SEMINARIO DE BIOFISICA

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO – UEMA
CENTRO DE ESTUDOS SUPERIORES DE CAXIAS – CESC
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOLOGIA
DISCIPLINA: BIOFÍSICA
DOCENTE: ELMARY FRAGA
CAXIAS-MA
JUN/2015
BIOFÍSICA DA VISÃO
Nos primatas, os receptores e vias nervosas que permitem a detecção e a análise dos sinais, estão localizados na cabeça.
A bioengenharia do aparelho visual representa um grande desafio para os cientistas.
O sentido da visão é muito elaborado, pois mais do que ver o homem é capaz de observar. 
INTRODUÇÃO
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O olho é o receptor sensorial que apresenta maior complexidade estrutural.
Figura: Olho composto de um inseto
Fonte: Google Imagens
Figura: Olho simples humano
Fonte: www.infopedia.pt
O OLHO HUMANO
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Figura: Esquema da estrutura do globo ocular humano
Fonte : Modificado de Wall, J. L., in Berne & Levy, 1993, p.143.
Globo Ocular
A ANATOMIA DO OLHO
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As diversas estruturas do olho servem:
Forma e movimento;
Conduzir a luz até o fotossensores;
Focalizar a imagem;
Nutrir, lubrificar e proteger;
Adaptar o olho;
Conduzir as informações visuais;
Processar as informações.
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A emergência do nervo óptico cria na retina uma região especial, chama de disco óptico ou ponto cego se localiza próximo a fóvea.
Fonte: www.opticanet.com.br
Figura: Vascularização da retina, disco óptico ou ponto cego.
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Figura: Teste para demonstrar a existência do ponto cego.
Fonte: SANTOS, Dandara Candido.
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A esclerótica é opaca às radiações visíveis. Nela estão inseridos os músculos externos que são responsáveis pela movimentação do globo ocular.
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A córnea é transparente à luz visível e participa como uma importante lente para a formação da imagem retiniana. 
Figura: Estrutura córnea 
Fonte: www.portaldaoftalmologia.com.br 
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As diversas estruturas do olho são nutridas pela: 
Artéria central da retina;
Veia central da retina.
Retina
Retina Nasal
Retina Temporal
Figura: Divisão da retina em nasal e temporal
Fonte: www.rci.rutgers.edu
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O cristalino é uma lente biconvexa de geometria variável.
A ativação do músculo ciliar se faz através das fibras parassimpáticas do nervo oculomotor.
À frente do cristalino existe a íris, que é uma membrana móvel e cuja cor determina a coloração do olho.
Cristalino
Ligamentos 
Suspensores
Músculos 
Ciliares
Corpo Ciliar
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A íris delimita duas câmaras: câmara anterior e câmara posterior. As câmaras estão preenchidas pelo humor aquoso.
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A cavidade que se situa por trás do cristalino contém o humor vítreo. 
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O humor aquoso é drenado das câmaras oculares para as veias, por meio do canal Schlemm. Esse canal se situa no corpo ciliar. O volume do humor aquoso é que determina a pressão intra-ocular.
 
Figura: Canal Schlemm
Fonte: www.siumed.edu
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A córnea e o cristalino atuam, em condições normais, como lentes convergentes.
Figura: Diferença entre o eixos
Fonte: www.wgate.com.br
OS SENSORES DA LUZ
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Na fóvea estão presentes somente os cones.
Na retina estão presentes tanto cones como bastonetes.
Os bastonetes, contudo não apresentam boa resolução e, por isso, não fornecem informações que permitam a definição de detalhes das imagens que recebem. 
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Seis músculos controlam os movimentos de cada olho.
Oblíquo maior;
Oblíquo menor;
Reto interno;
Reto externo;
Reto superior;
Reto inferior.
Figura: Músculos responsáveis pela movimentação do olho 
Fonte: www.ceoportoalegre.com.br 
MOVIMENTOS DO GLOBO OCULAR
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DIMENSÕES
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Quando corada pelo método de Nissl, podem ser identificadas 10 camadas distintas.
Epitélio pigmentar;
Camada dos receptores;
Membrana limitante externa;
Camada nuclear externa;
Camada plexiforme externa;
Camada nuclear interna;
Camada plexiforme interna;
Camada de células gaglionares;
Camada de fibras ópticas;
Membrana limitante interna.
A RETINA HUMANA
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CAMADA DE CÉLULAS PIGMENTARES 
Abrigam as células produtoras de melanina. (Camada 1)
Fonte: https://releasingthetruth.wordpress.com/category/artigos-em-portugues/
Fig.1 camada de celulares pigmentares.
Reduzir os espelhos de luz entre os fotorreceptores;
Captar o todo-trans-retinal;
Liberar o 11-cis-retinal para o meio.
