Rodopsin, zrakový purpur: barvivo, které se při pobytu ve tmě obnovuje

Víš, jakou barvu má sítnice? Kdyby ses v roce 1876 díval přes rameno fyziologovi Franzi Bollovi, viděl bys, že žabí sítnice, která byla předtím ve tmě, je načervenalá. A že na světle zbledne. Tímhle pozorováním začíná příběh rodopsinu, zrakového purpuru. Je to barvivo, díky kterému vidíš v šeru. Při pobytu ve tmě se v klidu obnovuje, protože ho nic neruší.

Lidé, kteří k nám s Lenčou jezdí do tmy, se často ptají, co se s okem za ty dny vlastně děje. Kus odpovědi leží v jedné nenápadné molekule. Tak si ji představme.

Žabí sítnice, která na světle bledne

Franz Boll (1849–1879) popsal v roce 1876 červené zbarvení tyčinek v žabí sítnici adaptované na tmu. Říkal mu Sehrot, „zraková červeň“. A hlavně ukázal dvě věci, na kterých stojí všechno další: světlo barvivo vybělí a tma ho zase obnoví.¹

Během několika týdnů na Bolla navázal Wilhelm Kühne. Látku dál zkoumal a nazval ji Sehpurpur, zrakový purpur.¹ Proto se v různých textech dočteš, že zrakový purpur objevil Kühne. Úplně fér to není. Objevitelem je Boll, Kühne dal látce jméno a pořádně ji prozkoumal. Trochu jako když jeden najde v lese houbu a druhý ji určí a napíše o ní knížku. Oba udělali kus práce, ale našel ji ten první.

Dnes se tomu barvivu říká hlavně rodopsin. Staré jméno „zrakový purpur“ ale zůstalo a přiznám se, že se mi líbí víc. Je v něm slyšet, že to někdo kdysi opravdu viděl na vlastní oči.

Co rodopsin v tyčince dělá

Tyčinky jsou buňky sítnice, které pracují v šeru a ve tmě. O čípcích a o tom, jak si s nimi tyčinky předávají směnu, píšu v článku o adaptaci oka na tmu. Rodopsin je zrakové barvivo tyčinek. Když na něj dopadne světlo, barvivo se „vybělí“ – přesně to, co Boll viděl na žabí sítnici. Tím tyčinka světlo zaznamená a pošle signál dál.

Vybělené barvivo ale nejde použít znovu, dokud se neobnoví. A tady je háček. Podle přehledu Lamba a Pugha neurčuje rychlost obnovy po silném osvětlení samotná tyčinka, ale přísun molekuly 11-cis retinalu k opsinu, tedy k bílkovinné části barviva.¹ Dokud molekula nedorazí, rodopsin se zpátky nesloží.

Trochu mi to připomíná, jak to u nás chodí s jídlem. V chatce se nic samo neuvaří. Průvodce donese jídlo do předsíně, aniž by pustil dovnitř světlo, a ty si ho můžeš vzít, teprve když tam je. Tyčinka je na tom podobně: může být ochotná sebevíc, ale dokud jí „zásobovač“ nedonese čerstvý díl, nic nevyrobí 🙂

Proč zvykání na tmu trvá desítky minut

Že obnova purpuru a zvykání na tmu spolu úzce souvisí, tušili fyziologové už ve třicátých letech. Hecht, Haig a Chase v roce 1937 zjistili, že po velmi silném předchozím světle se nástup tyčinek ve tmě opozdí až na 12–13 minut, a spojili to právě s obnovou zrakového purpuru.¹ Učebnice sítnice Webvision dnes uvádí, že adaptace na tmu a regenerace rodopsinu mají shodný průběh.¹

Jinými slovy: když stojíš ve tmě a „pořád nic nevidíš“, oko nelení. Doplňuje barvivo. Po silném světle trvá úplný návrat citlivosti desítky minut a absolutního prahu dosáhne oko asi po 40 minutách ve tmě.¹ Kdo někdy vyšel v noci z rozsvícené kuchyně na zahradu a ze začátku zakopával o všechno kolem, ten tenhle proces zná z vlastní zkušenosti. Jen netušil, že za jeho modřinami stojí chudák retinal, který nestíhá 😉

Rodopsin během pobytu ve tmě

Teď to důležité pro nás. Když v chatce zhasneš, nic už purpur nebělí. Žádná lampa, žádný displej, žádné světlo z okna. Zásobovač má najednou klid a tyčinky se doplní. A pak zůstanou připravené celé dny, protože v úplné tmě není nic, co by barvivo znovu vybělilo.

