Chemoreceptory: węch i smak

Receptory smaku - kubki smakowe (~10 000) zlokalizowane są na brodawkach smakowych (język, tylne podniebienie, przełyk)

W obrębie jednego kubka smakowego istnieją różne kombinacje komórek wrażliwych na różne smaki (~100 komórek wchodzi w skład jednego kubka)

Supertesterzy:

- większość stanowią kobiety

- nie przepadają za warzywami („zielonymi”) i tłuszczami

- stanowią około 25% populacji, mają około 165 kubków smakowych na cm2 (normalnie ludzie mają około 127 / cm2, a ludzie bez smaku - 117 / cm2)

Informacja o pobudzeniu receptorów dla poszczególnych „smaków” przenoszona jest do mózgu odrębnymi neuronami

Odróżnianie przeciwnych pobudzeń

np.: Silny bodziec słony powinien pobudzić komórki receptorowe smaku słodkiego - są tam także receptory błonowe dla smaku słonego.

Mózg porównuje odbiór z pozostałych typów receptorów: słonego, gorzkiego i kwaśnego).

Smak słony - bierze udział w utrzymaniu równowagi jonowej

• Napływ jonów sodowych Na+ przez kanały jonowe do wnętrza komórki powoduje jej depolaryzację

• Kanały dla sodu w kubkach smakowych są wrażliwe na amilorid (a niewrażliwe na TTX)

• Aldosteron indukuje ekspresję receptorów smaku słonego

• (mineralokortykoid kory nadnerczy, indukuje ekspresję także Na+/K+-ATPazy w kanalikach nerkowych)

Kwaśny (pH <6.5)

1) H+ blokują kanały dla K+ (po zewnętrznej stronie błony!)

2) H+ otwierają ASIC (Acid Sensitive Ion Channels) w mięśniach, tkankach otaczających płyn mózgowo-rdzeniowy oraz na języku; - napływ Na+ powoduje depolaryzację receptora

• ASIC1a aktywowany przy pH 7,

• ASIC2a aktywowany przy pH 5.5-6,

• heteromerczny ASIC1a/2a - wartości pośrednie

• Amilorid: hamuje ASIC (IC50= 14 mM - 73 mM)

Słodki smak posiadają:

Węglowodany - sacharoza, dekstroza, glukoza, fruktoza

• Alkohole - glikol etc.

• Sole - octan ołowiu (przyśpieszył upadek Rzymu...), octan uranu

• słodziki:

• sacharyna (1897)

• cyklamat (1937)

• aspartam (1965): ester metylowy Asp-Phe (formy L; formy D - smak gorzki)

• Białka

• Taumatyna - 3000 razy słodsza od sacharozy (roztwór procentowy)

• Monellina - 3000 (molowo, to około 100 000 razy)

• Mabinlina - 100

• Pentadina - 500

• Brazzeina - 2000

• Curculina - 550

• Mirakulina

Substancje słodkie:

- donor (A) i akceptor (B) wiązania wodorowego (protonu)

Miejsce hydrofobowe - modyfikuje (wzmacnia) wiązanie cząsteczki do receptora

Receptory smaku słodkiego

(Pierwsza rodzina receptorów smaku- T1R)

T1R1, T1R2, T1R3;

Dimer: T1R2/T1R3 - aktywny receptor musi być dimerem!

Słodkie białka wiążą się do T1R2/T1R3 (konkretnie do podjednostki TIR2, bo przyłączenie do TIR3 nie powoduje żadnego efektu poza przedłużeniem pobudzenia podjednostki TIR2

Miraculina - bez smaku

Po jej spożyciu, przez około 30 minut substancje kwaśne są odbierane jako słodkie - odpowiada za to pH-zależna zmiana konformacji mirakuliny (wiąże się do TIR3,

zmienia konformację po obniżeniu pH, po zmianie konformacji, pobudza receptor TIR2)

odczuwana jest jako słodycz.

Smak gorzki teoretycznie powinien odpowiadać truciznom; ale mamy tu do czynienia z ewolucyjną pomyłką (?) - jako że smak gorzki odczuwany jest u nasady języka, w momencie, gdy go czujemy, jest już za późno, żeby coś wypluć (ale oczywiście są na to sposoby :-).

UMAMI („smaczny”) - aminokwasy

Glutaminian sodu - „magi”; dużo glutaminianu w zbożach (zwłaszcza pszenicy)

Receptor:

T1R1/T1R3

Pobudzenie i wtórne przekaźniki - jak dla komórek odbierających smak słodki

Mleko ~ 20% aminokwasów

Mięso ~ 15% aa

T1R3 nie wiąże się z białkiem; jest niezbędne do osiągnięcia aktywnej konformacji przez T1R1 i T1R2

Cyklamat działa przez TIR3 (a nie prze TIR2, który połączony jest z białkiem G); wywołuje on zmianę konformacji TIR2 tak, że odczuwamy smak słodki.

Laktizol działa podobnie do cyklamatu - powoduje nieodczuwanie smaku umami i słodkiego

Odczuwanie intensywności smaku zależy od temperatury:

Wzrost temperatury wzmaga odczuwanie smaku słodkiego i gorzkiego (wyższa aktywność enzymów zaangażowanych w przekazywanie informacji)

Słone - bardziej słone, kiedy jest zimno

A kwaśne?

Leptyna - hamuje pobudzenie receptorów smaku słodkiego - otwiera kanały potasowe - hiperpolaryzacja; wydzielana przez komórki tłuszczowe (gdy mają dużą ilość ATP) zaburzenia w syntezie tego związku powodują otyłość.

