Fotorreceptores: os bastonetes (rod)

Transcrição

1 Fotorreceptores: os bastonetes (rod) Os bastonetes são responsáveis pela visão nocturna (em baixas condições de luminosidade). Os seus pigmentos apresentam uma grande capacidade de absorção em todos os comprimentos de onda. À luz do dia, a luminosidade é tão elevada, que todos os pigmentos dos bastonetes se encontram degradados. Como se trata de um único tipo de fotorreceptores, a visão nocturna é a preto e branco, com inúmeras gradações intermédias de cinza. Existem 20 bastonetes por cada cone. Os bastonetes contêm mais fotopigmento do que os cones (Kandel et al, 2000, Principles of Neuroscience, Cap 26). Vários bastonetes enviam informação para a mesma célula bipolar. Os bastonetes respondem mais lentamente do que os cones, de tal maneira que as suas respostas reflectem o efeito conjunto dos fotões absorvidos durante 100 ms. 38

2 Fotorreceptores: os cones (cone) Os cones são responsáveis pela visão diurna e pela visão a cores. Os cones são melhores do que os bastonetes em todas a tarefas visuais com excepção da detecção de objectos em situações de muito pouca luz. A visão mediada pelos cones tem maior acuidade visual, e maior capacidade para a detecção de alterações rápidas na imagem. O sistema de cones tem maior resolução espacial por duas razões: (1) Menor convergência do circuito neuronal. Por exemplo, na fóvea o centro do campo receptivo das células ganglionares e bipolares recebe informação de um único cone; (2) Os cones tendem a concentrar-se na fóvea, onde a imagem visual é menos distorcida. Existem três populações, cujos picos máximos de absorção se encontram respectivamente na zona azul, verde e vermelha do espectro do visível. 39

3 Distribuição dos bastonetes e dos cones na retina

4 Comparação dos cones com os bastonetes 41

5 Estrutura dos fotorreceptores A Segmento externo Discos Espaço citoplasmático Membrana citoplasmática Um fotorreceptor é formado por três segmentos distintos: Segmento interno Terminal sináptico Bastonete Cílio Mitocôndrio Núcleo Cone Segmento externo Segmento interno Terminal sináptico SEGMENTO EXTERNO é constituído por um sistema formado por discos membranares empilhados onde se encontram os pigmentos que sob acção da luz sofrem alterações químicas reversíveis; B Discos soltos SEGMENTO INTERNO constituído pelo corpo celular, núcleo e organelos citoplasmáticos; Dobras da membrana celular externa Dobras da membrana celular externa TERMINAL SINÁPTICO constituído pela maquinaria necessária à libertação do neurotransmissor glutamato. Bastonete Cílio conectivo Cone 42

6 Espectros de absorção dos pigmentos Existem 4 tipos de fotorreceptores: um único tipo de bastonetes e três tipos de cones. Cada tipo de fotorreceptores é constituído por uma espécie particular de pigmentos (cromóforos), possuindo por isso um espectro de absorção característico. O pigmento dos bastonetes é a rodopsina e o pigmentos dos cones é a iodopsina. 43

7 Renovação do segmento externo dos fotoreceptores O processo de regeneração do segmento externo dos fotoreceptores começa na base do cílio por invaginação da membrana. As extensões membranares separam-se e tornamse discos flutuantes no interior do citoplasma no caso dos bastonetes. No caso dos cones, os segmentos dos discos permanecem ligados à membrana externa. A molécula de opsina é produzida no aparelho de Golgi do segmento interno e introduzida no segmento externo através do cílio. 44

8 Rodopsina Nos bastonetes, o pigmento visual rodopsina tem duas partes. A porção proteica, scotopsina (a opsina dos bastonetes: hélices a amarelo), está embebida na membrana do disco e não absorve luz. A porção não proteica, o retinal (a laranja), absorve luz. A activação da rodopsina começa com a absorção de luz, que faz com que o retinal modifique a sua conformação, de 11-cis-retinal para trans-retinal (all trans). Como resultado a scotopsina sofre uma alteração conformacional para uma conformação semiestável designada meta-rodopsina II. Meng et al, 2001, Trends Pharmacol Sci, 22:

