Πως δουλεύουν οι αισθήσεις?

Transcript

1 Αισθητικά συστήµατα Όραση Ακοή Όσφρηση Γεύση Αφή Πως δουλεύουν οι αισθήσεις? Ειδικοί αισθητικοί νευρώνες µε: Υποδοχείς µε 7 διαµεµβρανικές έλικες ελέγχουν διαύλους ιόντων (όσφρηση, όραση, γεύση) ιαύλους ιόντων (ακοή, αφή, γεύση) µεταβιβάζουν νευρικές ώσεις στον εγκέφαλο 1. Όσφρηση 2. Γεύση 3. Όραση Όραση Όσφρηση Γεύση Ακοή Αφή

2 1. Όσφρηση ιάκριση µεταξύ χιλιάδων χηµ. ενώσεων οσµών Οσµογόνα: πτητικά µικρά οργανικά µόρια Βενζαλδεύδη (Αµύγδαλο) 3-µεθυλο-1 -θειολοβουτάνιο (Μεφίτιδα) Γερανιόλη (Τριαντάφυλλο) Ζιγγιβέρένιο (Ζιγγιβέρι) Σηµασία στο σχήµα του οσµογόνου µορίου R-Καρβόνη (δυόσµος) S-Καρβόνη (κύµινο) Το κύριο οσφρητικό επιθήλιο Προς οσφρητικό βολβό Οσφρητικός βολβός Κύριο οσφρητικό επιθήλιο Ρινική κοιλότητα Πτητικό οσµογόνο Κροσσοί Βλέννα ~1x10 6 αισθητικοί νευρώνες Οσφρητικοί υποδοχείς

3 Οσφρητικοί υποδοχείς (µεµβρανικές πρωτεΐνες µε 7 διαµεµβρανικές έλικες) Μεταβλητά κατάλοιπα Κυτταρική µεµβράνη Συντηρηµένα κατάλοιπα διαφορετικοί οσφρητικοί υποδοχείς 20% ταυτόσηµοι µε β-αδρενεργικό υποδοχέα, 30-60% µεταξύ τους Θέση δέσµευσης οσµογόνου Ένας νευρώνας ένα είδος υποδοχέα! Ψευδογονίδια (0% 70%) Η εξέλιξη των οσφρητικών υποδοχέων στα πρωτεύοντα (% λειτουργικών γονιδίων) Άνθρωπος (30) Γορίλας (50) Χιµπαντζής (52) Ουρακοντάκος (61) Γίββωνας (59) Μακάκος (65) Βαβουϊνος (81) Λεοντόκηβος (100) Σκιουροπίθηκος (93)

4 Καταρράκτης µεταγωγής οσφρητικών σηµάτων Οσµογόνο µόριο Υποδοχέας Αδενυλική κυκλάση Ιοντικός δίαυλος ελεγχόµενος από camp Εκπόλωση της µεµβράνης δυναµικό ενέργειας νευρώνες οσφρητικού βολβού συνδυασµός δυναµικών από διαφορετικούς νευρώνες αίσθηση της οσµής Αναζήτηση σχέσης υποδοχέα - οσµογόνου 1 ο πείραµα Υπερέκφραση ενός υποδοχέα σε διαγονιδιακό ποντικό απόκριση σε αλδεϋδες µε ευθείες αλυσίδες (κυρίως n-οκτανάλες)

5 2 ο πείραµα Σχήµατα ενεργοποίησης οσφρητικών υποδοχέων L. Buck 2 ο πείραµα Σχήµατα ενεργοποίησης οσφρητικών υποδοχέων Υποδοχέας Οσµογόνο Κάθε οσµογόνο ενεργοποιεί αρκετούς υποδοχείς, και κάθε υποδοχέας ενεργοποιείται από αρκετά οσµογόνα (πλεονέκτηµα?)

