमराइज़ेशन
• ट्रांसड्यूसिन (जी-प्रोटीन) कैस्केड
• चक्रीय जीएमपी और फॉस्फोडिएस्टरेज़
• चक्रीय-न्यूक्लियोटाइड-गेटेड चैनल
• अंधेरे धारा और प्रकाश-प्रेरित अतिध्रुवीकरण
• एकल-फोटॉन संवेदनशीलता और प्रवर्धन
• रॉड बनाम कोन शरीर विज्ञान

Mechanisms

अंधेरे में, कशेरुकी प्रकाशग्राही चक्रीय-जीएमपी-गेटेड धनायन चैनलों द्वारा वहन की जाने वाली एक स्थिर आंतरिक 'अंधेरे धारा' को बनाए रखते हैं जो चक्रीय जीएमपी के उच्च विश्राम स्तर द्वारा खुले रहते हैं। एक फोटॉन का अवशोषण दृश्य वर्णक के रेटिनल क्रोमोफोर को आइसोमराइज़ करता है, जिससे वर्णक सक्रिय हो जाता है; सक्रिय वर्णक जी-प्रोटीन ट्रांसड्यूसिन पर विनिमय को उत्प्रेरित करता है, जो एक फॉस्फोडिएस्टरेज़ को उत्तेजित करता है जो चक्रीय जीएमपी को हाइड्रोलाइज़ करता है। जैसे ही चक्रीय जीएमपी गिरता है, धनायन चैनल बंद हो जाते हैं, आंतरिक धारा कम हो जाती है, और कोशिका अतिध्रुवीकृत हो जाती है — प्रकाश प्रतिक्रिया। याउ और हार्डी इस जी-प्रोटीन-युग्मित कैस्केड के संरक्षित रूपांकनों और जानवरों में इसकी विविधताओं का वर्णन करते हैं, जिसमें अकशेरुकी प्रकाशग्राहियों के विपरीत भी शामिल है जो प्रकाश के प्रति विध्रुवीकृत होते हैं। कैस्केड के एंजाइमी चरण प्रवर्धन प्रदान करते हैं जो रॉड को एकल फोटॉन के अवशोषण का संकेत देने की अनुमति देते हैं, जबकि कोन कुछ संवेदनशीलता को तेज, कम संतृप्त प्रतिक्रियाओं के लिए व्यापार करते हैं।

Clinical relevance

प्रकाशग्राही शरीर विज्ञान सामान्य दृष्टि का आधार है और वंशानुगत और अधिग्रहित रेटिनल विकारों और रेटिनल प्रोस्थेसिस की अवधारणा को समझने के लिए एक ढाँचा प्रदान करता है। यह प्रविष्टि शैक्षिक संदर्भ के लिए सामान्य तंत्र प्रस्तुत करती है और निदान या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

सारांशित तंत्र विभिन्न प्रजातियों में रॉड और कोन में प्रकाश संचरण कैस्केड के जैव रासायनिक और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल लक्षण वर्णन पर आधारित हैं। ये नैदानिक सिफारिशों के बजाय यांत्रिक निष्कर्ष हैं, और कोई उपचार दिशानिर्देश निहित नहीं है।

History

बीसवीं सदी के काम ने दृश्य वर्णकों के रसायन विज्ञान और रेटिनल के फोटोआइसोमराइज़ेशन को स्थापित किया, और बाद में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी ने खुलासा किया कि कशेरुकी प्रकाशग्राही अतिध्रुवीकरण द्वारा प्रकाश पर प्रतिक्रिया करते हैं। वर्णक सक्रियण को चैनल बंद होने से जोड़ने वाले एंजाइमी जी-प्रोटीन कैस्केड को बाद के दशकों में विकसित किया गया था, जिससे रॉड के उच्च प्रवर्धन और एकल-फोटॉन संवेदनशीलता की व्याख्या की गई। याउ और हार्डी द्वारा संश्लेषित तुलनात्मक अध्ययनों ने प्रकाश संचरण के संरक्षित तर्क और कशेरुकी और अकशेरुकी आँखों में इसके भिन्न कार्यान्वयन दोनों को दिखाया।

Key figures

• King-Wai Yau
• Roger Hardie
• Denis Baylor
• Lubert Stryer
• George Wald

Seminal works

• yau-hardie-2009

Frequently asked questions

प्रकाशग्राही अतिध्रुवीकरण द्वारा प्रकाश पर प्रतिक्रिया क्यों करते हैं?

अंधेरे में एक चक्रीय-जीएमपी-गेटेड धारा कशेरुकी प्रकाशग्राहियों को विध्रुवीकृत रखती है; प्रकाश एक कैस्केड को सक्रिय करता है जो चक्रीय जीएमपी को कम करता है और इन चैनलों को बंद कर देता है, इसलिए प्रकाश के प्रति प्रतिक्रिया आंतरिक धारा में कमी और इस प्रकार एक अतिध्रुवीकरण है।

एक रॉड एक एकल फोटॉन का पता कैसे लगा सकता है?

प्रकाश संचरण कैस्केड एंजाइमी और प्रवर्धित होता है: एक सक्रिय वर्णक अणु कई ट्रांसड्यूसिन अणुओं को सक्रिय करता है, प्रत्येक कई चक्रीय-जीएमपी अणुओं के विनाश को प्रेरित करता है, इसलिए एक एकल अवशोषित फोटॉन कोशिका की धारा में एक मापने योग्य परिवर्तन उत्पन्न करता है।