Farbstoffe - Das Auge und der Sehvorgang

Chemie: Das Auge und der Sehvorgang (Thema: Farbstoffe)

Auge = Sinnesorgan

Eindrücke als elektrische Impulse unmittelbar ans Gehirn weitergeleitet.

Dort werden sie miteinander verknüpft & verarbeitet

T geben dem Gehirn ein Bild der sich verändernden Umwelt.

Aufbau

Folie 1: Horizontalschnitt durch das menschl. Auge

Eigentliches Sehorgan = Augapfel mit Sehnerv

& Hilfseinrichtugen in Form von Augenlider, Tränenapparat und äußeren

Augenmuskeln.

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hinter der Hornhaut liegt vordere Augenkammer

darin Kammerwasser.

Iris = Regenbogenhaut; Loch = Pupille

Linse

Glaskörper = wasserklare gallertartige Substanz

Lederhaut = Sklera

Retina= Netzhaut enthält die Sehzellen (Stäbchen und Zapfen)

dioptrisch = lichtbrechend

gesamte Brechkraft des Auges beträgt ca. 58 Dioptrien

davon entfallen nur 16 auf Linse

lichtbrechende Apparat besteht nicht nur aus elast. Linse,

sondern Licht wird mehrmals gebrochen:

Luft - Hornhaut,                        

Hornhaut - Kammerwasser,

Kammerwasser - Linse,

Linse - Glaskörper

· Brechungsverhältnis unter Wasser an Hornhaut anders

wenn mit Taucherbrille T sieht man besser.

-Durch gekrümmte Linse wird einfallende Licht gebündelt

-Durch Veränderung ihrer Form (Zilliarmuskel) kann Linse Brechkraft variieren

T Auge in Lage, unterschiedl. weit entfernte Gegenstände scharf auf die

Netzhaut abzubilden (Akkomodation).

-Mit zunehmenden Alter verlieren Linsen Elastizität T Verhärtung

T Verringerung d. Akkomodationsfähigkeit T nahe Gegenstände können nicht mehr

scharf gesehen werden (Zeitunglesen).

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Die Netzhaut (Retina)

enthält 125 Millionen Stäbchen, 7 Millionen Zapfen und 2 Millionen

Schaltzellen

wo Sehnerv durch Augenwand tritt, keine Sinneszellen T blinde Fleck

(lat.:Papilla nervi optici)

Der Linse gegenüberliegend (in einer Geraden von der Linse) ist gelbe Fleck

T enthält im Bereich einer Vertiefung (lat.: Fovea centralis) ausschließlich

Zapfen T Gebiet schärfsten Sehens

Folie2: Feinbau der Netzhau (Retina des menschl. Auges)

-schlanken Stäbchen = Helldunkelsehen

-dickeren Zapfen reagieren auf Farben, sind aber weniger empfindlich.

-lichtempfindlichen Außenglieder enthalten sog. discs (zeigen)

T Hier befindet sich lichtempfindliche Sehpurpur, der auf den Reiz reagiert.

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Die Chemie des Sehens

Primärprozeß des Sehens, die Umwandlung des Lichtreizes in Erregung,

läuft in discs ab = "Bleichen von Sehpurpur" (=Rhodopsin anschreiben)

Sehfarbstoff Rhodopsin in den Photorezeptoren der Netzhaut gehört zu der

Gruppe der Polyenalfarbstoffe; ist lichtempfindlich, Vergl.: Silbersalze im

photographischen Film.

Folie 3: Modell zur Rhodopsinspaltung beim Sehvorgang

Jedes Rhodopsinmolekül besteht aus einem farblosen Eiweißanteil, dem Opsin

& dem Farbstoffmolekül Retinal.

Das Retinal gehört zu der chem. Stoffgruppe der Carotinoide (anschreiben)

(Def.: Gruppe roter Naturfarbstoffe, stets pflanzl. Herkunft; tier. &

menschl. Organsimus ist zum Aufbau d. Car. nicht in der Lage - nimmt sie mit

der Nahrung auf;        wegen vieler konjugierter Doppelbindungen (C-C=C-C=) sind

sie als Chromophore für die Wechselwirkung mit dem Licht und damit für den

Farbeindruck verantwortl.

Chromophore = organ. Farbstoffe, verschieben die Lcihtabsorpt° in den

sichtbaren Spektralbereich T & sind damit für die Farbe des betreffenden

Stoffes verantwortl.

denn Retinal ist schwach gelb T absorbiert also violettes Licht, durch die

Bindung an das Opsin wird das Absorptionsmaximum bathochrom verschoben.

Also: Retinal ist Carotinoid und auch der Aldehyd von Vitamin A = Retinol.

Def. von Aldehyde = organ. Verbindungen, die als funktionelle Gruppen die

Aldehydgruppe (CHO-) im Molekül enthalten

Allgemeine Formel:

Endung:  -al

(hohe Reaktivität der Aldehyde beruht auf der leichten Polarisierbarkeit der

Carbonylgruppe (C=O)

Retinal besteht aus Ring C-Atomen & C-Kette mit Doppelbindungen

& 1 Aldehydgruppe.

-In der abgewinkelten Form des 11-cis-Retinals paßt es genau in die Mulde an

der Oberfläche des Opsins.

-Bei Belichtung findet eine Isomerisierung des 11-cis-Retinals in das all-

trans-Retinal statt. (Isomerie = Verbindungen mit gleicher Summenformel, aber

mit versch. Molekülbau und Eigenschaften).

Dabei verliert es Knick T paßt nicht mehr exakt in die Mulde des Opsins.

-löst sich zunächst teilweise, später ganz vom Opsin ("Bleichen" des

Sehpurpurs).

Damit ist primäre Reizwirkung abgeschlossen: Das Rhodopsinmolekül wird also

beim Auftreffen eines Photons gespalten, wodurch ein elektrischer Impuls -

also ein Nervensignal - in der Zelle entsteht.

Bei der Regeneration des Rhodopsins wird mit Hilfe eines Enzyms das gestreckte

all-trans-Retinal wieder in die gewinkelte cis-Form überführt. Diese kann sich

erneut mit dem membrangebundenen Opsin zu Sehpurpur verbinden.

Geringe, jedoch unvermeidliche Verluste an Retinal werden durch Umwandlung von

Vit. A in seine Aldehydform (=Retinal) ersetzt.

· Vit.-A-Mangel kann daher zu Sehschwäche (Nachtblindheit) führen

Beim Farbensehen:  Zapfennden ist Vitamin A mit 3 versch. Opsinen kombiniert,

T liefert 3 lichtempfindl. Pigmente

T Jedes Pigment reagiert auf eine der 3 Primärfarben d. Lichts:

Rot & Grün & Blau.

Je nach Pigmentkonzentration ist jeder Zapfen besonders empfindlich für ein

Licht einer d. 3 Grundfarben,

& erstaunlich: wir erzeugen mit nur einem Farbstoff (Rhodopsin) alle 3

Grundfarben

T sämtl. Regenbogenfarben lassen sich nur durch Kombinat°  v. Grundfarben

erkennen.