6 Κύριο οσφρητικό επιθήλιο και οσφρητικός βολβός Κύριο οσφρητικό επιθήλιο Οσφρητικός βολβός Οσφρητικός βολβός Αισθητικοί νευρώνες Κύριο οσφρητικό επιθήλιο Κροσσοί Σύγκληση των νευρώνων όσφρησης Γεύση (πικρό Αισθητικοί νευρώνες µε 3 είδη υποδοχέων Εγκέφαλος Αισθητικοί νευρώνες 1 κύτταρο ένας οσφρητικός υποδοχέας Σύγκληση σε διαφορετικές θέσεις του εγκεφάλου 1 κύτταρο πολλοί διαφορετικοί T2R υποδοχείς Σύγ ίδια εγκ

7 Ηαπόκρισητουεγκεφάλουσεοσµογόνα µόρια Λειτουργική απεικόνιση µε µαγνητικό συντονισµό (fmri) 1. Ενεργό τµήµα εγκεφάλου: διαστολή αγγείων = αιµοσφαιρίνη 2. Αλλαγή στις µαγνητικές ιδιότητες του σιδήρου σε οξυ/δεοξυ-αιµοσφαιρίνη τροποποίηση των σηµάτων των πρωτονίων του ύδατος απεικόνιση µε χρώµα 2. Γεύση Γευστικός κάλυκας

8 2. Γεύση Γλυκό Αλµυρό Umami Πικρό Ξινό (εξαιρετική γευστικότητα) Γλυκόζη (παράδειγµα) Ιόντα νατρίου Γλουταµινικό Κινίνη (παράδειγµα) Ιόντα υδρογόνου Υποδοχείς 7 διαµεµβρ. έλικες (Ιοντικοί δίαυλοι) 7 διαµεµβρ. έλικες 7 διαµεµβρ. έλικες (Ιοντικοί δίαυλοι) Γεύση του πικρού Υποδοχείς µε 7 διαµεµβρανικές έλικες ενεργοποιούν εξειδικευµένη υποµονάδα α πρωτεΐνης G(γευστίνη) γευστίνη

9 Υποδοχείς πικρής γεύσης Τ2R-1 και άλλα µέλη (30-70% ταυτόσηµα) Μεταβλητά κατάλοιπα Ισχυρά συντηρηµένα κατάλοιπα (µάλλον για πρόσδεση γευστίνης) Απόδειξη ότι οι Τ2R είναι υποδοχείς πικρής γεύσης 1. Εκφράζονται σε ευαίσθητα στη γεύση κύτταρα 2. Ποντικοί που δεν αντιδρούν στο κυκλοεξιµίδιο έχουν µεταλλαγµένο τον mt2r-5 3. Κύτταρα που εκφράζουν έναν T2R αποκρίνονται σε συγκεκριµένες πικρές ουσίες (πχ o mt2r-5 αναγνωρίζει µόνο κυκλοεξιµίδιο και διεγείρει τη δέσµευση GTP στη γευστίνη) GTP που δεσµεύθηκε στη γευστίνη έσµευση GTP στη γευστίνη παρουσία υποδοχέα mt2r-5 γευστίνη Μάρτυρας Προπυλοθειοουρακίλη Καφεΐνη Κυκλοεξιµίδιο Ατροπίνη Κινίνη Σακχαρίνη Στρυχνίνη 1 κύτταρο πολλούς T2R υποδοχείς ίδιο αποτέλεσµα

10 ιαφορές στην έκφραση και σύνδεση υποδοχέων όσφρησης και πικρής γεύσης Όσφρηση Γεύση (πικρό) Αισθητικοί νευρώνες Εγκέφαλος Αισθητικοί νευρώνες Εγκέφαλος 1 κύτταρο ένας οσφρητικός υποδοχέας Σύγκληση σε διαφορετικές θέσεις του εγκεφάλου 1 κύτταρο πολλοί διαφορετικοί T2R υποδοχείς Σύγκληση στην ίδια θέση του εγκεφάλου 3. Όραση Απορρόφηση φωτός από φωτοϋποδεκτικά κύτταρα του οφθαλµού Ορατό φως nm Ακτίνες Χ Ορατό φως Μήκος Κύµατος (m) Ραδιοκύµατα Το ηλεκτροµαγνητικό φάσµα και το ορατό φως