9 Rodopsina A meta-rodopsina II activa o segundo passo da fototransdução. A meta-rodopsina II é instável e decompõem-se em scotopsina e trans-retinal. O trans-retinal é reduzido a trans-retinol (all trans) (vitamina A) por acção da retinal redutase, e depois transportado dos bastonetes para as células da camada pigmentar, onde é o percursor da síntese de 11-cis-retinal, que é transportado de novo para os bastonetes (Muniz et al, 2007, Exp Eye Res, 85: ). 46

10 Iodopsina Os pigmentos visuais dos cones, designados por iodopsina, são compostos por duas partes: a fotopsina (ou opsina dos cones) e o retinal. Há fotopsinas diferentes para os cones sensíveis a vermelho, verde e azul que se chamam respectivamente fotopsina I, II e III. O 11-cis-retinal interaje de forma Nathans et al, 1986, Science 232, ligeiramente diferente com as várias opsinas, daí resultando três espectros de absorção distintos. A activação da iodopsina começa com a absorção de luz, que faz com que o retinal modifique a sua conformação, de 11-cis-retinal para trans-retinal (all trans). Como resultado a fotopsina sofre uma alteração conformacional para uma conformação semiestável designada meta-iodopsina II. A meta-iodopsina II activa o segundo passo da fototransdução antes de se decompor em fotopsina e trans-retinal. A reciclagem do trans-retinal começa nos cones, com a conversão a transretinol, e contínua nas células Müller (Muniz et al, 2007, Exp Eye Res, 85: ). 47

11 O segundo passo da fototransdução Uma molécula activada de rodopsina difunde-se na membrana do disco activando centenas de transducinas, que por sua vez estimulam a fosfodiesterase. A cauda C-terminal e a segunda e a terceira ança (loop) da rodopsina estão envolvidas na activação da transducina (Chen, 2005, Rev Physiol Biochem Pharmacol, 155: ). Cada molécula de fosfosdiesterase é por sua vez capaz de hidrolisar 10 3 moléculas de cgmp (monofosfato de guanosina cíclico) por segundo. A transducina é um membro da família das proteínas G triméricas, constituída pelas subunidades α, β e γ. A sua unidade α fica activada aquando da interacção da proteína G com as formas Meta II da scotopsina e da fotopsina (Kandel et al, 2000, Principles of Neuroscience, Cap 26). 48

12 Activação da fosfodiesterase Tal como acontece com outras proteínas G, a activação da transducina envolve uma interacção com nucleótidos de guanina. A transducina inactiva liga-se fortemente a uma molécula de GDP (difosfato de guanosina). Quando a transducina interage com a rodopsina activada, a transducina troca o seu GDP por GTP, ficando activa. A subunidade α ligada ao GTP liberta-se das subunidades β e γ. α-gtp interage com a subunidade inibitória γ da fosfodiesterase activando-a. São necessárias 2 unidades α-gtp para activar completamente a fosfodiesterase. Pugh et al, 2000, Handbook of Biological Physics, Vol 3, Chap 5, Elsevier. Cote RH, 2004, Characteristics of Photoreceptor PDE (PDE6): similarities and differences to PDE5, International Journal of Impotence Research (2004) 16, S28 S33. 49

13 cgmp e a luz A activação dos pigmentos por luz conduz à redução da concentração do segundo mensageiro cgmp. A concentração de cgmp é controlada por dois enzimas. É sintetizado a partir do GTP (guanosina trifosfato) pela guanilato ciclase (também conhecida por guanilciclase), e é decomposto a 5 -GMP (monofosfato de guanosina) pela cgmp fosfodiesterase, uma proteína periférica associada à membrana dos discos. A concentração do cgmp é afectada pela luz porque a actividade do enzima fosfodiesterase é controlada pelos pigmentos visuais. Na escuridão a fosfodiesterase está pouco activa, e a concentração de cgmp é relativamente elevada. Activação da molécula de pigmento pela luz conduz à activação da fosfodiesterase. A fotoactivação duma única molécula de rodopsina pode conduzir à hidrólise de mais de 10 5 moléculas de cgmp por segundo (Kandel et al, 2000, Principles of Neuroscience, Cap 26). 50

