시각 광변환

시각 광변환(Visual Phototransduction)은 눈의 망막에 있는 광수용체 세포(막대세포와 원뿔세포)가 빛 에너지를 신경 신호(전기 신호)로 변환하는 과정이다. 이는 시각 시스템이 빛을 감지하고 처리하는 데 필수적인 첫 번째 단계이다.

이 과정은 여러 단계의 복잡한 생화학적 반응을 통해 이루어진다. 광수용체 세포의 외부 분절에는 빛을 흡수하는 시각 색소(막대세포의 로돕신, 원뿔세포의 옵신)가 포함된 막 원반이 밀집해 있다.

광변환의 주요 과정은 다음과 같다.

1. 빛 흡수: 광수용체 세포가 빛(광자)을 흡수하면 시각 색소 분자 내에 있는 레티날(retinal)의 구조가 변화(11-cis 레티날이 all-trans 레티날로 이성질화)하면서 시각 색소가 활성화된다.
2. G 단백질 활성화: 활성화된 시각 색소는 세포막에 있는 G 단백질인 트랜스듀신(transducin)을 활성화시킨다.
3. 효소 활성화: 활성화된 트랜스듀신은 포스포디에스테라아제(phosphodiesterase, PDE)라는 효소를 활성화시킨다.
4. 두 번째 신호 전달 물질 감소: 활성화된 PDE는 세포 내에 존재하는 고리형 구아노신 일인산(cyclic GMP, cGMP)이라는 두 번째 신호 전달 물질을 가수분해하여 농도를 감소시킨다.
5. 이온 채널 닫힘: 어두운 상태에서는 cGMP가 세포막에 있는 cGMP-의존성 양이온 채널을 열어두어 Na+와 Ca2+ 등의 이온이 세포 안으로 계속 유입된다. 그러나 빛에 의해 cGMP 농도가 감소하면 이 채널들이 닫히게 된다.
6. 막 전위 변화 (과분극): 양이온 유입이 감소하면서 세포막의 전위가 더 음전하를 띠게 된다(과분극).
7. 신경전달물질 분비 변화: 어두운 상태에서 광수용체 세포는 지속적으로 신경전달물질(주로 글루탐산)을 분비하여 후시냅스 신경세포(양극세포 등)를 억제한다. 빛에 의한 과분극은 이 신경전달물질 분비량을 감소시켜 후시냅스 신경세포의 억제가 해제되고 활성화되도록 한다.

이러한 전기 신호 변화는 망막 내의 다른 신경 세포들을 거쳐 최종적으로 시신경을 통해 뇌의 시각 피질로 전달되어 우리가 '보는' 것을 가능하게 한다. 시각 광변환 과정은 빛의 강도에 대한 민감도를 조절하고(명암 순응) 신속하게 반응하며 회복하는 복잡한 메커니즘을 포함한다. 이 과정의 이상은 다양한 시각 장애나 실명 질환과 관련될 수 있다.