Human vision

 Human vision

Penglihatan manusia, serta deteksi cahaya oleh organisme lain, diketahui melibatkan senyawa yang disebut 11-cis-retinal. Rumus struktural ditunjukkan di sebelah dibawah. Senyawa ini, yang berasal dari vitamin A, terkandung dalam dua jenis sel — sel batang dan sel kerucut — yang terletak di retina mata. Sel batang bertanggung jawab untuk penglihatan dalam cahaya redup. Mereka memberikan sensasi terang atau gelap tetapi tidak ada sensasi warna. Sel kerucut bertanggung jawab untuk penglihatan warna, tetapi mereka membutuhkan cahaya terang.

Penglihatan warna dimungkinkan karena ada tiga jenis sel kerucut: satu jenis menyerap cahaya di wilayah spektrum merah, yang lain menyerap di wilayah hijau, dan yang ketiga menyerap di wilayah biru. Pada masing-masing sel yang berbeda ini, 11-cis-retinal melekat pada molekul protein yang berbeda, yang memengaruhi wilayah cahaya yang diserap oleh retina. 

Ketika foton cahaya diserap oleh 11-cis-retinal, itu diubah menjadi 11-trans-retinal (lihat Gambar). Perubahan kecil pada satu ikatan rangkap karbon-karbon ini menghasilkan pergerakan besar dari satu ujung molekul terhadap ujung lainnya. Dengan kata lain, penyerapan foton tunggal menghasilkan perubahan signifikan dalam geometri molekul. Perubahan bentuk retina ini juga mempengaruhi bentuk molekul protein yang melekat padanya, dan perubahan ini menghasilkan serangkaian peristiwa, tidak sepenuhnya dipahami, di mana sinyal listrik dihasilkan.

Untuk memahami konversi cis-trans ketika foton diserap, pertimbangkan molekul cis-1,2-dichloroethene yang serupa namun lebih sederhana. Ikatan rangkap terdiri dari ikatan σ dan ikatan π. Ikatan π dihasilkan dari dua elektron dalam orbital molekul π-type. Orbital anti ikatan yang sesuai, π*, memiliki energi lebih tinggi dari orbital dan tidak dihuni dalam kondisi dasar. Ketika foton cahaya di daerah ultraviolet (dekat 180 nm) diserap oleh cis-1,2-dichloroethene, sebuah elektron di orbital π mengalami transisi ke orbital π*. Sedangkan sebelumnya ada dua elektron di orbital ikatan π (berkontribusi satu ikatan), sekarang ada satu elektron di orbital ikatan dan satu di orbital antibonding (dengan nol ikatan bersih). Sebagai hasil dari penyerapan foton, ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal dan rotasi pada ikatan sekarang dimungkinkan. Isomer cis cenderung berputar ke isomer trans, yang lebih stabil. Kemudian energi hilang sebagai panas, dan elektron dalam orbital π* mengalami transisi kembali ke orbital π; ikatan tunggal menjadi ikatan rangkap lagi. Hasil bersihnya adalah konversi isomer cis menjadi isomer trans. 

Retina berbeda dari dichloroethene dalam memiliki enam ikatan rangkap bergantian dengan ikatan tunggal, bukan hanya satu ikatan rangkap. Ikatan ganda dan tunggal bolak-balik memberikan struktur yang kaku, dan ketika ikatan rangkap tengah mengalami perubahan cis-ke-trans, gerakan besar atom terjadi. Hasil lain dari reaksi bolak-balik dari rantai panjang ikatan rangkap dan tunggal adalah perubahan panjang gelombang cahaya yang diserap dalam transisi π-ke-π*. Dichloroethene menyerap di wilayah ultraviolet, tetapi retina yang melekat pada proteinnya menyerap di wilayah yang terlihat. (Protein terlampir juga mengubah panjang gelombang cahaya yang diserap.) Banyak senyawa biologis yang berwarna terdiri dari rantai panjang ikatan rangkap ganda dan tunggal. -Carotene, pigmen kuning pada wortel, memiliki struktur ini. Dipecah dalam tubuh untuk memberikan vitamin A, dari mana retina berasal.

Sumber :Theodore L. Brown, Chemistry: The Central Science