14 Término da resposta luminosa Ao fim de algum tempo a unidade α- GTP da transducina fica inactivada porque tem actividade GTPásica, que decompõem a molécula de GTP em GDP. Uma vez dada a hidrólise do GTP, a sub-unidades α libertam-se da fosfodiesterase, inactivando-a. Uma vez activada, a rodopsina é fosforilada pela rodopsina cinase (um enzima similar promove a fosforilação da iodopsina). Esta rodopsina cinase é inibida pelo complexo Ca 2+ -recoverina na escuridão. A rodopsina fosforilada interage então como uma proteína regulatória específica (arrestina), que promove a sua inactivação final. Activated rhodopsin (R*); Recoverin (Rec); Rhodopsin kinase (RK); Arrestin (Arr). 51

15 O complexo GAP A acção GTPase da α-gtp no complexo α-gtp-fosfodiesterase é estimulada por um complexo proteico designado GAP (GTPase accelerating protein) constituído pelas subunidades RGS9-Gβ5. A concentração do GAP é muito superior nos cones do que nos bastonetes (10 menor), e esta é uma das razões pelas quais os cones respondem mais rapidamente à luz. A desactivação da transducina é o passo limitante da fototransdução nos bastonetes (Zhang et al, 2003, J Neurosci, 23(4): ). 52

16 Acção do cgmp A diminuição da concentração plasmática de cgmp conduz ao fecho de canais iónicos dependentes da ligação do cgmp. O cgmp abre os canais ao ligar-se directamente à porção citoplasmática dos mesmos. O canal é activado pela ligação cooperativa de pelo menos 3 moléculas de cgmp (na ordem dos ms). O valor de K m½ é de µm. Este valor é superior às concentrações livres de cgmp encontradas no meio intracelular no escuro (3-10 µ M) (Chen, 2005, Rev Physiol Biochem Pharmacol, 155: ). Na ausência de luz, os canais dependentes de cgmp estão abertos, conduzindo uma corrente catiónica. 53

17 Guanilato ciclase O cgmp é sintetizado a partir do GTP pela guanilato ciclase (também conhecida por guanilciclase), um enzima que se encontra ancorado às membranas dos discos membranares. 54

18 A corrente de escuridão Na escuridão predominam duas correntes num fotorreceptor: Uma corrente de entrada de Na + (e Ca 2+ ) através dos canais dependentes da ligação de cgmp, (segmento externo do fotorreceptor). Uma corrente de saída de K + através dos canais selectivos de K + (segmento interno do fotorreceptor). Os fluxos iónicos intracelulares são compensados pela acção de bombas Na + - K +, que existem em elevada densidade no segmento interno. No escuro, potencial membranar do fotorreceptor está entre 35 a 40 mv. Sob acção da luz a célula hiperpolariza 70 mv (Krizaj et al, 2002, Front Biosci, 7: ). Os fotorreceptores não respondem com um potencial de acção, mas ao invés duma forma gradual. 55

19 Adaptação à escuridão Os olhos operam numa gama larga de intensidades luminosas. A sensibilidade do olho pode ser medida por determinação do limiar absoluto da visão, ou seja, o valor mínimo de luminância que um ponto de luz deve ter para produzir uma sensação visual. A luminância é a intensidade luminosa emitida numa dada direcção por elemento de superfície emissora (cd/m 2 ). A intensidade luminosa é medida em candelas (cd). A candela é a intensidade luminosa, numa dada direcção, de uma fonte que emite um radiação monocromática de frequência Hz e cuja intensidade nessa direcção é 1/683 Watt/Esterradiano. O esterradiano é o ângulo sólido que, tendo o vértice no centro de uma esfera, intersecta na superfície desta uma área igual à de um quadrado tendo por lado o raio da esfera. 56

20 Adaptação à escuridão O termo adaptação ao escuro refere-se à forma como o sistema visual recupera a sua sensibilidade ao escuro, após ter estado num ambiente iluminado (Guyton & Hall, 2005, Cap 50). Quando num ambiente iluminado durante várias horas: Uma elevada proporção dos fotopigmentos encontram-se degradados (bleached), a retinal e a opsina. Para além disso, muito do retinal terá sido convertido em vitamina A. Orion in É por estes dois factos que uma pessoa fica instantaneamente cega quando passa, em fracções de segundo, de uma situação de dia para uma situação de noite. A rodopsina demora a ser regenerada. A intensidade luminosa não é suficiente para activar os cones. São necessários cerca de 40 minutos para o sistema de bastonetes ficar aproximadamente à sua sensibilidade máxima. 57

