”Chemiczne”Narządy

zmysłów

Dariusz Nowak

Zakład Fizjologii Klinicznej UMED

Łódz

Smak i Węch

• Ma pomóc w odróżnieniu trującego, nie

nadającego się do spożycia jedzenia od

odżywczego w pełni jadalnego pożywienia.

• U zwierząt węch pozwala na ocenę

odległości od innego zwierzęcia, lub innego

osobnika tego samego gatunku. Umożliwia

odszukanie innego osobnika lub jego

unikanie

• Oba zmysły smak i węch są ściśle związane

z prymitywnymi funkcjami OUN

odpowiedzialnymi za emocje i zachowanie.

Zmysł smaku

• Wrażenie (odczucie) smaku wypadkowa

kombinacja wrażeń z:

• Kubków smakowych w jamie ustnej
• Wrażeń węchowych
• Tekstury pokarmu
• Stymulacji zakończeń bólowych (np. przez

pieprz)

Zmysł smaku

Rozpoznano przynajmniej 13 chemicznych receptorów na

komórkach smakowych:

2 receptory dla Na
2 r. dla K
1 r chlorków
Po jednym dla adenozyny, inozyny, glutaminianu, i dla H+
Po dwa dla smaku słodkiego i gorzkiego
Zgrupowano je w 5 podstawowych wrażeń smakowych :

kwaśny, słony, słodki , gorzki i umami .

• Jedna osoba może rozróżniać setki różnych smaków;

wypadkowa kombinacji podstawowych wrażeń smakowych
analogicznie jak w przypadku rozróżniania barw.

Podstawowe wrażenia smakowe

• Smak kwaśny- przez kwasy, stężenie H+,

intensywność proporcjonalna do log [H+].

• S. słony; zjonizowane sole, głownie Na+ i inne

kationy (aniony w mniejszym stopniu).

• S. słodki – różne klasy związków: cukry, glikol,

alkohole, aldehydy, ketony, amidy, estry, niektóre

aminokwasy, kwasy sulfonowe, sole nieorganiczne

berylu, ołowiu. Mała modyfikacja niektórych z tych

związków zmienia smak na gorzki

Podstawowe wrażenia smakowe

• S. gorzki; większość są to związki organiczne,

długo-łańcuchowe związki zawierające azot,

alkaloidy (chinina, kofeina, strychnina, nikotyna)

Pewne związki (np. Sacharyna) smakują najpierw

słodko a po pewnym czasie dają smak gorzki. S.

gorzki - powoduje reakcje odrzucenia jedzenia –

sens bo większość trucizn w roślinach to alkaloidy,

które dają gorzki smak.

• Smak Umami (japońskie słowo) – delicious-

wyborny, wyśmienity- dominujący smak jedzenia

zawierającego L-glutaminian, np. wyciągi mięsne,

dojrzewające sery. (molekularny mechanizm

odpowiedzialny za ten smak jest nadal badany).

Próg smaku

• Kwaśny - 0.0009 M HCl
• Słony - 0.01 M NaCl
• Słodki - 0.01 M sacharoza
• Gorzki - 0.000008 M Chinina !!!! –

jakie to ma znaczenie ?

Kubek Smakowy i jego funkcja

• Średnica ok. 1/30 mm, dlugość 1/16 mm
• Składa się z 50 komórek nabłonkowych

(wyspecjalizowanych) : podporowe i smakowe.

• Kk. Smakowe starzeją się, złuszczają i są

odbudowywane przez podziały mitotyczne – u
zwierząt T1/2 komórek smakowych ok.. 10 dni, u
ludzi T1/2 nie określono.

• Pory smakowe, mikro-kosmki- włoski smakowe,

końcowa sieć smakowych włókien nerwowych

• Kubki znajdują się w 3 typach brodawek

Kubek Smakowy i jego funkcja

• Dorośli mają 3000 do 10 000 kubków
• Po przekroczeniu wieku 45 lat kubki zaczynają

degenerować- spada ich liczba i smak traci się z
wiekiem

• 1 kubek smakowy odpowiada głownie na 1 z 5

głównych bodźców gdy substancje smakowe są w
niskim stężeniu

• Gdy są one w wysokich stężeniach to większość

kubków może być pobudzona przez dwa lub
więcej podstawowych bodźców a także inne.

Kubek Smakowy i jego funkcja

• Pobudzenie, spoczynkowy potencjał ujemny
• Substancja smakowa – depolaryzacja (najczęściej

proporcjonalna do logC)

• Zmiana potencjału (depolaryzacja) jest to potencjał

receptorowy dla smaku ( w mikro-kosmkach)

• S. smakowa- wiązanie do białkowego receptora –

otwarcie kanału jonowego – napływ do wnętrza Na+

lub H+ (tak jest dla smaku słonego i kwaśnego)

• Ślina wymywa substancję smakową i kończy się

pobudzenie.

• Dla smaku słodkiego i gorzkiego – uwalnianie w

komórce wtórnych przekaźników.

Przewodzenie sygnałów smakowych

• Bodziec- kubek smakowy- wyładowanie w nerwie

(największe w ciągu ułamka sekundy, później
adaptacja i maleją w ciągu kilku sekund małej stałej
wartości zależnej od obecności bodźca smakowego

• Kubki (z przednich 2/3 języka) – nerw językowy-

chorda tympani- nerw twarzowy- tractus solitarius
(pień mózgu) – wzgórze- kora mózgowa

• Z innych kubków przewodzą inne nerwy
• Odruchy smakowe (integracja na poziomie pnia

mózgu) – z tractus solitarius poprzez nuclei
salivatori – do ślinianek – wydzielanie śliny.