11 Απορρόφηση φωτός από φωτοϋποδεκτικά κύτταρα στον αµφιβληστροειδή του οφθαλµού: Ραβδιοφόρα (100x10 6 ) αµυδρό φως όχι χρώµα Κωνιοφόρα (3x10 6 ) έντονο φως χρώµα Ραβδιοφόρα κύτταρα ~1000 δίσκοι Εξωτερικό τµήµα ( ίσκοι: σάκοι µε µεµβρανικό φωτοϋποδοχέα: ροδοψίνη )

12 Ροδοψίνη + Οψίνη 11-cis ρετινάλη (η οµάδα απορρόφησης του φωτός) Ροδοψίνη Φάσµα απορρόφησης της ροδοψίνης Συντελεστής απόσβεσης (M -1 cm -1 ) Μήκος κύµατος (nm)

13 Ο δεσµός ρετινάλης-οψίνης Βάση Schiff Πρωτονιωµένη βάση Schiff Η + + Λυσίνη cisρετινάλη Οψίνη Ροδοψίνη Ροδοψίνη Μέγιστα απορρόφησης 370nm 380nm >440nm 500nm ηµιουργία σήµατος λόγω απορρόφησης φωτός Φως 11-cis-ρετινάλη πρωτεΐνη Όλο-trans-ρετινάλη πρωτεΐνη Το φως ισοµερειώνει τη ρετινάλη από cis σε trans µετακίνηση 5Å του Ν της βάσης Schiff = φωτεινή ενέργεια ατοµική κίνηση (αντίστοιχα µε πρόσδεση προσδέµατος σε κλασικούς υποδοχείς)

14 Παράλληλη δράση των 7ΤΜ υποδοχέων Υποδοχέας + πρόσδεµα Υποδοχέας µε 7 διαµεµβρανικές έλικες που έχει δεσµεύσει το πρόσδεµα Ροδοψίνη + φως Φως (1msec) Αποπρωτονίωση της ρετινάλης και αναδιοργάνωση της οψίνης Μεταροδοψίνη ΙΙ Καταρράκτης µεταγωγής οπτικών σηµάτων Φως (1 φωτόνιο) Ροδοψίνη Φωσφοδιεστεράση Ιοντικός δίαυλος που ελέγχεται από cgmp a i Μεταγωγίνη (Πρωτεΐνη G) Μείωση της cgmp κλείσιµο τωνδιαύλων υπερπόλωση της µεµβράνης νευρικές ώσεις (δυναµικά ενέργειας)

15 Αποκατάσταση του συστήµατος (γρήγορος τερµατισµός της ενεργοποίησης) Κινάση φωσφορυλίωση ροδοψίνης Πρόσδεση παγιωνίνης αναστολή αλληλεπίδρασης µε µεταγωγίνη Φως Ροδοψίνη Φωσφοδιεστεράση Ιοντικός δίαυλος που ελέγχεται από cgmp Η διακοπή εισροής Ca++ Μεταγωγίνη ενεργοπ. γουανυλικής κυκλάσης παραγωγή cgmp επαν-εισροή Ca++ Υδρόλυση GTP λόγω δράσης GTPασης Κωνιοφόρα κύτταρα

16 Φάσµατα απορρόφησης των τριών φωτοϋποδοχέων των κωνιοφόρων κυττάρων Απορροφητικότητα Μήκος κύµατος Φωτοϋποδοχείς των κωνιοφόρων κυττάρων, για µπλε, πράσινο και ερυθρό χρώµα (οµόλογοι της ροδοψίνης) 1 κύτταρο 1 είδος φωτοϋποδοχέα ~40% οµοιότητα µε τη ροδοψίνη ~40% οµοιότητα µεταξύ µπλε και πράσινου/ερυθρού ~95% οµοιότητα µεταξύ πράσινου και ερυθρού (συµπεράσµατα?) +11-cis ρετινάλη Οι διαφορές µεταξύ φωτοϋποδοχέων για πράσινο και ερυθρό

17 Αισθητικά συστήµατα Εξαιρέσεις στην ύλη Από τιςγεύσεις, µόνο για την πικρή απαιτείται να διαβάσετε εν απαιτείται να διαβάσετε για ακοή και αφή