생명과학 ① 6-3. 자극과 반응 – 시세포, 간상체포, 원추세포, 암순응, 명순응

▎생명과학 ① 6-3. 자극과 반응 – 시세포, 간상체포, 원추세포, 암순응, 명순응

 

◈ 시세포

 

1.  시세포에 시각의 성립
ⓐ 시세포의 구조
시세포는 *감광 물질이 있어서 빛에 의한 자극을 받아들이는 세포로, 간상세포와 원추세포가 있다. ‘간상세포’는 가늘고 긴 막대 모양의 돌기를 가지며, ‘원추세포’는 짧고 무딘 원추 모양의 돌기를 가진다.

‣ 감광 물질 : 빛을 흡수하여 광화학 반응을 일으키는 물질이다. 간상세포에는 로돕신이 있다.

‣ 간상세포 : 가늘고 긴 막대 모양의 돌기
‣ 원추세포 : 짧고 무딘 원추 모양의 돌기

 

 

ⓑ 간상세포와 원추세포의 기능
‘간상세포’는 어두운 곳에서 약한 빛에 반응하여 물체의 ‘형태와 명암’은 구별하지만, 색깔은 구별하지 못한다.
반면 ‘원추세포’는 밝은 곳에서 강한 빛에 반응하여 물체의 ‘형태와 색깔’을 구별할 수 있다.
‣ 간상세포 : 약한 빛 - 물체의 형태·명암 구별(O), 색깔 구별(X)
‣ 원추세포 : 강한 빛 - 물체의 형태, 색깔 구별(O)

 

ⓒ 간상세포에서의 광화학 반응
간상세포에 들어 있는 감광 색소 단백질을 로돕신이라고 한다. 로돕신은 단백질인 ‘옵신’과 비타민A 유도체인 ‘레티넨’으로 구성된 화합물이다. 로돕신은 빛을 받으면 옵신과 레티넨으로 분해되는데, 이때 생긴 변화에 의해 간상세포의 *막전위가 변화하여 시신경을 흥분시킨다. 이 흥분이 대뇌에 전달되면 시각이 성립된다. 한편, 어두울 때 옵신은 레티넨과 결합하여 로돕신으로 재합성된다.

 

‣ 막전위 (膜電位, membrane potential) : 2종류의 전해질 용액이 반투막으로 막혀 있고, 두 용액 사이에 화학적 평형이 성립할 때, 막 양쪽에 생기는 전위 차이를 말한다. 구멍이 큰 다공성막의 막전위는 용액 사이의 액간전위(液間電位)와 같은데, 구멍이 작고 치밀하면 막 안의 이온 운반율이 변화하여 막전위와 액간전위의 차가 커진다. 전기 생리학은 반투막이 주로 형질막인 경우를 다루므로, 그 양쪽의 전위차를 막전위라고 하는 경우가 많다.

 

‣ 로돕신 : 간상세포 - 감광 색소 단백질
        옵신(단백질) + 레티넨(비타민A 유도체)
        빛을 받으면 분해, 어두우면 재합성
‣ 로돕신 ⇨ 빛 ⇨ 옵신과 레티넨으로 분해 ⇨ 간상 세포의 막전위 변화 ⇨ 시신경 흥분  ⇨ 대뇌 전달 ⇨ 시각 성립

 

 

 

암순응

밝은 곳에 있다가 갑자기 어두운 곳에 가면 처음에는 잘 보이지 않다가 차츰 잘 볼 수 있게 되는 것을 암순응이라고 한다. 이것은 밝은 곳에 있는 동안 간상세포에서 분해되었던 로돕신이 어두운 곳에서 다시 합성되는 데 시간이 걸리기 때문이다.

<야맹증> 로돕신의 합성이 늦어져 밤에 잘 보지 못하는 증상을 말한다. 로돕신을 합성하는 데 필요한 비타민A가 부족하면 야맹증에 걸릴 수 있다.

 

 

명순응

어두운 곳에서 갑자기 밝은 곳으로 가면 눈이 부셔 잘 보이지 않다가 차츰 잘 볼 수 있게 되는 것을 명순응이라고 한다. 눈이 부신 것은 강한 빛에 의해 로돕신이 다량 분해되기 때문이며, 차츰 잘 볼 수 있게 되는 것은 원추 세포가 빛을 수용하여 광화학 반응이 일어나 시각이 성립되기 때문이다.

ⓓ 원추 세포에서의 광화학 반응
원추 세포에는 감광 색소 단백질이 있어 빛을 수용할 수 있다. 감광 색소 단백질은 간상세포의 로돕신과 마찬가지로 옵신과 레티넨으로 되어 있지만 옵신 단백질의 종류와 구조가 다르다.
원추 세포에서 발견되는 감광 색소 단백질의 종류는 청색, 녹색, 적색 세 종류이고, 그에 따라 잘 흡수하는 빛의 파장이 다르다.

 

 

시세포의 빛 흡수율

간상세포는 파장 498nm의 빛을 가장 잘 흡수하는 한 종류만 존재한다. 원추 세포는 최대 흡수파장이 각기 다른 세 종류가 있는데 이들 원추 세포의 빛 흡수율에 따라 다양한 색을 구별할 수 있다.

 

 

 

원추 세포와 간상세포의 비교

원추 세포와 간상세포는 다음과 같은 차이를 보인다.

 

 

 

 

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