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CAMADAS DE FOTORRECEPTORES 
Possuem dois tipos de células especiais:
Cones; 
Bastonetes.
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CAMADAS FOTORRECEPTORAS (CAMADA 2) 
Mem. limitante externa;
Cam. plexiforme interna;
Cam. de células ganglionares;
Cam. de fibra nervosa interna;
Mem. limitante externa;
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FORMAÇÃO DAS IMAGENS 
A luz tem natureza eletromagnética;
Duas teorias tentaram explicar a natureza da luz:
Newton propôs a Teoria Corpuscular;
Huygens propôs a Teoria ondulatória.
Fig.4 Polarização da luz.
Fonte: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172002000100006
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FORMAÇÃO DAS IMAGENS 
Fatores comuns a dispersão da luz:
VELOCIDADE: A luz não tem a mesma velocidade em todos os meios.
POLARIZAÇÃO: As ondas vibram transversalmente em relação a direção da propagação.
Fig.5 Polarização da luz.
Fonte: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172002000100006
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FORMAÇÃO DAS IMAGENS 
Fatores comuns a dispersão da luz:
DIFRAÇÃO: Quando a luz atravessa orifícios ou fendas as trajetórias dos raios sofrem encurvamento (Fig. 6).
Fig.6 Difração da luz.
Fonte: http://www.fisica.ufmg.br/fopdist/interferencia/interferencia_guia_impressao.htm 
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Fatores comuns a dispersão da luz:
INTERFERÊNCIA: Ocorre quando duas ondas luminosas se encontra no mesmo espaço. (Fig. 7)
Podem ser:
Construtivas;
Destrutivas.
FORMAÇÃO DAS IMAGENS 
Fig.7 Interferência da luz.
Fonte: http://www.if.ufrj.br/~coelho/DI/texto.html
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Fatores comuns a dispersão da luz:
REFLEXÃO: A luz, ao incidir sobre uma superfície, pode retornar ao meio de onde veio. (Fig. 8)
Podem ser:
Reflexão especular;
Reflexão difusiva.
FORMAÇÃO DAS IMAGENS 
Fig. 8 Reflexão da luz.
Fonte: http://www.brasilescola.com/fisica/reflexao-luz.htm
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Fatores comuns a dispersão da luz:
REFRAÇÃO: é o desvio da trajetória dos raios luminosos quando a luz passa de um meio para o outro. (Fig.9)
FORMAÇÃO DAS IMAGENS 
Fig. 8 Refração da luz.
Fonte: https://www.algosobre.com.br/fisica/refracao-da-luz.html
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FORMAÇÃO DAS IMAGENS 
Fatores comuns a dispersão da luz:
REFRINGÊNCIA: Serve para quantificar a refração dos corpos transparentes.
n = _c__
 v 
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FORMAÇÃO DAS IMAGENS 
REFLEXÃO TOTAL DA LUZ: Quando a luz passa de um meio menos refrigente para um mais refrigente
ÂNGULO MÁXIMO DE INCIDÊNCIA: É o maior ângulo formado por um raio refratado 
Fig. 8 ângulo máximo .
Fonte: https://www.algosobre.com.br/fisica/refracao-da-luz.html
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FORMAÇÃO DAS IMAGENS 
DECOMPOSIÇÃO DA LUZ BRANCA: Isaac Newton usou uma prisma para decompor a luz solar.
Fig. 9 Decomposição da luz .
Fonte: http://www.mundoeducacao.com/ fisica/decomposicao-luz-branca.htm
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FORMAÇÃO DAS IMAGENS 
TRAJETORIA DE UM RAIO NUMA PRISMA: A luz, ao se propagar num prisma homogenia, sofre duas refrações .
Fig. 9 Decomposição da luz .
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AS LENTES
 O Fenômeno de refração permitiu que as lentes fossem construídas;
Podendo ser:
Convergente;
Divergente.
A FORMAÇÃO DAS IMAGENS NA LENTES
 Podem ser:
Real;
Virtual;
Direta;
Invertida.
Maiores ;
Menores;
Iguais.
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Todo raio incidente que é paralelo ao eixo principal emerge da lente afastando-se do eixo principal. O prolongamento dos raios emergentespassa pelo foco da lente.
Todo raio incidente que passa pelo centro óptico da lente não sofre desvio.
Todo raio, cuja direção passa pelo foco-imagem, emerge da lente paralelo ao eixo principal.
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LENTES DIVERGENTES
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--------------------------------------------------------------------F
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http://ufpa.br/ensinofts/capitulo2.html
Todo raio paralelo ao eixo principal emerge da lente passando pelo seu foco.
O raio que passa pelo centro óptico da lente não sofre desvio.
Todo raio proveniente de um dos focos da lente emerge dela como raio paralelo ao eixo principal.