21 Adaptação à escuridão Nos estudos de adaptação ao escuro a pessoa é colocada num ambiente de luz controlada. Após ter exposto a pessoa ao ambiente bem iluminado, fecha-se a luz. Determina-se, em vários instantes de tempo (min) após o fecho da luz, a luminância mínima que um ponto de luz deve ter para a pessoa reportar a sua presença. Curva de adaptação ao escuro Nos minutos iniciais não existem bastonetes disponíveis, pelo que o estímulo tem de ser suficientemente forte para activar os cones (visão fotópica). Cerca de 10 minutos depois do começo da escuridão, a quantidade de rodopsina regenerada é suficiente para que os bastonetes consigam substituir os cones (visão escotópica). Visão mesópica zona intermédia onde operam os cones e os bastonetes. Uma diferença significativa quando o sistema de bastonetes toma o controlo é a passagem da visão a cores para preto e branco. 58

22 Efeito de Purkinje À medida que a luminosida baixa o comprimento de onda ao qual o sistema de fotoreceptores é mais sensível diminui portanto os objectos que reflectem comprimentos de onda mais baixos (ex. 500 nm) parecerão mais brilhantes do que os objectos que reflectem comprimentos de onda mais elevados (ex. 560 nm). 59

23 Adaptação à luz Quando a diferença de luminosidade entre os dois ambientes é elevada (como quando se passa dum ambiente de escuridão para um ambiente iluminado), a pessoa fica encadeada. Isto deve-se ao excesso de estimulação dos fotorreceptores, quer bastonetes (se for o caso), quer cones. O excesso de fotopigmento é rapidamente degradado (bleached) e atinge-se um estado estável no qual só se encontra a operar uma porção do fotopigmento. O termo adaptação à luz refere-se à forma como o sistema visual se adapta a diferentes condições de iluminação. Tem como objectivo distinguir bem os objectos ligeiramente mais claros ou mais escuros do que o nível médio de iluminação do meio ambiente (à custa de discriminar mal objectos muito mais brilhantes ou escuros que essa média). A adaptação a diferentes condições de iluminação é mediada, nos fotorreceptores, pela acção do Ca 2+ na maquinaria de fototransdução. O Ca 2+ controla a adaptação da maquinaria da fototransdução à iluminação de fundo em virtualmente todos os níveis da cascata de fototransdução (excepção: fosfodiesterase). 60

24 Adaptação à luz A adaptação à luz é estudada com um procedimento de limiar diferencial: 1. O limiar é determinado com um flash de luz (diferencial) que é apresentado sobre um fundo de intensidade uniforme; 2. A intensidade do fundo é aumentada e repete-se a medida do limiar. Na escuridão a detecção é limitada pelo ruído neuronal (dark light). Nos bastonetes, I = 100, I=14 Nos cones, I = 100, I=1.5 mt mais sensíveis. Na zona da lei de Weber-Fechner o declive da recta é constante ( I/I = K, K = 0.14 para os bastonetes e para os cones). Ou seja, quanto mais intensa for a luz de fundo, maior tem de ser o estímulo, para que este seja detectável (Schwartz, 2004, Visual Perception, McGraw-Hill). Para I = 1000, I=140 bastonetes Na zona de saturação, os fotoreceptores saturam-se deixando de detectar incrementos luminosos. log I = log I + log K Y = 1. X + b, recta com declive

25 Outros mecanismos de adaptação à luz e à escuridão Alteração do tamanho da pupila (entre 1.5 e 8 mm de diâmetro) provoca uma adaptação à luz numa fracção de segundo, podendo variar a intensidade luminosa que atinge a retina em cerca de 30. Quando a luz incide num dos olhos, provoca a constrição da pupila nesse olho (resposta directa) e a constrição da pupila no outro olho (resposta consensual). Os reflexos pupilares são mediados pelas células ganglionares que projectam para o pretectum (no mesencéfalo). Do pretectum a informação segue para núcleo de Edinger- Westphal, e chega via nervos parasimpáticos ao músculo esfíncter da íris, que ao contrair, promove a constrição da pupila. A via simpática inerva o músculo radial da íris, que ao contrair, promove a dilatação da pupila. Adaptação neuronal envolvendo os neurónios da cadeia visual, da retina até ao cérebro. Quando a intensidade da luz aumenta de repente, as células aumentam de actividade, disparando com uma frequência mais elevada. No entanto, se a intensidade luminosa se mantiver ao mesmo nível, as células progressivamente voltam ao seu estado de disparo basal (Guyton & Hall, 2005, Textbook of Medical Physiology, Cap 50). 62

