La transducción de la energía luminosa en variaciones del potencial de membrana de los fotorreceptores comienza con la absorción de los fotones por parte de las proteínas pigmentarias sensibles a la luz en los discos de los segmentos externos de los fotorreceptores. Estas proteínas pigmentarias pertenecen a una familia conocida como opsinas. La proteína pigmentaria de los bastones se llama rodopsina, mientras que la de los conos se llama yodopsina. Un solo bastón puede contener hasta 100 millones de moléculas de rodopsina en sus discos del segmento externo.
Las moléculas de rodopsina contienen siete dominios transmembrana y se asemejan en cierto modo a los receptores sinápticos metabotrópicos en su estructura. De hecho, la rodopsina puede considerarse como una proteína receptora cuyo agonista ya está unido a ella. Este agonista es una molécula llamada retineno (o retinal) que se deriva de la vitamina A. Se une al centro del séptimo dominio transmembrana de la molécula de rodopsina. Más concretamente, se trata de la forma 11-cis del retineno, que, cuando absorbe la luz, se isomeriza a la forma totalmente trans. Esta isomerización convierte la rodopsina en su forma activa, la metarodopsina II. Esta reconfiguración de la molécula de retineno produce así el mismo efecto que si un neurotransmisor se hubiera unido repentinamente a un receptor.
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A continuación, la metarodopsina II estimula una proteína G particular llamada transducina. Como todas las proteínas G, la transducina activa entonces otra enzima, en este caso la fosfodiesterasa (PDE). Cuando la PDE se activa, convierte el GMPc que está presente en el citoplasma del bastón en ausencia de luz en GMP regular. La disminución resultante del GMPc cierra los canales de sodio en la membrana celular del bastón, hiperpolarizando así la célula. Como resultado, se liberan menos moléculas de neurotransmisor (probablemente glutamato) de las terminaciones sinápticas del fotorreceptor.
Nótese que se produce una amplificación de la señal en dos puntos de esta cascada bioquímica. Cada molécula de metarodopsina II activa unas 100 moléculas de proteína G, y cada molécula de fosfodiesterasa hidroliza unas 1.000 moléculas de GMPc en GMP. Este fenómeno de amplificación es el que permite a los bastones detectar la presencia de un solo fotón de luz.