DR. dr. Kusmiyati Tjahjono DK MKes BIOKIMIA PENGLIHATAN DR. dr. Kusmiyati Tjahjono DK MKes

Fototransduksi Visual adalah suatu proses dimana cahaya diubah menjadi sinyal elektrik dalam sel batang,sel konus dan sel-sel ganglion fotosensitif di retina mata Siklus Visual adalah konversi biologis dari sebuah foton menjadi sebuah sinyal elektrik di retina.

Siklus Visual .     ket : hv = Incident photon ( Wikipedia)

Photoreceptor dan Peran Vitamin A Sel-sel photoreceptor yang terlibat dalam proses penglihatan adalah sel batang (rod cell) dan sel kerucut (cone cell). Sel-sel ini berisi sebuah chromophore (11-cis retinal, bentuk aldehyde dari Vitamin A1 dan bagian yang menyerap cahaya) terikat ke protein membran sel, yang disebut opsin. Opsin dari sel batang disebut scotopsin. Photoreceptor dari sel batang secara khusus disebut rhodopsin atau visual purple. Senyawa ini adalah suatu kompleks antara scotopsin dan bentuk 11-cis-retinal (juga disebut 11-cis- retinene) dari vitamin A. Rhodopsin adalah sebuah reseptor serpentine yang tertanam/ menempel di membran sel batang. Penggabungan 11-cis-retinal terjadi pada tiga domain transmembrane dari rhodopsin. Di dalam sel ( intraseluler), rhodopsin bergabung dengan suatu G-protein khusus yang disebut transducin.

Gambaran umum dari siklus regenerasi Gambaran umum dari siklus regenerasi. Dicetak ulang, dengan izin, dari Wald G.  Karotenoid dan siklus vitamin A  dalam Penglihatan.   Nature. 1934;134:65. Macmillan Magazines, Ltd.

Kromofor dari  pigmen visual bergantian antara 11-cis dan konfigurasi all-trans

Bila rhodopsin terpapar cahaya, ia akan melepaskan 11-cis-retinal dari opsin. Absorpsi foton oleh 11-cis-retinal memicu suatu perubahan bentuk serial untuk membentuk all-trans-retinal. Salah satu bentuk intermediet yang penting adalah metarhodopsin II (Rho*) suatu photoproduct yang aktif. Aktifitas stimulasi G-protein dari Rho* ditekan oleh fosforilasi dan oleh pengikatan arrestin. Hubungan basa Schiff all-trans-retinal dan opsin dihidrolisis untuk melepaskan all- trans-retinal bebas.

Pelepasan opsin menghasilkan sebuah perubahan bentuk di dalam photoreceptor. Perubahan bentuk ini mengaktivasi transducin, menyebabkan suatu peningkatan GTP-binding oleh α-subunit dari transducin. Pengikatan GTP melepaskan α-subunit dari subunit- subunit inhibitor β dan γ. α-subunit teraktivasi-GTP akan berbalik mengaktivasi suatu phosphodiesterase yang terkait; sebuah enzim yang menghidrolisis cyclic-GMP (cGMP) menjadi GMP. Cyclic GMP diperlukan untuk menjaga kanal Na+ dari sel batang dalam keadaan terbuka. Penurunan kadar cGMP menyebabkan penutupan total kanal Na+ .

Di sini berlangsung pengeluaran potassium melalui kanal nongate K+-selective. Pengeluaran langsung ini cenderung menyebabkan hiperpolarisasi photoreceptor sekitar -70 mV (potential equilibrium untuk K+). Di sini juga ada pemasukan sodium langsung dibawa oleh kanal sodium cGMP-gated. Hal ini disebut juga depolarisasi 'dark current' sekitar - 40 mV. Perlu dicatat bahwa hal ini secara signifikan lebih depolarisasi daripada sel neuron yang lain. Suatu densitas tinggi dari pompa Na+-K+ membuat photoreceptor mampu menjaga kadar Na+ dan K+ intraseluler dalam keadaan normal.