26 Adaptação dos fotorreceptores ao ambiente de fundo NA ESCURIDÃO O fotorreceptor está despolarizado 35 a 40 mv. Para que o fotorreceptor detecte a recepção de LUZ, o estímulo luminoso tem de produzir uma alteração de potencial significativa, de ( 35 a 40 mv) 70 mv Existem mecanismos regulatórios no fotorreceptor (mediados pela concentração intracelular de Ca 2+ ) que tornam mais negativo ou mais positivo o potencial do fotorreceptor: Aumento concentração intracelular de Ca 2+ tende a hiperpolarizar o fotorreceptor (ou seja, o potencial fica mais negativo, mais próximo dos 70 mv). A diminuição concentração intracelular de Ca 2+ tende a despolarizar o fotorreceptor (ou seja, o potencial fica mais positivo, mais próximo dos 40 mv). 63

27 Adaptação dos fotorreceptores ao ambiente de fundo Quais são as consequências do potencial do fotorreceptor estar mais próximo ou mais distante de 40 mv (estado escuridão)? Quando o potencial está mais próximo dos 40 mv é necessário um estímulo luminoso mais intenso (luminância mais elevada) para que o potencial consiga descer até aos 70 mv. Logo o fotorreceptor está menos sensível a estímulos com baixa luminância. Quando o potencial está mais distante dos 40 mv (e próximo dos 70 mv) o estímulo luminoso não precisa de ser tão intenso (luminância mais baixa) para que o potencial consiga descer até aos 70 mv. Logo o fotorreceptor está mais sensível a estímulos com baixa luminância. Em que medida é que isto se relaciona com o nível médio de iluminação do meio ambiente? 64

28 Adaptação dos fotorreceptores ao ambiente de fundo Vamos supor que passamos dum ambiente de interior (com menos luz) para um ambiente de exterior (com mais luz). Como há mais luz, os fotorreceptores tendem inicialmente a hiperpolarizar (- 70 mv). Senão houvesse adaptação, o sistema visual não conseguiria detectar os objectos mais claros ou escuros que o nível médio de iluminação do meio ambiente. É o mecanismo de adaptação que promove uma subida progressiva do potencial do fotorreceptor. 65

29 Adaptação dos fotorreceptores ao ambiente de fundo Vamos supor que passamos dum ambiente de exterior (com mais luz) para um ambiente de interior (com menos luz). Como há menos luz, os fotorreceptores não conseguem inicialmente hiperpolarizar o suficiente (- 70 mv). Senão houvesse adaptação, o sistema visual não conseguiria detectar os objectos mais claros ou escuros que o nível médio de iluminação do meio ambiente. Neste caso são todos em média mais escuros do que aqueles que se encontravam no ambiente exterior. É o mecanismo de adaptação que promove uma hiperpolarização gradual do potencial do fotorreceptor (ou seja, facilita que um estímulo menos luminoso active os fotorreceptores). 66

30 Regulação da concentração intracelular de Ca 2+ no Segmento Externo Concentração intracelular de Ca 2+ na escuridão ~ 300 a 500 nm, enquanto que a extracelular ~ nm (Krizaj et al, 2002, Front Biosci, 7: ). Na escuridão o fotorreceptor encontra-se despolarizado devido à corrente de escuridão, esta corrente é composta por Na +, mas também por Ca 2+ que entra pelo mesmo canal que o Na +. Ao nível do segmento externo existe um trocador electrogénico de catiões, o trocador Na + /Ca 2+, K +. Saem 1 K + e 1 Ca 2+ por cada 4 Na + que entram. Nos bastonetes, o Ca 2+ é também bombeado para o interior dos discos membranares, pensase que através de bombas Ca 2+ -ATPase (Krizaj et al, 2002, Front Biosci, 7: ). In Out No decorrer do tempo a saída de Ca 2+ iguala a entrada, resultando num estado estável que determina o estado funcional da célula, ou seja, a sua sensibilidade à luz. 67

