학문
눈의 시각 세포인 간상세포와 원추세포의 빛 감지 및 명암 명시가 궁금해요
망막에 존재하는 간상세포와 원추세포가 명암과 색상을 구분하는 원리가 궁금합니다. 로돕신 단백질이 빛을 받아 분해되면서 신경 자극을 형성하는 과정과, 빨강, 초록, 파랑의 세 가지 원추세포가 색을 조합하여 인식하는 기작이 알고 싶어요.
2개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
간상세포는 로돕신이 빛을 받으며 신호전달계가 활성화 돼 세포가 과분극하며 어두운 곳의 명암을 감지합니다. 원추세포는 서로 다른 파장에 민감한 3종의 옵신 반응 비율을 비교해 색을 구분하며, 세 종류가 각각 순수한 빨강,초록,팔아만 보는 것은 아닙니다.
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채택된 답변안녕하세요. 망막에서 빛을 감지하는 핵심 세포는 간상세포와 원추세포이며, 두 세포는 같은 방식으로 빛을 받아들이지만 담당하는 시각 정보가 다릅니다. 간상세포는 매우 적은 양의 빛에도 반응하기 때문에 어두운 환경에서 명암과 형태를 감지하는 데 특화되어 있고, 원추세포는 상대적으로 밝은 환경에서 작동하면서 색상과 세밀한 형태를 구별합니다. 따라서 밤에는 주로 간상세포가, 낮에는 원추세포가 시각을 담당한다고 생각하면 이해하기 쉽습니다.
간상세포에는 로돕신이라는 광수용 단백질이 존재하는데요, 로돕신은 단백질인 옵신과 빛을 흡수하는 레티날이라는 물질로 구성되어 있는데, 빛이 들어오면 레티날의 구조가 변하면서 로돕신의 형태가 변화합니다. 이 변화는 세포 내부의 신호전달 단백질인 트랜스듀신을 활성화하고, 이어서 포스포디에스터레이스가 활성화되면서 세포 내부의 고리형 GMP 농도가 감소합니다. 그러면 평소 열려 있던 이온 통로가 닫히고 나트륨과 칼슘 이온의 유입이 감소하여 광수용세포의 막전위가 오히려 더 음전하를 띠게 됩니다. 즉, 일반적인 신경세포와 달리 빛을 받으면 간상세포가 과분극되는 것입니다. 이 변화가 후속 신경세포로 전달되면서 결과적으로 시신경을 통해 뇌로 시각 정보가 전달됩니다. 이때 간상세포가 명암을 잘 감지할 수 있는 이유는 여러 간상세포에서 발생한 신호가 하나의 후속 신경세포에 모이는 경우가 많기 때문입니다. 이렇게 여러 세포의 신호를 합치면 아주 약한 빛도 감지할 수 있어 어두운 환경에서 뛰어난 감도를 나타냅니다.
반면 여러 신호가 합쳐지는 만큼 정확한 위치나 세밀한 형태를 구별하는 능력은 상대적으로 떨어집니다. 또한 간상세포에는 한 종류의 로돕신만 있기 때문에 빛의 파장 차이를 색깔로 구별하지 못하고 주로 밝고 어두운 정도를 인식합니다. 우리가 어두운 곳에서 사물을 보면 색상이 흐릿하고 회색조처럼 느껴지는 것도 이러한 원리와 관련됩니다. 원추세포는 이러한 점에서 간상세포와 다른데요, 사람의 일반적인 색각에는 서로 다른 파장의 빛에 민감한 세 종류의 원추세포가 관여합니다. 흔히 빨강, 초록, 파랑 원추세포라고 부르지만 정확히는 특정 색 자체를 감지하는 세포라기보다 장파장, 중파장, 단파장 영역의 빛에 상대적으로 민감한 세포입니다.
각각의 원추세포가 받아들인 빛의 양이 서로 다르게 나타나기 때문에 뇌는 세 종류의 반응 비율을 비교하여 색을 판단합니다. 예를 들어 어떤 빛이 장파장 원추세포를 강하게 자극하고 중파장 원추세포도 어느 정도 자극하지만 단파장 원추세포는 거의 자극하지 않는다면 뇌는 이를 특정한 붉은 계열의 색으로 해석할 수 있습니다. 감사합니다.