Pada Keadaan Gelap Sel Photoreceptor mengalami depolarisasi dalam gelap. Kadar cGMP tinggi dan menjaga kanal sodium cGMP-gated terbuka sehingga ada aliran langsung, yang disebut dark current. Dark current ini menyebabkan sel dalam keadaan depolarisasi sekitar-40 mV. Depolarisasi membran sel akan membuka kanal kalsium voltage-gated. Peningkatan kadar Ca2+ intraseluler menyebabkan isi vesikel (neurotransmitter) menyatu dengan membran sel, kemudian melepaskan neurotransmitter ke celah sinaps. Neurotransmitter yang dikeluarkan adalah glutamat.

Tahapan molekuler pada foto-aktifasi (dimodifikasi dari Leskov et al

Pada Keadaan Terang/ ada Cahaya Sebuah foton cahaya berinteraksi dengan retinal di dalam sel fotoreseptor. Retinal mengalami isomerisasi, mengubah dari bentuk 11-cis ke all- trans. Retinal mudah lepas dari sisi pengikatan opsin. Opsin selanjutnya mengalami perubahan bentuk menjadi metarhodopsin II. Metarhodopsin II adalah bentuk yang tidak stabil dan terbelah, membentuk opsin dan all-trans retinal. Opsin mengaktifasi protein regulator transducin. Hal ini menyebabkan transducin terpecah dari ikatannya dengan GDP dan mengikat GTP, kemudian subunit α dari transducin lepas dari subunit β dan γ, dengan GTP tetap terikat pada subunit α.

Kompleks subunit α-GTP mengaktifasi phosphodiesterase. Phosphodiesterase memecah cGMP menjadi 5'-GMP. Hal ini menyebabkan penurunan kadar cGMP dan oleh karenanya akan menutup kanal sodium . Penutupan kanal sodium menyebabkan hiperpolarisasi sel yang akan mengakibatkan aliran potassium. Hiperpolarisasi sel menyebabkan penutupan kanal voltage-gated calcium. Bila kadar kalsium di sel photoreceptor turun, sejumlah neurotransmitter glutamate yang dikeluarkan sel juga ikut turun. Hal ini terjadi karena kalsium diperlukan vesikel yang berisi glutamat untuk berfusi dengan membrane sel dan melepas isinya. Penurunan sejumlah pelepasan glutamat oleh photoreceptor menyebabkan depolarisasi On center sel- sel bipolar (sel On bipolar batang dan kerucut) dan hiperpolarisasi dari sekeliling sel bipolar Off kerucut.

Deaktifasi kaskade phototransduksi GTPase Activating Protein (GAP) berinteraksi dengan subunit alpha transducin, dan menyebabkan hidrolisis ikatan GTPnya menjadi GDP, dan akhirnya menghentikan aksi phosphodiesterase, menghentikan transformasi cGMP menjadi GMP.

Gambar 6. Siklus Rhodopsin. Diambil dari Saari JC Gambar 6. Siklus Rhodopsin. Diambil dari Saari JC. Biochemistry of Visual Pigment Regeneration The Friedenwald Lecture. Investigative Ophthalmology & Visual Science, February 2000, Vol. 41, No. 2.

Peran Vitamin A 11-cis-retina baru juga dapat dihasilkan dari 11- trans-retinol, atau vitamin A. Vitamin A adalah bentuk turunan dari 11-trans-retina. Reaksi isomerase pada gilirannya dapat mengkonversi bentuk isomer trans ke cis, membuat  11-cis-retina baru yang tersedia untuk bergabung kembali dengan scotopsin.  Dengan jalur ini rhodopsin tambahan  diproduksi untuk beradaptasi dengan kondisi gelap terus- menerus.  Lapisan epitel pigmen retina adalah sebuah tempat penyimpanan untuk vitamin A.

Kepentingan Klinis Defisiensi Vitamin A Vitamin A disimpan di hati dan defisiensi vitamin ini terjadi hanya bila terjadi kekurangan asupan diet yang lama. Gejala dini defisiensi vitamin A adalah buta senja. Gejala tambahan adalah hyperkeratinosis folikuler, meningkatnya susceptibilitas terhadap infeksi dan kanker serta anemia yang setara dengan anemia defisiensi besi. Kekurangan vitamin A jangka panjang akan menyebabkan perubahan jaringan mata melalui keratinisasi progresif dari kornea yang dikenal sebagai xerophthalmia.

TERIMA KASIH