31 O Ca 2+ e a Guanilato Ciclase A actividade da guanilato ciclase é modulada por ligação duma proteína activadora (GCAP guanylyl cyclase activating protein). Esta proteína activadora só é capaz de se ligar à guanilato ciclase quando está isolada. Quando as concentrações intracelulares de Ca 2+ aumentam, este liga-se à proteína activadora, impedindo-a de interagir com a Guanilato Ciclase. Luz fundo cgmp diminui Fecham canais dependentes de cgmp Ca 2+ diminui GCAP activa Guanilato Ciclase cgmp aumenta Abrem canais dependentes de cgmp Célula tende a despolarizar É necessário que o estímulo luminoso tenha uma intensidade luminosa suficientemente superior à iluminação de fundo, para que consiga promover um fecho significativo de canais dependentes de cgmp. 68

32 O Ca 2+ e a Guanilato Ciclase A actividade da guanilato ciclase é também modulada por ligação duma proteína inibidora (GCIP guanylyl cyclase inhibitor-protein). Esta proteína inibidora liga-se ao guanilato ciclase na presença de Ca 2+. Portanto, em situações de baixa luminosidade, quando a concentração de Ca 2+ está elevada, o enzima que produz cgmp está inibido. Luz fundo cgmp aumenta Abrem canais dependentes cgmp Ca 2+ aumenta GCIP inactiva Guanilato Ciclase cgmp diminui Fecham canais dependentes de cgmp Célula tende a hiperpolarizar Isto aproxima o fotorreceptor de estados mais activos (ou seja, hiperpolarizados), permitindo que estímulos luminosos de menor intensidade possam produzir uma hiperpolarização significativa da célula. 69

33 O Ca 2+ e os pigmentos visuais: os bastonetes. A capacidade da rodopsina activada pela luz interagir com a transducina diminui quando a rodopsina é fosforilada pela rodopsina cinase (RK). A rodopsina cinase é inibida pela acção da recoverina (Rec). A recoverina só se liga à rodopsina cinase quando se encontra ligada ao Ca 2+. Luz fundo... Ca 2+ diminui Recoverina liberta-se da rodopsina cinase A rodopsina cinase fosforila a rodopsina activada pela luz A rodopsina fosforilada liga-se à arrestina ficando impossibilitada de interagir com a transducina Fosfodiesterase inactiva cgmp aumenta Célula tende a despolarizar Luz fundo... Ca 2+ aumenta Recoverina inibe rodopsina cinase Rodopsina continua a activar transducina Fosfodiesterase activa cgmp diminui... Célula tende a hiperpolarizar 70

34 O Ca 2+ e os canais dependentes de cgmp A condutância do canal dependente do cgmp é regulada através da calmodulina (CM). A calmodulina associada ao Ca 2+ liga-se à subunidade β do canal, diminuindo a sua afinidade para cgmp [este processo também ocorre nos cones, o modulador específico é a CNG-modulina (Rebrik et al, 2012, J Neurosci., 32: )]. Luz fundo... Ca 2+ aumenta Calmodulina liga-se ao Ca 2+ Afinidade do canal por cgmp diminui Canal fecha... Célula tende a hiperpolarizar Luz fundo... Ca 2+ diminui Calmodulina dissocia-se do Ca 2+ Calmodulina dissocia-se do canal de cgmp Afinidade do canal por cgmp aumenta Canal abre Célula tende a despolarizar In 71 Out

35 O mecanismo de fototransdução no Segmento Externo R * Rodopsina activada; G Transducina (αβγ-gdp); R * G Rodopsina a interagir com a transducina; G * α Unidade α da transducina ligada a GTP (α-gtp); G * α-e Fosfodiesterase (γαβγ) activada pela G * α; GC Guanilato ciclase; GCAP - Proteína activadora da GC (ñ a activa na escuridão); CM Calmodulina; cg cgmp; β5 Parte visível do GAP (GTPase accelerating protein); Rec Recoverina (na escuridão inactiva RK); RK Rodopsina cinase (qd níveis Ca 2+ baixam, fosforila R); Arr Arrestina (inactiva rodopsina fosforilada). 72