Receptory z rodziny TR2s:

Gorzki - T2Rs (1-5)

podjednostki beta i gamma białka G fosfolipaza C IP3 otwarcie kanałów Ca2

podjednostka alfa białka G fosfodiesteraza

WĘCH

Narządem odpowiadającym za zmysł węchu jest opuszka węchowa w jamie nosowej (wyrostek mózgowia). Nabłonek węchowy (wyrostki komórek nerwowych) u człowieka przeciętnie zajmuje powierzchnię 2 x 5cm2.

Właściwymi elementami odbierającymi są wyrostki dendrytów komórek węchowych, które kontaktują się ze środowiskiem poprzez błonę śluzową jamy nosowej (w której rozpuszczają się substancje zapachowe).

Analiza sygnałów węchowych następuje w obrębie nosa.

Komórki receptorowe tworzą kłębuszki (splot aksonów komórek receptorowych i mitralnych).

Człowiek ~ 2 x 10 000 000 komórek receptorowych

Pies ~ 2 x 1 000 000 000 komórek receptorowych

Człowiek ~ 6 cilii na jeden dendryt

Pies ~ 100 cilii na jeden dendryt

Powierzchnia dendrytów ~ 600 cm2 (powierzchnia nabłonka ~ 2x5 cm2)

Jedna komórka receptorowa (żyje 4-8 tygodni) - jeden typ receptorów dla odorantów (ORs - odorant receptors)

Receptory zapachu (ORs)

Największa rodzina GPRs(G Protein Coupled Receptors)

Ssaki ~ 1 500 genów

Człowiek ~ 1 000 genów (~ 600 -700 pseudogenów)

~ 300 genów aktywnych

Aktywacja receptora białko G_olf alfa-GTP cyklaza adenylowa synteza cAMP, który wiąże się z kanałem Na+ i wzmaga jego przepuszczalność (także Ca2+).

Adaptacja do zapachu ~ zamknięcie kanału bramkowanego cyklicznym nukleotydem (CNG) przez wapń i Ca-kalmodulinę

~300 genów OR (~300 białek receptorowych) - tysiące zapachów

Ca2+ wiąże się z kalmoduliną Ca-kalmodulina łączy się z N-końcem kanału sodowego, co powoduje zamknięcie tego kanału.

Feromony - substancje lotne, zmieniające fizjologię innych osobników w obrębie danego gatunku

• Jedwabnik morwowy - bombykol (atraktant płciowy ~ 3 km)

• Pszczoły - feromony alarmowe (po użądleniu przez jedną pszczołę, inne atakują...)

• Psy - atraktanty płciowe wydzielane przez suki w okresie rui („cieczka” - „heat”)

• Koty - i samce i samice; cząsteczka feromonu podobna do waleriany

• Samce świń („wieprze”) - androstenol - samica staje się gotowa do zapłodnienia

• Myszy - feromon poronny (w moczu „obcych” samców) stała agresja wobec innych samic w ciąży.

• Mężczyźni wydzielają androstenol (pod pachami)

• Synchronizacja menstruacji - „pot pod pachami”?

• Kobiety preferują mężczyzn o zdecydowanie innym „kompleksie zgodności tkankowej” (MHC; major histocompatibility complex) - szczególnie w okresie owulacji

• Matki poznają dzieci „po zapachu” (czasami)

Feromony nie powinny mice zapachu (są odbierane podświadomie)

Narząd przylemieszowy - narząd Jacobsona (1813) (Vomeronasal Organ - VNO) - neurony VNO są bezpośrednio połączone z układem limbicznym

fizjologia zwierząt wykład 8

7

Jądro brzuszno-tylne przyśrodkowe wzgórza

Jądro smakowe mostu

Jądro pasma samotnego (rdzeń)

Układ limbiczny

Zakręt zaśrodkowy kory

Kora smakowa

Niepożądane: alkaloidy („gorzki”)

Czasem niepożądane: kwasy („kwaśny”)

Niezbędne: jony („słony”)

Pożądane:

• energia („słodki”)

• aminokwasy („smaczne”)

Gustducyna (białko G związane z receptorem)

a b g

T1R2/T1R3

Fosfolipaza C

GDP

TRPM5

(wapniozależne kanały dla jonów jednowartościowych)

DAG

IP₃

g

GTP

a

Ca²⁺

Fosfolipaza C

b

T1R2/T1R3

cukier

Kłębuszki

Aspartam neotam

glutaminian

cyklamat

Inhibitor: laktizol

Słodki umami

Kość sitowa

Aksony kom. węchowych

Gruczoły sluzowe

komórki mitralne i kępkowe

Komórki węchowe - 2x10mln

Kom. Podporowe

Dendryty kom. węchowych

Wyrostki (cilia) dendrytów

Komórki macierzyste

Nabłonek węchowy

Błona śluzowa

Kom. ziarniste

Kom. przykłębuszkowe

komórka mitralna

komórka mitralna

Kontrastowanie zapachu

Opuszka węchowa

Kora czołowa

Układ limbiczny

Pierwotna kora

węchowa

(ciało migdałowate, guzek węchowy, kora węchomózgowia)

~ 26 000 komórek receptorowych - jeden neuron w opuszce węchowej

Brak we VNO człowieka

PKC

DAG

IP₃

Kanały wapniowe (TRP2)

Fosfolipaza C

Białko G

VR

feromon

Receptory: V1R i V2R (vomeronasal receptor) K_A~1x10¹¹M^-1

- setki białek kodujących VR

---