Smak

• Adaptacja do smaku
• Całkowita w ciągu ≈ 1 min
• Zachodzi na poziomie kubków i OUN - różnice od

innych wrażeń gdzie adaptacja zachodzi tylko na
poziomie receptora.

• Preferowanie smaków – u zwierząt – wybiera takie

pożywienie a nie inne – automatyczna kontrola diety

• Eksperymenty na zwierzętach:
zwierzęta bez nadnerczy (utrata soli) - automatycznie

wybierają dopicia wodę z dużą zawartością NaCl-
zapobiega śmierci.

Smak

• Zwierzęta po iniekcji insuliny – spadek glikemii –

wybierają pożywienie o słodkim smaku

• Zwierzęta po usunięciu przytarczyc – wybierają do

picia wodę z dużą zawartością CaCl2

• Awersja do danego smaku u ludzi (też występuje

u zwierząt). Jak powstaje ?

Węch

• Słabo rozwinięty u ludzi w porównaniu ze

zwierzętami

• Błona węchowa – górna część każdego z

nozdrzy

• W każdym z nozdrzy – powierzchnia błony

węchowej ≈ 2.4 cm

2

• Komórki węchowe – receptory wrażeń

węchowych – komórki dwubiegunowe,
które pochodzą z OUN

Narząd węchu

• Liczba komórek węchowych – 100 x 10

6

–

rozrzucone między komórkami odżywczymi

• 4 do 25 włosków (rzęsek) węchowych – Ф = 0.3

µm, L=200 µm – skierowane do śluzu który
wyściela powierzchnię

• Gruczoły Bowman’a wydzielają śluz na

powierzchnię błony węchowej

• Włoski węchowe odpowiadają na bodziec

chemiczny

Węch

• Substancja zapachowa →dyfuzja do śluzu→ wiązanie z

białkiem rzęski (7-fold transmembrane)→ białko G→
podjednostka α→ aktywacja cyklazy adenylowej→ cAMP→
kanał dla Na+→ napływ Na+ do cytoplazmy → wzrost
ładunku po wewnętrznej stronie błony → impuls nerwowy
(nerw węchowy)

• 1 aktywacja białka G
• 2 aktywacja cyklazy a.
• 3 tworzenie cAMP
• 4 otwarcie kanału sodowego

• Na każdym etapie wzmocnienie przekazywania sygnału –

dlatego bardzo małe stężenia wywołują reakcje zapachowe

Węch

• Co pachnie (lub śmierdzi) ?

• Wyczuwamy lotne substancje które są wciągane

do nozdrzy

• Substancja musi być chociaż trochę

rozpuszczalna w wodzie

• Dobrze też jak jest trochę rozpuszczalna w

lipidach

• estry

Komórka węchowa

• Spoczynek – potencjał przezbłonowy ≈ -55 mV , w

tych warunkach podstawowa generacja
potencjałów czynnościowych 1 na 20 s do 2-3 na
sekundę

• Substancja zapachowa – depolaryzacja do – 30

mV lub jeszcze bardziej – liczba potencjałów
czynnościowych rośnie do 20-30 / s

• Liczba impulsów proporcjonalna do log [c] , c –

stężenie substancji zapachowej

Adaptacja do zapachu

• 50% adaptacja już po 1 sekundzie ale później

adaptacja bardzo mała i bardzo powoli (to
dotyczy komórki węchowej)

• Ale gdy wejdziemy do śmierdzącej sali – to jednak

po kilku minutach nie czujemy smrodu –
dlaczego ?

• Bo jest jeszcze proces adaptacji „psychologicznej”

– nie na poziomie receptora (komórki węchowej)
ale na poziomie OUN – komórki ziarniste w
opuszce węchowej – hamujący sygnał

Podstawowe wrażenia węchowe

• (podobnie jak smak) ale jest ich siedem

(opracowano na podstawie badań

psychofizjologicznych)

• 1 kamforowy
• 2 piżmowy
• 3 kwiatowy
• 4 miętowy
• 5 eteryczny
• 6 gryzący
• 7 gnijący

Podstawowe wrażenia węchowe

• Ale na podstawie badań sekwencji genowych

kodujących białka receptorowe komórek
węchowych ustalono że jest około 100
podstawowych wrażeń węchowych

• Mieszanina tych wrażeń daje złożone wrażenie

węchu

• Porównanie ze smakiem i wzrokiem ?
• Ślepota węchowa „odor blindness” – dla

pojedynczej substancji – odkryto ją dla 50 różnych
substancji – przyczyna genetycznie
uwarunkowany brak receptora dla tej substancji

Wrażenia węchowe

• Próg zapachu
• Metylmercaptan – 25 trylionowych części grama w 1

ml powietrza

• Tę substancję dodaje się do gazy ziemnego by

wyczuć gdy ulatnia się z rury lub nieszczelnego
zaworu

• Dla wielu substancji zapachowych stężenia 10 – 50 x

większe od progowego wywołują maksymalne
wrażenie węchowe (bardzo to się różni od oka i
słuchu)

• Dlaczego ? Bo węch ma wykryć substancję lub dać

sygnał ze jej nie ma. Nie informuje nas o ilości !

Transmisja sygnału

• Olfactory tract (I nerw czaszkowy)
• Medial olfactory area – „stara” część – reakcje np.

u zwierząt – wydzielanie śliny, lizanie warg w
odpowiedzi na zapach jedzenia

• Lateral olfactory area – wejście do mniej starego i

nowego systemu węchowego , nowy – świadoma
analiza zapachu

• Mniej stara część – awersja do jedzenia –

nudności i wymioty