빛에 대한 감수성인 감광성은 주변 환경에 존재하는 사물에 대한 매우 상세한 정보를 신속하게 전달하는 기능을 합니다. 이러한 감광성은 로돕신이라는 색소 물질이 있기에 가능합니다. 포유류는 간상세포와 원추 세포와 같이 두 종류의 광수용기 세포를 가지고 있습니다.
로돕신이 감광성을 담당한다.
감광성은 광자를 흡수하여 구조가 변하는 로돕신의 능력에서 비롯됩니다. 로돕신 분자는 옵신 단백질과 빛을 흡수하는 비단백질성 분자인 11-시스-레티날이 결합된 구조입니다. 옵신만으로는 감광성이 없습니다. 레티날은 옵신의 중심에 박혀 있으며 공유결합으로 연결되어 있습니다. 로돕신 전체 분자는 광수용기 세포의 원형질막을 관통합니다. 11-시스-레티날이 광자의 빛 에너지를 흡수하면 이성질체인 all- trans-retinal 구조로 바뀝니다. 이 변화는 레티날과 옵신 사이의 결합에 긴장을 유발하여 옵신의 입체구조를 변화시킵니다. 이 변화는 빛을 탐지하는 신호를 보냅니다. 척추동물의 눈에서 레티날은 옵신은 탈색이라는 과정을 통해 서로 분리됩니다. 이 과정으로 분자의 감광성은 사라집니다. 이후 일련의 효소반응에 의해 all-trans-retinal이 11-시스 이성질체로 돌아가면 옵신과 재결합해서 다시 감광성 로돕신 색소가 됩니다. 로돕신의 입체구조가 변화하면 빛은 세포 반응을 유도합니다. 레티날은 11-시스에서 all-trans-retinal 형태로 전환됩니다. 이것은 막전위의 변화로 이어지는 G 단백질 신호전달기작이 관여하는 연쇄반응을 촉발합니다.
간상세포는 빛에 반응한다.
모양에 따라 이름이 붙여진 간상세포는 외절, 내절, 시냅스 말단으로 구성된 변형된 뉴런입니다. 외절은 로돕신이 빽빽하게 채워진 원형질막으로 된 원판이 쌓여 있는 고도로 특수화된 구조입니다. 내절은 세포핵과 미토콘드리아와 소기관으로 이루어져 있습니다. 간상세포는 그 자체의 활동 전위를 생성하지 않지만 다른 뉴런과 시냅스를 이루고 있는 시냅스 말단에 방출되는 신경전달물질의 양을 변화시킵니다. 다른 감각수용기들과 마찬가지로 간상세포가 빛에 자극을 받으면 막전위가 음성이 덜 될 것으로 예상됩니다. 하지만 광수용기에서는 정반대 현상이 일어납니다. 즉 더욱 음성이 됩니다. 간상세포를 어두운 조건에 계속 두게 되면 나트륨 이온은 계속 세포 밖에서 유입되고 암전류를 생성합니다. 이는 간상세포의 탈분극을 지속시켜 계속 많은 양의 신경전달물질을 방출하게 합니다. 어둠에 적응된 간상세포에 빛을 쪼이면 막전위는 더욱 음성, 과분극되고 신경전달물질의 방출은 감소하게 됩니다. 빛은 트랜스듀신이라고 부르는 G단백질을 광흥분시킵니다. 활성화된 트랜스듀신은 다시 포스포디에스테라제를 활성화하고 이는 고리형 GMP를 GMP로 분해합니다. 이 과정을 통해 나트륨 이온의 통로는 닫히고 세포는 과분극됩니다. 이 과정은 신호를 크게 증폭합니다. 광흥분된 로보신의 각 분자는 수백 개의 트랜스듀신 분자를 활성화시키고 이들 분자는 다시 많은 수의 PDE분자를 활성화합니다.
원추 세포는 색 시각을 담당한다.
척추동물의 광수용기는 간상세포뿐만 아니라 원추세포도 포함되어 있다. 간상세포는 빛에 매우 민감한 흑백 시각을 담당합니다. 이에 반해 원추 세포는 덜 민감한 색 시각을 담당합니다. 사람의 망막은 500만 개 정도의 원추세포와 1억 개 정도의 간상세포를 가집니다. 이들 세포들의 밀도는 전체 망막에서 위치에 따라 다릅니다. 시야의 중심으로 들어오는 빛은 원추세포의 밀도가 가장 높은 망막중심오목에 모입니다 사람의 망막중심오목은 원추세포를 가지고 있습니다. 원추세포는 빛에 대한 낮은 감도를 가지며 야간에는 거의 그 기능을 발휘하지 못합니다. 사람의 망막은 세 종류의 원추세포를 가지고 있습니다. 각각의 원추세포는 약간씩 다른 옵신 분자를 가지고 있습니다. 모든 옵신은 동일한 11-시스-레티날기를 갖고 있습니다. 하지만 세 종류의 원추 옵신은 망막과 옵신 사이의 분자적 상호작용 때문에 최적으로 흡수되는 빛의 파장에서 다릅니다. 그러므로 뇌는 어떤 떤 색깔이 보이는지를 결정하기 위해 세 종류의 원추세포에서 오는 상대적 입력을 해석합니다. 대부분의 포유류는 두 종류의 원추세포를 가집니다. 대부분의 척추동물은 최소 네 종류를 갖고 있습니다. 포유류는 야행성 경향을 보입니다. 왜냐하면 포유류는 오랫동안의 야행성 생활과정에서 다른 척추동물에서 발견되는 색 시각 능력의 많은 부분을 잃어버렸기 때문이라고 추측됩니다.
