La transducción visual

La transducción visual

Introducción

Nuestros sistemas sensoriales detectan estímulos del medio ambiente y los
transducen en un estimulo nervioso para transmitirlo al cerebro.

La retina es una lámina tranparente que cubre la parte posterior del globo
ocular y procesa la información visual.

El estimulo visual para los humanos es la radiación de la zona del espectro
que abarca una longitud de onda entre 400 y 760 nm.

La transducción visual es el proceso mediante el cual un fotón de luz
genera una respuesta nerviosa en los fotorreceptores. (Conos y bastones)

Bastones ( rodopsina moléculas de pigmento
Conos ( opsinas

Las moléculas de pigmento están en los extremos de los fotorreceptores y
generan una cascada de reacciones enzimáticas y bioquímicas para responder
a la luz.

Se cierran los canales catiónicos del fotorreceptor (cono o bastón) en
su membrana por lo que se hiperpolariza.

La señal se transmite a las células bipolares y ganglionares de la
retina.

Se transfieren al cuerpo geniculado lateral

Llega a la corteza visual de los lóbulos occipitales.

El estimulo físico y la percepción visual

La luz es la radiación electromagnética que detectan nuestros ojos, que
puede ser descrita como partícula y como onda. Las características de onda
se usan para entender las propiedades ópticas del ojo. Las corpusculares
(fotón) para explicar la estimulación de fotorreceptores.

Estructura de la retina

Tiene una porción neurosensorial y un epitelio pigmentado.

Epitelio pigmentado: captura, almacenamiento y movilización de la vitamina
A que participa en el ciclo visual y en los segmentos externos de los
fotorreceptores.

En los vertebrados hay 3 capas con cuerpos neuronales y 2 plexiformes (de
interacciones sinápticas)

Capa nuclear interna: cuerpos celulares de conos y bastones

Capa nuclear externa: cuerpos de células horizontales, bipolares,
amacrinas e inter-plexiformes.

Capa de células ganglionares: cuerpos de las células ganglionares.

Entre estas tres capas están las capas plexiformes donde se realizan la
mayoría de los contactos sinápticos de la retina. En la retina hay tres
células gliales: la Microglia, los Astrocitos y la célula de Muller.

La capa interna (de los fotorreceptores) está junto al epitelio
pigmentario. Las microvellosidades de este último aumentan el área de la
superficie por donde se pueden transportar metabolitos.

La luz pasa a través de las capas y llega a las células fotorreceptoras,
estas procesan la señal y la trasmiten a las células bipolares, la señal es
modulada por las células horizontales en la capa plexiforme externa. Las
células bipolares emiten un axón que hace contacto sináptico con el área
plexiforme interna. Aquí las células amacrinas y ganglionares procesan la
información. Los axones de las células ganglionares forman en nervio
óptico, por el cual se envía la información al cerebro.

Fotorreceptores

La retina tiene aprox. 6 millones de conos especializados en la visión
diurna y 120 millones de bastones para la noche o condiciones de poca luz.

Están en toda la retina, en la fóvea, la retina es muy fina y hay una
concentración de conos sin las otras capas de la retina, en la región
parafoveal hay tanto conos como bastones, entre la capa de los
fotorreceptores y la capa plexiforme externa están las fibras de Henle que
son los axones de los conos. En la periferia el número de bastones es
mayor. (20:1)

Estructura del fotorreceptor:

Segmento externo: transducción visual, forma cilíndrica, contiene
discos densamente empaquetados que se forman por invaginaciones de
membrana plasmática en los conos y discos superpuestos y recubiertos
por membrana en los bastones.

Segmento interno: conectado con el externo por un cilo. Contiene los
orgánulos celulares. También un cuerpo sináptico en la región mas
externa que establece contacto con células bipolares y horizontales.

Cuerpo celular

Axón

Terminal axónico: esférula en bastones y pedículo en los conos,
contiene muchas vesículas sinápticas. Los NT son liberados
continuamente en la oscuridad.

Cuando el segmento externo absorbe la luz se produce la fototransducción y
de dejan de liberar NT, en este sentido el sistema visual es único porque
implica una hiperpolarización y no una despolarización.

Fototransducción

Pigmentos visuales

Los fotorreceptores pueden responder a la luz porque tienen pigmentos
visuales en la membrana de los discos de sus segmentos externos. En los
bastones el pigmento es la rodopsina.

Es una cadena polipeptídica formada por 348 aminoácidos. Está formada por
una proteína transmembrana llamada opsina que se une a un cromófero
derivado de la vitamina A que se llama retinal. Estructuralmente tiene 3
dominios:

Dominio citoplasmático: extremo C-terminal, donde se produce la
transducción de la señal.