36 O Segmento Interno (SI) e o Terminal Sináptico (TS) K + H Na + Ca 2+ Cl - Adaptado de Bray et al (1999). Lecture Notes on Human Physiology. Blackwell Publishing. O segmento interno filtra e modifica o sinal eléctrico produzido no segmento externo. O terminal sináptico é o compartimento de saída da informação para o sistema nervoso central. O segmento interno e o terminal sináptico possuem várias classes de canais iónicos e transportadores (a realçar) (Krizaj et al, 2002, Front Biosci, 7: ): Na + /K + ATPase o Na + sai e o K + entra. Trocador Na + / H + o Na + entra e o H + sai. Ca 2+ ATPase transporta Ca 2+ para o exterior. Canais de Cl - e de K + dependentes da voltagem e canais de Cl - e de K + dependentes do Ca 2+. Quando a d.d.p. membranar fica demasiado positiva ou a concentração intracelular de Ca 2+ demasiado elevada, abrem-se estes canais, o Cl - entra e o K + sai, hiperpolarizando o SI e o TS. Canal de Ca 2+ dependente da voltagem no terminal sináptico. Inactiva a elevadas concentrações de Ca 2+. Está aberto quando o fotorreceptor está em repouso ( 40 mv). Fecha se o potencial membranar fica abaixo dos 60 mv. 73

37 O Segmento Interno e os fluxos de Ca 2+ e Na + O Ca 2+ que se encontra no segmento interno dos fotorreceptores entra fundamentalmente pelos canais de Ca 2+ dependentes da voltagem. O Ca 2+ é também armazenado nos compartimentos citoplasmáticos internos: o retículo endoplasmático e os mitocôndrios. Em termos de movimento do Ca 2+, o segmento externo encontra-se isolado do segmento interno. O cílio é o principal responsável por esta limitação à difusão. No cílio encontram-se proteínas que ligam o Ca 2+ : a centrina, a calmodulina, a quinesina II e a miosina VII. Pensa-se também que o cílio contém maquinaria especializada para extrusão do Ca 2+. Pelo contrário, o Na + do segmento externo difunde-se livremente para o segmento interno, onde produz as variações de potencial necessárias à redução ou paragem da libertação de glutamato (Krizaj et al, 2002, Front Biosci, 7: ). 74

38 O Segmento Interno e a libertação de glutamato A entrada de Ca 2+ através dos canais de Ca 2+ dependentes da voltagem é necessária e suficiente para a libertação de glutamato, que se encontra armazenado em vesículas no terminal sináptico. Existem centenas de milhares de vesículas no terminal sináptico dum fotorreceptor. Os terminais sinápticos contém entre 1 (no caso dos bastonetes) a 50 (no caso dos cones) zonas activas, cada qual associada com grupos de vesículas sinápticas, que estão agrupadas formando uma estrutura lamelar designada cinta sináptica (synaptic ribbon). A libertação de vesículas sinápticas nas sinapses dos fotorreceptores ocorre a grande velocidade, de 30 vesículas por s nos cones a 400 vesículas por s nos bastonetes. Isto é muito mais elevado do que nas sinapses normais, onde a velocidade é de cerca de 20 vesículas por s. O aumento da voltagem no interior do fotorreceptor conduz a um aumento quase linear na velocidade de libertação de vesículas (Krizaj et al, 2002, Front Biosci, 7: ). Morgans, 2000, Immunol Cell Biol, 78:

39 A libertação de glutamato, a luz e o potencial membranar Espécie utilizada: male Xenopus laevis Witkovsky et al, 1997, J Neurosci, 17(19): E aqui está um Xenopus laevis! 76

40 A retina 1. Fotorreceptores (Potenciais gradativos: glutamato) (Input) 2. Células Bipolares (Potenciais gradativos: glutamato) 3. Células Ganglionares (Potencial de Acção: glutamato) (Output) Parte de trás do olho Parte da frente do olho 6. Células do epitélio pigmentar 4. Células Horizontais (Potenciais gradativos) 5. Células amácrinas (Potenciais gradativos e de acção: vários NT como o GABA e a glicina) 77

41 As famílias de células da retina Fotorreceptores Cél. Horizontais Cél. Bipolares Cél. amácrinas Cél. Ganglionares Masland, 2001, Nat Neurosci, 4: