Megjelent az Élet és Tudomány 1999/41. számában

Biofizika:
A színlátás újabb elmélete

A Rockefeller és a California Berkeley Egyetem kutatói Thomas P. Sakmar és Richard A. Mathies professzor vezetésével hosszú ideje dolgoznak együtt az ember színlátásának alapjait kereső kutatásokban. A molekuláris biológia és a spektroszkópia módszereit egyaránt felhasználó vizsgálatok eredményeit nemrégiben összegző tanulmányukban egy évtizedekkel ezelőtt feltárt, és azóta érvényesnek tartott mechanizmust cáfolnak meg, és adnak rá újabb magyarázatot.
Az emberi látás legelső mozzanata az, hogy az ideghártya (retina) fényre érzékeny, úgynevezett fotoreceptor-sejtjei érzékelik a képet. A fotoreceptor-sejtek fényabszorpciója kémiai reakciók egymásra épülő sorát indítja el. Ennek eredményeként elektromos jelek jutnak a retina további sejttípusokat tartalmazó rétegeibe, majd az agyba, ahol az információ végső feldolgozása megtörténik. A retina fotoreceptor-sejtjei kétfélék: a pálcikák érzékelik a fény intenzitását, a csapok a színeket. A csapok három alapszínre érzékenyek, külön-külön típusuk felelős a vörös, a zöld és a kék szín érzékeléséért. A színlátás alapvetoen az A-vitaminból származó fényelnyelő molekulához kapcsolódik. Az A-vitamin egy opszin nevu fehérjéhez kötodik a sejtekben. Kérdés: ha minden sejtben ugyanaz a fényelnyelő anyag van jelen, hogyan képes a szem megkülönböztetni a színeket? Nos, a különbség abból adódik, hogy az opszin aminosavsorrendje sejttípusonként eltérő, így a fehérje és a fényelnyelő anyag kölcsönhatása pigmentenként különböző.
A spektrális hangolás fizikai alapjait tenyésztett pigmenteken kezdték tanulmányozni. A Raman-spektroszkópia alkalmas arra, hogy mérjék a besugárzott molekulákról visszaverődő fény hullámhosszát és intenzitását. A molekula szerkezetéről az ad felvilágosítást, hogy a molekulavibráció miatt a visszavert fény spektrumában eltolódások figyelhetők meg.
Korábban az a nézet uralkodott, miszerint a spektrális hangolásért az opszin esetében a fehérje és a fényelnyelő anyag kölcsönhatását megteremtő, elektromosan töltött molekulák felelősek. “Semmiféle töltéssel rendelkező csoportot nem találtunk a spektroszkópiai vizsgálatok alatt, ami alátámasztotta volna a kötőhelyekről alkotott korábbi feltételezést” – mondták a kutatók, akik bebizonyították, hogy a kötőhely elektromosan semleges.
Amikor egy foton eléri a szemet, a három csapsejttípus valamelyikének nem csupán egy, hanem egyszerre több tagja stimulálódik. A retina és az agy információként kezeli a stimuláció mintázatát, így agyunk érzékeli és megkülönbözteti a különböző árnyalatokat és intenzitásokat, vagyis nem csupán azt a három fő színt látjuk, melyet a csapsejtek detektálnak. “A differenciált színlátáshoz átfedő spektrumok kellenek, egymástól elég távol ahhoz, hogy a teljes látható spektrumot lefedjék, ahhoz viszont elég közel, hogy átfedők legyenek” – mondta Sakmar.
A kutatók szerint hosszú hatótávolságú kölcsönhatások hangolják spektrálisan a fotoreceptor-sejtek által elnyelt fény hullámhosszát. Egy speciális aminosavcsoport tagjai, a poláris aminosavak gyűlnek össze a fényelnyelő anyag körül, hogy elnyelését a spektrum kék vagy vörös vége felé eltolják. Az emberi három alapszínből építkező színlátás a háromféle opszin molekula jelenlétén múlik, amelyek a poláris aminosavak számában és elrendeződésében különböznek. Ezek a színeltolódások magyarázzák meg, miért éppen azt a tartományt érzékeli az agy, amelyet láthatónak nevezünk.

1999/41sz