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LENTES CONVERGENTES
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----------------------------------------------------F
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Uma lente é delgada quando sua espessura é muito pequena em relação aos outros parâmetros ópticos, tais como: Distancia focal, distancia do objeto, distancia da imagem.
 
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EDUAÇÃO DAS LENTES DELGADAS
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As lentes podem ser classificadas pela função (convergentes e divergentes), pela espessura (espessa ou delgada) e pela forma (cilíndrica, toroidal, etc.).
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TIPOS DE LENTES
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TIPOS DE LENTES
O poder de convergência de uma lente é medido em dioptrias (D). Essa unidade corresponde ao inverso da distancia focal (f) da lente, quando ela é medida em metros.
D = ()
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PODER DE CONVERGÊNCIA DAS LENTES
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PODER DE CONVERGÊNCIA DAS LENTES
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Sob condições fisiológicas, as quatros superfícies refratoras principais do olho são:
Interface ar-córnea.
Interface córnea-humor aquoso.
Interface humor aquoso-cristalino.
Interface cristalino-humor vítreo.
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OLHO REDUZIDO
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O olho humano é capaz de modificar suas características ópticas a depender da distancia do objeto e da intensidade luminosa do meio.
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ADAPTAÇÃO À LUZ E ACOMODAÇÃO À DISTÂNCIA
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Ponto próximo é a menor distancia que um objeto pode estar da córnea, de modo a ser visto com nitidez.
Essa redução de nitidez se deve ao fato de que a imagem de um objeto puntiforme se forma, na retina, como um circulo extenso.
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PONTO PRÓXIMO
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O olho normal, isto é, aquele capaz de produzir imagem nítida sobre a retina tanto para objetos distantes como para objetos próximos, é chamado de emetrope. Os que fogem dessa regra são chamados de ametropes.
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DEFEITOS ÓPTICOS DO OLHO:
EMETROPIA E AMETROPIA 
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ABERRAÇÕES
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Os sistemas ópticos podem apresentar aberrações ópticas. As principais aberrações se devem aos defeitos de esfericidade – aberração esférica – e à separação das diversas cores do feixe luminoso – aberração cromática.
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Além das aberrações, a imagem retiniana sofre deformação provocada pelo espalhamento e pela difração da luz. Os meios transparentes do olho não são perfeitos.
O borramento da imagem produzido pelo espalhamento e pela difração nessas estruturas é de pequena monta e, normalmente, esses efeitos estão abaixo do limiar de sensibilidade da retina.
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DISPERSÃO E DIFRAÇÃO DA LUZ NO OLHO
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Todos os meios transparentes do olho podem sofrer opacitação, mas essa alteração é mais comum no cristalino e na córnea.
A opacitação do cristalino caracteriza uma patologia muito frequente, conhecida como catarata.
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DEFEITOS DE TRANSPARÊNCIA
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O globo ocular pode apresentar os seguintes defeitos devido à sua forma:
Miopia: o eixo ocular é excessivamente comprido.
Hipermetropia: o eixo ocular é excessivamente curto.
Astigmatismo: A córnea ou o cristalino apresentam imperfeições de curvatura.
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DEFEITOS DE FORMA
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Em virtude do grande comprimento do globo ocular, os raios paralelos que incidem na córnea convergem para um foco que se situa no interior do humor vítreo.
MIOPIA
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HIPERMETROPIA
Nessa patologia, o olho é muito curto e o foco do sistema óptico situa-se, virtualmente, atrás do globo ocular.
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PRESBIOPIA
À medida que o individuo envelhece, os músculos ciliares se tornam mais fracos e o cristalino perde elasticidade e extensibilidade.
A correção desse defeito se faz com lentes convergentes. 
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ASTIGMATISMO
O astigmatismo se deve a diferenças no raio de curvatura de determinadas regiões da córnea ou, mais raramente, do cristalino.
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VISÃO
A retina é uma película fotossensível, onde os fótons que chegam interagem com receptores especializados, gerando um pulso nervoso.
Composta de dois tipos de células fotossensíveis:
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 Cones
 Bastonetes
Visão fotópica.
Visão escotópica.
Na Fovea centralis
Espalham-se
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TEORIA DA DUPLICIDADE
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Teoria da duplicidade  7min  cones depois bastonetes.
Cones  5 min.
Bastonetes  15 min.  responsável pela informação visual.
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DESLOCAMENTO DE PURKINJE
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Curva B  azul-esverdeada;
Vermelho ↓
Curva A  amarelo
Espectro cobre toda a faixa de luz visível.
Pico  deslocamento de Purkinje.
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REFERÊNCIA ANGULAR PARA A RETINA
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As regiões da retina podem ser correlacionadas com a fovea centralis;
O grau de excentricidade das regiões é tomado considerando-se a fóvea como referência (0˚).
