Chemie: das auge und der sehvorgang (thema: farbstoffe)
Chemie: Das Auge und der Sehvorgang (Thema: Farbstoffe)
Chemie Referat Jgst.13
Folien dazu kann man zeichnen
Note 1-
Auge = Sinnesorgan
Eindrücke als elektrische Impulse unmittelbar ans Gehirn weitergeleitet.
Dort werden sie miteinander verknüpft & verarbeitet
Þ geben dem Gehirn ein Bild der sich verändernden Umwelt.
Aufbau
Folie 1: Horizontalschnitt durch das menschl. Auge
Eigentliches Sehorgan = Augapfel mit Sehnerv
& Hilfseinrichtugen in Form von Augenlider, Tränenapparat und äußeren
Augenmuskeln.
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hinter der Hornhaut liegt vordere Augenkammer
darin Kammerwasser.
Iris = Regenbogenhaut; Loch = Pupille
Linse
Glaskörper = wasserklare gallertartige Substanz
Lederhaut = Sklera
Retina= Netzhaut enthält die Sehzellen (Stäbchen und Zapfen)
dioptrisch = lichtbrechend
gesamte Brechkraft des Auges beträgt ca. 58 Dioptrien
davon entfallen nur 16 auf Linse
lichtbrechende Apparat besteht nicht nur aus elast. Linse,
sondern Licht wird mehrmals gebrochen:
Luft - Hornhaut,
Hornhaut - Kammerwasser,
Kammerwasser - Linse,
Linse - Glaskörper
· Brechungsverhältnis unter Wasser an Hornhaut anders
wenn mit Taucherbrille Þ sieht man besser.
-Durch gekrümmte Linse wird einfallende Licht gebündelt
-Durch Veränderung ihrer Form (Zilliarmuskel) kann Linse Brechkraft variieren
Þ Auge in Lage, unterschiedl. weit entfernte Gegenstände scharf auf die
Netzhaut abzubilden (Akkomodation).
-Mit zunehmenden Alter verlieren Linsen Elastizität Þ Verhärtung
Þ Verringerung d.
Akkomodationsfähigkeit Þ nahe Gegenstände können nicht mehr
scharf gesehen werden (Zeitunglesen).
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Die Netzhaut (Retina)
· enthält 125 Millionen Stäbchen, 7 Millionen Zapfen und 2 Millionen
Schaltzellen
· wo Sehnerv durch Augenwand tritt, keine Sinneszellen Þ blinde Fleck
(lat.:Papilla nervi optici)
· Der Linse gegenüberliegend (in einer Geraden von der Linse) ist gelbe Fleck
Þ enthält im Bereich einer Vertiefung (lat.: Fovea centralis) ausschließlich
Zapfen Þ Gebiet schärfsten Sehens
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Folie2: Feinbau der Netzhau (Retina des menschl. Auges)
-schlanken Stäbchen = Helldunkelsehen
-dickeren Zapfen reagieren auf Farben, sind aber weniger empfindlich.
-lichtempfindlichen Außenglieder enthalten sog.
discs (zeigen)
Þ Hier befindet sich lichtempfindliche Sehpurpur, der auf den Reiz reagiert.
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Die Chemie des Sehens
Primärprozeß des Sehens, die Umwandlung des Lichtreizes in Erregung,
läuft in discs ab = “Bleichen von Sehpurpur” (=Rhodopsin anschreiben)
Sehfarbstoff Rhodopsin in den Photorezeptoren der Netzhaut gehört zu der
Gruppe der Polyenalfarbstoffe; ist lichtempfindlich, Vergl.: Silbersalze im
photographischen Film.
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Folie 3: Modell zur Rhodopsinspaltung beim Sehvorgang
Jedes Rhodopsinmolekül besteht aus einem farblosen Eiweißanteil, dem Opsin
& dem Farbstoffmolekül Retinal.
Das Retinal gehört zu der chem. Stoffgruppe der Carotinoide (anschreiben)
(Def.
: Gruppe roter Naturfarbstoffe, stets pflanzl. Herkunft; tier. &
menschl. Organsimus ist zum Aufbau d. Car. nicht in der Lage - nimmt sie mit
der Nahrung auf; wegen vieler konjugierter Doppelbindungen (C-C=C-C=) sind
sie als Chromophore für die Wechselwirkung mit dem Licht und damit für den
Farbeindruck verantwortl.
Chromophore = organ. Farbstoffe, verschieben die Lcihtabsorpt° in den
sichtbaren Spektralbereich Þ & sind damit für die Farbe des betreffenden
Stoffes verantwortl.
denn Retinal ist schwach gelb Þ absorbiert also violettes Licht, durch die
Bindung an das Opsin wird das Absorptionsmaximum bathochrom verschoben.
Also: Retinal ist Carotinoid und auch der Aldehyd von Vitamin A = Retinol.
Def. von Aldehyde = organ.
Verbindungen, die als funktionelle Gruppen die
Aldehydgruppe (CHO-) im Molekül enthalten
Allgemeine Formel:
Endung: -al
(hohe Reaktivität der Aldehyde beruht auf der leichten Polarisierbarkeit der
Carbonylgruppe (C=O)
Retinal besteht aus Ring C-Atomen & C-Kette mit Doppelbindungen
& 1 Aldehydgruppe.
-In der abgewinkelten Form des 11-cis-Retinals paßt es genau in die Mulde an
der Oberfläche des Opsins.
-Bei Belichtung findet eine Isomerisierung des 11-cis-Retinals in das all-
trans-Retinal statt. (Isomerie = Verbindungen mit gleicher Summenformel, aber
mit versch. Molekülbau und Eigenschaften).
Dabei verliert es Knick Þ paßt nicht mehr exakt in die Mulde des Opsins.
-löst sich zunächst teilweise, später ganz vom Opsin (“Bleichen” des
Sehpurpurs).
Damit ist primäre Reizwirkung abgeschlossen: Das Rhodopsinmolekül wird also
beim Auftreffen eines Photons gespalten, wodurch ein elektrischer Impuls -
also ein Nervensignal - in der Zelle entsteht.
Bei der Regeneration des Rhodopsins wird mit Hilfe eines Enzyms das gestreckte
all-trans-Retinal wieder in die gewinkelte cis-Form überführt. Diese kann sich
erneut mit dem membrangebundenen Opsin zu Sehpurpur verbinden.
Geringe, jedoch unvermeidliche Verluste an Retinal werden durch Umwandlung von
Vit. A in seine Aldehydform (=Retinal) ersetzt.
· Vit.-A-Mangel kann daher zu Sehschwäche (Nachtblindheit) führen
Beim Farbensehen: Zapfennden ist Vitamin A mit 3 versch. Opsinen kombiniert,
Þ liefert 3 lichtempfindl. Pigmente
Þ Jedes Pigment reagiert auf eine der 3 Primärfarben d. Lichts:
Rot & Grün & Blau.
Je nach Pigmentkonzentration ist jeder Zapfen besonders empfindlich für ein
Licht einer d.
3 Grundfarben,
& erstaunlich: wir erzeugen mit nur einem Farbstoff (Rhodopsin) alle 3
Grundfarben
Þ sämtl. Regenbogenfarben lassen sich nur durch Kombinat° v. Grundfarben
erkennen.
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