基本結(jié)構(gòu)
構(gòu)造 視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞均分化為內(nèi)段和外段，兩者間由纖細(xì)的纖毛相連。內(nèi)段，包含細(xì)胞核眾多的線粒體及其他細(xì)胞器，與光感受器的終末相連續(xù)；外段，則與視網(wǎng)膜的第2級神經(jīng)細(xì)胞形成突觸聯(lián)系。外段包含一群堆積著的小盤，這些小盤由細(xì)胞膜內(nèi)褶而成。視桿細(xì)胞多數(shù)小盤已與細(xì)胞膜相分離，而視錐細(xì)胞小盤仍與細(xì)胞膜相連。在正常情況下，外段頂端的小盤不斷脫落，而與內(nèi)段相近的基部的小盤則不斷向頂部遷移。但在視網(wǎng)膜色素變性等病理情況下，這種小盤的更新會發(fā)生障礙。
視色素 在外段小盤上排列著對光敏感的色素分子，這種色素通稱視色素，它在光照射下發(fā)生的一系列光化學(xué)變化是整個(gè)視覺過程的起始點(diǎn)。
視桿細(xì)胞的視色素 視桿細(xì)胞的視色素叫做視紫紅質(zhì)，它具有一定的光譜吸收特性，在暗中呈粉紅色，每個(gè)視桿細(xì)胞外段包含109個(gè)視紫紅質(zhì)分子，視紫紅質(zhì)是一種色蛋白，由兩部分組成。其一是視蛋白，有348個(gè)氨基酸，分子量約為38 000；另一部分為生色基團(tuán)——視黃醛，是維生素A的醛類，因?yàn)榇嬖谌舾商嫉碾p鍵，它具有幾種不同的空間構(gòu)型。在暗處呈扭曲形的11-型異構(gòu)體，但受光照后即轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€形的全-反型異構(gòu)體。后者不再能和視蛋白相結(jié)合，經(jīng)過一系列不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物后，視黃醛與視蛋白相分離。在這一過程中，視色素分子失去其顏色（漂白）。暗處它在酶的作用下，視黃醛又變?yōu)?1-順型，并重新與視蛋白相結(jié)合（復(fù)生），完成視覺循環(huán)。在強(qiáng)光照射后，視紫紅質(zhì)大部分被漂白，其重新合成需要約1小時(shí)。隨著視紫紅質(zhì)的復(fù)生，視網(wǎng)膜的對光敏感度逐漸恢復(fù)，這是暗適應(yīng)的光化學(xué)基礎(chǔ)。當(dāng)動物缺乏維生素A時(shí),視覺循環(huán)受阻，會導(dǎo)致夜盲。
視錐細(xì)胞的視色素 視錐細(xì)胞的視色素的結(jié)構(gòu)與視紫紅質(zhì)相似，所不同者為視蛋白的類型；其分解和復(fù)生過程也相似。在具有色覺的動物，有3種視錐細(xì)胞，分別包含光譜吸收峰在光譜黃、綠、藍(lán)區(qū)的視色素，這種不同的光譜敏感性由其視蛋白的特異性所決定。
興奮
由細(xì)胞膜對離子的通透性的變化所產(chǎn)生。光感受器在不受光刺激時(shí)處于活動狀態(tài)，即在暗中細(xì)胞膜的離子通道是開放的，鈉離子流持續(xù)地從細(xì)胞外流入細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞膜去極化。光照則引起離子通道關(guān)閉，使膜電導(dǎo)降低，整個(gè)感受器超極化，細(xì)胞興奮。
由于視色素位于外段的小盤上，由視色素空間構(gòu)型的變化所導(dǎo)致外段質(zhì)膜的通透性變化，必須通過第二信使來實(shí)現(xiàn)。1985年，科學(xué)家們應(yīng)用膜片鉗技術(shù)證明，這種第二信使即環(huán)鳥苷酸（cGMP）。光感受機(jī)制的基本過程是：視色素分子被光漂白，激活三磷酸腺苷結(jié)合蛋白，進(jìn)而又激活磷酸二酯酶，后者把cGMP水解為鳥苷酸，降低了cGMP的濃度。在暗處，正是cGMP使細(xì)胞膜離子通道保持開放，它的濃度降低會使這些通道的開啟情況發(fā)生變化，導(dǎo)致光感受器的興奮。
超微電極技術(shù)（尖端小于1微米）的發(fā)展可使電極刺入脊椎動物光感受器細(xì)胞（直徑幾微米至十幾微米），記錄和分析單個(gè)光感受器的生物電活動。在暗處，由于鈉離子流持續(xù)從胞外流入胞內(nèi)，光感受器細(xì)胞膜的靜息電位較低，胞內(nèi)記錄約為-30毫伏，光照時(shí)，鈉通道關(guān)閉，鈉電導(dǎo)下降，使膜電位接近鉀離子的平衡電位，光感受器的胞內(nèi)電位變得更負(fù)，形成超極化。這是光感受器電反應(yīng)的重要特點(diǎn)。此外，它是一種隨光強(qiáng)增加而逐漸增大幅度的分級電位，并不產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞最常見的生物電形式——動作電位。
光感受器對物理強(qiáng)度相同，但波長不同的光，其電反應(yīng)的幅度也各不相同，這種特點(diǎn)通常用光譜敏感性來描述。在具有色覺的動物（包括人），數(shù)百萬的視錐細(xì)胞按其光譜敏感性可分為3類，分別對紅光、綠光、藍(lán)光有最佳反應(yīng)，與視錐細(xì)胞三種視色素的吸收光譜十分接近，色覺具有三變量性，任一顏色在原理上都可由3種經(jīng)選擇的原色（紅、綠、藍(lán)）相混合而得以匹配。在視網(wǎng)膜中可能存在著3種分別對紅、綠、藍(lán)光敏感的光感受器，它們的興奮信號獨(dú)立傳遞至大腦，然后綜合產(chǎn)生各種色覺。色盲的一個(gè)重要原因正是在視網(wǎng)膜中缺少一種或兩種視錐細(xì)胞色素。
由于光感受器在暗中保持去極化狀態(tài)，其末端在暗中持續(xù)向第二級神經(jīng)細(xì)胞釋放遞質(zhì)，光照使細(xì)胞膜超極化，遞質(zhì)釋放減少。光感受器的遞質(zhì)可能是谷氨酸或天冬氨酸。
無脊椎動物的光感受器的對光反應(yīng)為去極化，并產(chǎn)生神經(jīng)脈沖，與其他感受器（如牽張感受器）的電活動并無差異。