BIOFÍSICA DA VISÃO
O EXPERIMENTO DE PIRENNE
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BIOFÍSICA DA VISÃO
O EXPERIMENTO DE PIRENNE
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BIOFÍSICA DA VISÃO
Os resultados:
Considerando-se a fovea centralis está compreendida entre 0˚ e 1˚.
A presença dos cones permite a distinção tanto da cor azul como da vermelha.
ADAPTAÇÃO DO OLHO AO ESCURO
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A sensibilidade do olho de um individuo que é transferido do claro para o escuro aumenta progressivamente até alcançar um nível maximo Hecht & Schlaer, 1938.
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PIGMENTOS VISUAIS
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Os bastonetes possuem um pigmento fotossensível chamado rodopsina ou púrpura visual;
O cromóforo da rodopsina é o 11-cis-retinal (aldeído do retinol ou vitamina A). Esse se liga à opsina para formar a rodopsina.
Os fotopigmentos dos cones são chamados de iodopsinas, que possuem opsinas que combinam-se com o retinal, formam três pigmentos distintos.
BIOFÍSICA DA VISÃO
DECOMPOSIÇÃO DA RODOPSINA PELA LUZ
BIOFÍSICA DA VISÃO
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Uma molécula de rodopsina consiste de uma proteína, chamada opsina, e de um grupo prostético, que absorve a luz, o 11-cis-retinal.
A rodopsina é uma proteína transmembrana do bastonete. 
A absorção do fóton pelo 11-cis-retinal modifica sua estrutura tridimensional, resultando no isômero, all-trans-retinal.
Tal mudança acarreta uma variação conformacional na estrutura da opsina, indicando que houve absorção da energia luminosa. 
Fonte: http://www.scienceofspectroscopy.info/
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Fonte: PURVES, W. K., 2002.
BIOFÍSICA DA VISÃO
Discos  pigmento visual
mitocôndrias
ESTRUTURAS DE BASTONETES E CONES
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BIOFÍSICA DA VISÃO
ESTRUTURA DE BASTONETE E CONE
BIOFÍSICA DA VISÃO
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Figura. Diagrama do bastonete e do cone. 
Os bastonetes são geralmente mais longos e estreitos que os cones.
Observa-se a presença de diversos discos nas estruturas de ambas células.
Substâncias sensíveis a luz, Bastonete é a rodopsina e para o Cone é a iodopsina.
ESTRUTURA DE BASTONETE E CONE
BIOFÍSICA DA VISÃO
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Figura. Diagrama do bastonete e do cone. 
O terminal sináptico, mostrado no diagrama ao lado, é responsável pela comunicação com as células neuronais subsequentes, chamadas células horizontais e bipolares. 
Essas células representam os estágios seguintes da visão.
Fonte: GARCIA, E. A. C. 2000.
ESTRUTURAS DE BASTONETESE CONES
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Figura. Diagrama estrutural do Cone (Discos).
Destacando-se os discos do segmento externo e, em seguida, sucessivas ampliações, indicando como as proteínas iodopsinas estão inseridas na estrutura do cone.
BIOFÍSICA DA VISÃO
Fonte: GARCIA, E. A. C. 2000.
EXCITAÇÃO DOS FOTORRECEPTORES
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Figura. Principais íons que transportam carga elétricas entre os segmentos.
Na escuridão, a membrana dos bastonetes apresenta canais iônicos abertos, permitindo a passagem de íons.
A corrente de escuro (I) mantém o bastonete despolarizado (-40 mV), liberando um neurotransmissor.
Também chamadas de corrente de escuro (“dark current”) ou ainda corrente sensível à luz (“Light-sensitive current”).
BIOFÍSICA DA VISÃO
Fonte: PURVES, W. K., 2002.
ABSORÇÃO DE LUZ PELA RODOPSINA
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ABSORÇÃO DE LUZ PELA RODOPSINA
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ABSORÇÃO DE LUZ PELA RODOPSINA
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EFICIÊNCIA QUÂNTICA DA VISÃO
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BIOFÍSICA DA VISÃO
A luz é absorvida pela matéria de forma discreta, pois sua energia é transportada sob a forma de fótons.
NO – nervo óptico;
QO – quiasma óptico;
TO – trato óptico;
CGL – corpo geniculado lateral;
RO – radiações ópticas;
CE – cortex estriado  lobo occipital
TRAJETOS VISUAIS
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Fonte: Berne & Levy. 1993.
Figura: Trajetos nervosos envolvidos com o processo da visão.
TRAJETOS VISUAIS
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BIOFÍSICA DA VISÃO
GARCIA, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000.
PURVES, W. K., SADAVA, D., ORIANS, G. H., HELLER, H. G. Vida: A Ciência da Biologia. 6ª ed. Editora Artmed. 2002.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Boa Noite!
Fim...
Fim...
Fim...