Transmisi Impuls Cahaya

Perubahan potensial yang menginisiasi potensial aksi pada retina dicetuskan oleh reaksi

cahaya pada bagian fotosensitif di sel batang dan kerucut retina. Saat cahaya diserap oleh

substansi ini, strukturnya berubah sehingga terjadi rangkaian kejadian yang menyebabkan

aktivitas neural. Mata memiliki keunikan tersendiri, dimana potensial reseptor dari

fotoreseptor dan respon elektrik dari sebagian besar elemen neural di retina merupakan

graded potentials dan hanya sel ganglion saja yang bersifat all-or-none. Respon sel-sel dalam

retina pun berbeda-beda, dimana sel batang, kerucut, dan horizontal menyebabkan

hiperpolarisasi, sementara sel bipolar dapat menyebabkan hiperpolarisasi atau depolarisasi.

Sel amakrin menyebabkan depolarisasi dan lonjakan yang dapat menjadi potensial pemicu

untuk lonjakan di sel ganglion.

Potensial dari sel retina pun berbeda. Sel kerucut memiliki onset dan offset yang cepat,

sementara sel batang memiliki onset cepat dan offset lambat. Kurva amplitudo pada sel

batang dan kerucut terbilang sama bentuknya, akan tetapi sel batang lebih sensitif, sehingga

sel batang dapat bereaksi pada stimulus yang normalnya dibawah threshold untuk sel kerucut.

Sel kerucut di lain pihak dapat bereaksi terus pada pencahayaan tingkat tinggi yang telah

melewati batas maksimal reaksi dari sel batang. Bagian fotosensitif pada sel batang dan

kerucut terbentuk dari protein bernama opsin dan retinene1, bentuk aldehid dari vitamin A1

(retinol). Retinene disebut juga sebagai retinal.

Di sel batang dan kerucut terdapat kanal Na+ yang terbuka saat gelap hari, sehingga

arus ion akan bergerak dari dalam keluar dan juga ke ujung sinaps fotoreseptor. Pada bagian

dalam, terdapat pompa Na+-K+ yang menjaga keseimbangan ion. Pada saat gelap, pelepasan

transmitter terjadi secara steady, sementara saat cahaya masuk ke segmen luar mata, sebagian

kanal Na+ akan tertutup sehingga memicu potensial reseptor yang bersifat hiperpolarisasi.

Hiperpolarisasi ini mengurangi pelepasan transmitter di sinaps, sehingga mencetuskan sinyal

di sel bipolar yang akhirnya mencetuskan potensial aksi di sel ganglion dan diteruskan ke

otak.

Secara molekuler, mekanisme transmisi impuls cahaya berada pada suatu pigmen di sel

batang yang bernama rhodopsin. Rhodopsin mengandung retinene1 dan opsin (dinamakan

scotopsin) yang telah disebutkan sebelumnya. Retinene1 pada rhodopsin berada pararel

dengan membran rod disk. Pada saat gelap, retinene1 akan berada pada konfigurasi 11-cis.

Akan tetapi, bila diberikan rangsangan cahaya, maka konfigurasi tersebut akan berubah jadi

isomer trans. Perubahan ini kemudian akan mengalterasi konfigurasi dari opsin, yang

kemudian mengaktivasi G-protein bernama transducin. Transducin akan mengganti GDP

menjadi GTP dan melepaskan subunit alfa yang tetap aktif hingga GTPase bekerja kembali

dalam menghidrolisis GTP. Kerja transducin juga dipercepat dengan pengikatan beta-arrestin

kepada transducin.

Subunit alfa yang lepas tadi akan mengaktivasi cGMP fosfodiesterase yang kemudia

mengkonversikan cGMP ke 5’-GMP. cGMP secara normal akan bekerja langsung di kanal

Na+ agar mereka tetap terbuka, sehingga bila banyak cGMP yang dikonversikan banyak kanal

Na+ yang tertutup dan terjadilah hiperpolarisasi. Kaskade reaksi ini terjadi sangat cepat dan

menyebabkan amplifikasi sinyal cahaya tadi. cGMP dapat disintesis kembali dengan

memanfaatkan efek cahaya terhadap Ca2+, dimana konsentrasinya akan semakin berkurang

sehingga akan mengaktivasi guanilil siklase yang mencetuskan cGMP.

Kembali ke retinene1 tadi, setelah diubah menjadi konfigurasi trans, retinene1 akan

memisah dengan opsin (bleaching). Sebagian dari trans-retinene akan dikembalikan menjadi

11-cis oleh retinal isomerase dan kembali berikatan dengan scotopsin, sehingga suplai

rhodopsin akan kembali. Beberapa 11-cis retinene juga akan disintesis dari vitamin A. Proses

tersebut bekerja independen terhadap rangsangan cahaya. Pigmen di sel kerucut bekerja

dengan mekanisme yang relatif sama, dengan perbedaan pada kemampuan penangkapan

panjang gelombang (sel kerucut berespon maksimal pada cahaya 440, 535, dan 565 nm,

sementara sel batang berespon maksimal pada 505 nm). Sel kerucut juga berperan pada

penglihatan warna yang akan dibahas selanjutnya. Setelah pemrosesan di sel kerucut dan

batang selesai, sinyal akan kemudian dihantarkan ke sel bipolar.

Berikut merupakan alur perubahan impuls cahaya menjadi neurotransmitter yang

selanjutnya akan diteruskan melalui jaras penglihatan oleh nervus optikus ke cerebrum :

Sinar masuk

Perubahan struktur pada retinene1 fotopigmen

Perubahan konformasi fotopigmen

Aktivasi transdusin

Aktivasi fosfodiesterase

Penurunan cGMP intraselular akibat peningkatan hidrolisis cGMP

Terjadi peningkatan penutupan kanal ion natrium

Hiperpolarisasi

Penurunan pelepasan neurotransmitter (glutamat)

Eksitasi sel batang / sel kerucut

Merangsang sel bipolar dan elemen neural lainnya

Perubahan struktural fotopigmen berupa proses bleaching dan regenerasi

proses pelepasan neurotransmitter terhadap rangsangan cahayasumber : tortora, guyton, ganong