Takové oko je opravdu citlivé. Pokusy ukazují, že oko adaptované na tmu zareaguje na několik málo fotonů.² Podrobněji o tom píšu v článku Vidí oko jeden foton? Pro praxi z toho plyne jediné: tma v chatce musí být opravdu úplná. Kdyby někde problikávala kontrolka, tyčinky by si toho všimly. Proto je u nás klimatizace upravená tak, aby nesvítila.

A co když po týdnu otevřeš dveře? Světlo purpur bělí, to ukázal už Boll. Lidé nám po návratu často říkají, že světlo je ostré. Jestli za tím stojí hlavně vybělování purpuru, nebo i něco dalšího, ti s jistotou neřeknu. V podkladech, ze kterých vycházím, není studie, která by měřila rodopsin u lidí po týdnu ve tmě. Poctivě řečeno: vím, co lidé popisují, a znám chemii z učebnice. Spojit to natvrdo dohromady by už byla spekulace.

Rodopsin není melanopsin

Ještě jedna věc, kterou si lidé často pletou. V oku je i další barvivo citlivé na světlo, melanopsin. Nesedí v tyčinkách ani v čípcích, ale v jiných buňkách vnitřní sítnice. Autoři, kteří ho u člověka popsali, vyslovili domněnku, že neslouží k vidění, ale k jiným úkolům, například k řízení vnitřních hodin a k potlačení melatoninu.³ Zjednodušeně: rodopsin ti v šeru pomáhá vidět, melanopsin hlásí tělu, jestli je den. To druhé je samostatný příběh, najdeš ho v článku o melanopsinu a vnitřních hodinách.

Pro pobyt ve tmě jsou zajímavá obě barviva, jen každé z jiného důvodu. Rodopsin vysvětluje, proč musí být tma v chatce opravdu úplná. Melanopsin míří k vnitřním hodinám, tedy k otázce, co dělá tma s rytmem celého dne. A to, co se mezitím děje v mozku, popisuje stránka o zrakové deprivaci. Odborné pojmy jako tyčinky, čípky nebo práh vidění najdeš ve slovníčku pojmů.

A jestli si chceš nechat zrakový purpur pořádně doplnit, máme u Kutné Hory pět chatek a v každé tmu, ve které nevidíš ruku před očima. Klidně se nejdřív zeptej na cokoli, co tě zajímá. Rádi ti poradíme, jestli začít jednou nocí, nebo rovnou týdnem.

Těšíme se na tebe – Tomáš a Lenča

Zdroje

1. Hecht S, Haig C, Chase AM (1937). The influence of light adaptation on subsequent dark adaptation of the eye. Journal of General Physiology. doi:10.1085/jgp.20.6.831; Lamb TD, Pugh EN Jr (2004). Dark adaptation and the retinoid cycle of vision. Progress in Retinal and Eye Research. doi:10.1016/j.preteyeres.2004.03.001; Kalloniatis M, Luu C (2007). Light and Dark Adaptation. Webvision: The Organization of the Retina and Visual System. webvision.pitt.edu/book/part-viii-psychophysics-of-vision/light-and-dark-adaptation/; Wade NJ (2008). Visual purple (Sehpurpur). Perception. doi:10.1068/p3711ed
2. Hecht S, Shlaer S, Pirenne MH (1942). Energy, quanta, and vision. Journal of General Physiology. doi:10.1085/jgp.25.6.819
3. Provencio I, Rodriguez IR, Jiang G, et al. (2000). A novel human opsin in the inner retina. Journal of Neuroscience. doi:10.1523/JNEUROSCI.20-02-00600.2000