Dominio transmembrana: 7 hélices que atraviesan perpendicularmente la
membrana celular.

Dominio extracelular: extremo n-terminal

El retinal es la parte sensible a la luz y está unido a una de las hélices.
Tiene una conformación cis y otra trans. En la obscuridad se encuentra en
la forma cis, cuando se absorbe un fotón cambia a trans por lo que también
cambia la opsina. Esto se llama isomerización.

Bioquímica de la visión

Los fotorreceptores son muy sensibles y adaptables, pero lentos. El
conocimiento que hay es principalmente de los bastones porque son mucho más
numerosos.

Oscuridad

El GMPc es una molécula fundamental en la fototransducción porque actúa
como segundo mensajero. La señalización de la cascada catalítica de la
fototransducción está dominada por el balance entre la síntesis y
degradación del GMPc en el citoplasma del segmento externo del
fotorreceptor. La cantidad la monitorean los canales cationicos de la
membrana del segmento externo.

El GMPc se une a la superficie interna de los canales de sodio y los abre.
Así se da la corriente oscura que provoca la despolarización del
fotorreceptor y por ende se abren los canales de calcio. La
despolarización permite la liberación continua de Glutamato.

Luz: activación y amplificación de la cascada

La rodopsina, excitada por la luz, cataliza el intercambio de nucleótidos
GDP por GTP de una proteína G denominada transducina.

Las proteínas G son proteínas que envían señales desde receptores de
membrana activados a enzimas y canales de procesos hormonales y
sensoriales.

La transducina tiene 3 subunidades: la alfa la usa para activar una enzima
denominada PDE. Se activa y esto estimula la degradación de GMPc . Se
cierran canales de sodio y se hiperpolariza, cerrándose así también los
canales de calcio. Como consecuencia disminuye la secreción de Glutamato
por los fotorreceptores.

La sinapsis de las células bipolares es inhibitoria, por ende se deja de
inhibir a la célula bipolar formándose un impulso nervioso que es
transmitido a las células ganglionares y de ellas al cerebro.

Cascada de inactivación

La inactivación de la rodopsina se hace mediante la fosforilación por la
rodopsina quinasa, y después unión de arrestina.

La inactivación de la PDE es por hidrólisis de GTP unido a la subunidad de
alfa GTP de la transducina junto con la unión de un complejo de
multiproteínas.

La restauración de los niveles de GMPc a su nivel de oscuridad es por la
enzima guanilato ciclasa que produce GMPc de GTP. La actividad de dicha
enzima la estimulan las proteínas GCAP que detectan el descenso de calcio
intracelular por la luz.

Ciclo visual

Secuencia de reacciones bioquímicas en las que participan diferentes
enzimas y proteínas ligantes de retinoides en los discos de los
fotorreceptores y en el epitelio pigmentado.

Para que los fotorreceptores puedan trabajar muchas horas, los pigmentos
visuales deben ser continuamente regenerados. La inactivación de rodopsina
por su fosforilación y posterior unión a arrestina provoca su
descomposición, generándose la opsina y el todo-trans-retinal.

Este último es transportado al epitelio pigmentado a través de ATP
codificando el gen ABCR. Después se convierte en 11-cis-retinal y vuelve a
los bastones a unirse a la opsina libre y regenerar el pigmento visual.

La fototransducción y las enfermedades neurodegenerativas

Algunas mutaciones genéticas o factores ambientales pueden activar vías que
inducen la apoptosis de los fotorreceptores generando enfermedades
distróficas y degenerativas de la retina.

Ejemplo: mutaciones en el gen ABCR se asocian a la enfermedad de Stargardt
y fundus flavimaculatus.

Los fotorreceptores por su intensa actividad metabólica generan muchos
radicales libres y otros agentes oxidantes cuya eliminación es crucial para
la salud celular. Si se produce estrés oxidativo (más oxidantes que
antioxidantes) hay muerte celular por oxidación de proteínas, lípidos y
ADN.

Las investigaciones intentan manipular la apoptosis:

Terapia genética

Implante de células que liberen factores tróficos.

Trasplante de células retinianas.

Terapia con células madre pluripotenciales.

Sistemas protésicos con implantación de microchips que generen
impulsos eléctricos actuando como retina artificial.

Algunas están en las fases I y II de experimentación clínica en humanos.
Estos avances han proporcionado una nueva visión fisiológica y patogénica
de las enfermedades retinianas. En la actualidad las terapias realistas son
las genéticas y celulares.