La vision est un sens très sollicité dans l’espèce humaine.

DE LA LUMIERE AU MESSAGE NERVEUX : LE RÔLE DE L’ŒIL Comment l’œil intervient dans notre perception du monde extérieur ?

I / anatomie de l’œil

L’œil est un organe sensible aux stimulations lumineuses.

Iris Sclérotique Cornée Choroïde Pupille Rétine Nerf optique Humeur aqueuse Humeur vitrée Cristallin

Dans l’œil la lumière traverse une succession de milieux transparents.

CONJONCTIVE CORNEE HUMEUR AQUEUSE CRISTALLIN HUMEUR VITREE

Au cours de ce trajet comment se comporte la lumière ?

Les différents milieux transparents de l’œil ont des indices différents. La cornée : n = 1,376 L’humeur aqueuse : n = 1,336 Le cristallin : n = 1,42 L’humeur vitrée : n = 1,406 à 1,386 (du centre à la périphérie)

Les rayons lumineux vont subir des réfractions (loi de Descartes). Axe optique L’image doit se former sur la rétine.

Pour un objet très éloigné l’image se forme sur la rétine.

Si l’objet est proche l’image se forme derrière la rétine.

Le cristallin doit modifier la distance focale pour que l’image se forme sur la rétine. C’est la mise au point.

C’est l’accommodation. C’est le cristallin qui en modifiant sa courbure assure la formation de l’image sur la rétine. C’est l’accommodation.

Ii / la retine

L’activité électrique de la rétine est enregistrée grâce à des électrodes placées sur la cornée.

Electrorétinogramme obtenu suite à un éclair lumineux

La rétine est donc constituée de cellules excitables. Suite à une stimulation lumineuse, la rétine répond par une activité électrique. La rétine est donc constituée de cellules excitables.

Comment est constituée la rétine ?

La rétine est constituée de plusieurs couches de cellules. Choroïde Propagation de la lumière Rétine Humeur vitrée La rétine est constituée de plusieurs couches de cellules.

Coupe de rétine

Les photorécepteurs sont situés à l’arrière de la rétine. Les cellules visuelles, récepteurs sensoriels de la vision, sont appelés des photorécepteurs. Les photorécepteurs sont situés à l’arrière de la rétine.

Comment se comportent ces photorécepteurs lorsqu’ils reçoivent de la lumière ?

Iii / le rôle des photorecepteurs

On distingue deux types de photorécepteurs : 1 – les cônes 2 – les bâtonnets

Comment se répartissent les photorécepteurs dans la rétine ?

Analyser ce graphique.

Les cônes sont plus denses autour de l’axe optique et les bâtonnets sont plus denses à la périphérie de l’axe optique. L’acuité visuelle est maximale autour de l’axe optique. Au départ du nerf optique il n’y a pas de photorécepteurs, c’est le point aveugle.

Quel est le rôle des cônes et des bâtonnets ?

En 1967, le biologiste Tornita enregistre l’activité électrique des photorécepteurs de carpe.

Interpréter ce document.

Il y a trois types de cônes. Les cônes S plus sensibles dans le bleu. Les cônes M plus sensibles dans le vert. Les cônes L plus sensibles dans le rouge.

Les cônes permettent donc de distinguer les couleurs.

Il n’y a qu’un type de bâtonnets. Ils ne permettent donc pas de distinguer les couleurs. Leur seuil de sensibilité est plus faible que celui des cônes. Ils réagissent avec une faible intensité lumineuse.

Qu’est-ce qui différencie les trois types de cônes et les bâtonnets ?

Comment appelle-t-on une substance capable d’absorber des radiations lumineuses ?

Combien de pigments rétiniens doit-on trouver ? Les différents photorécepteurs doivent donc posséder des pigments différents. Une substance capable d’absorber des radiations lumineuses est appelée un pigment. Combien de pigments rétiniens doit-on trouver ?

Il doit y avoir quatre pigments rétiniens différents : un pour les bâtonnets (la rhodopsine) et trois pour les différents types de cônes (les opsines S, M et L).

Structure d’un photorécepteur

Chaque photorécepteur est formé d'un segment interne contenant les organites habituels d'une cellule, et d'un segment externe constitué d'un empilement de membranes constituants des disques dans lesquels est incorporé un pigment rétinien.

Un pigment rétinien est formé de l'association de deux molécules : l'opsine (protéine transmembranaire) et le rétinal (non protéique et synthétisé à partir de la vitamine A).

Lorsqu’un photon est absorbé par une molécule de pigment rétinien, il y a une modification de conformation entraînant une cascade de réactions chimique conduisant à l’élaboration du message nerveux.

Message nerveux

IV / les genes des opsines Où sont localisés les gènes codant pour la synthèse des opsines ?

Localisation chromosomique des gènes des opsines Les pigments rétiniens Localisation chromosomique des gènes des opsines L M Chromosome X S Chromosome 7 Rho Chromosome 3 L M S Rho Gène de la rhodopsine (bâtonnet) Gènes des opsines (cônes)

Quelles sont les différences entre ces différentes opsines ?

Comparaison des opsines S, M et L

Il y a des acides aminés en commun entre ces opsines.

Pourcentage des ressemblances entre les quatre opsines humaines. RHODOPSINE OPSINE S OPSINE M OPSINE L 54,88 55,26 55,07 57,27 56,69 96,75 Pourcentage des ressemblances entre les quatre opsines humaines. acces ENS Lyon

Les opsines L et M possèdent plus de 95 % d’acides aminés en commun. Ces opsines possèdent également aux environs de 40 % avec les autres opsines.

Or, on considère qu'une similitude entre deux protéines, supérieure à 20%, ce qui est le cas des opsines, indique une origine commune. On parle alors de famille multigénique.

Comment les différences ont pu apparaître ? C’est-à-dire que ces quatre gènes dérivent d’un même gène ancestral. Comment les différences ont pu apparaître ?

Origine d’une famille multigénique.

Un gène ancestral (A) subit des duplications (A'), des mutations géniques (modifications de séquence (B)) et des transpositions (déplacement sur un autre chromosome).

Quelle est l’histoire évolutive des opsines humaines ?

Histoire évolutive des opsines humaines.

Iv / la vision des couleurs chez les primates

HOMME GORILLE BONOBO CHIMPAN MACAQU SOURIS ALOUATE SAIMIR CEBUS 100 99,42 99,71 95,95 85,84 93,35 91,91 92,77 95,66 85,55 93,06 91,62 92,49 CHIMPAN; MACAQU. 85,26 86,99 86,71 ALOUAT. 97,11 97,69 SAIMIR.  Pourcentages de ressemblances entre  les séquences protéiques de l'opsine S chez différentes espèces

Les ressemblances entre les gènes des différentes espèces de primates reflètent leur lien de parenté. Une duplication des gènes de l’opsine est à l’origine de la trichromie des primates.

Les anomalies de la vision

Le daltonisme

La cataracte

La myopie

l’hypermetropie

La presbytie