Molekulární mechanismy smyslového vnímání František Duška Prezentace ke stažení na

Úvod Doplnění molekulárních mechanismů vzniku akčních potenciálů na smyslových buňkách Smyslové buňky: ▫Primární = modifikované neurony (tyčinky, čípky, čichové buňky) ▫Sekundární = modifikované epitelové buňky ovíjené dendrity neuronů (chuťové bb., vláskové bb.) Akční potenciál je veden dalšími neurony smyslových drah až do mozkové kůry

Molekulární mechanismus čití světla Barevné vidění

Mechanismus čití světla 1.Světločivný protein = rhodopsin ▫Retinal = kofaktor (odvozený od vit. A) ▫Opsin = apoprotein 2.Dopad fotonu vede k aktivaci rhodopsin, který přenáší signál na transducin 3.Transducin = G-protein, který aktivuje fofsfodiesterázu, která degraduje cGMP 4.Snížení IC koncentrace cGMP uzavře Na+ kanály v membráně, což vede k hyperpolarizaci

Detaily rhodopsinového cyklu All- trans- retinal All- trans- retinol Pig. epitel 11-cis- retinal Světlo Změna konformace opsinu, aktivace transducinu

Terminace fototransdukční kaskády Opsin-kináza fosroryluje rhodopsin, fosforylovaný rhodopsin váže arrestin Inaktivace transducinu spontánní hydrolýzou GTP na GDP+Pi Aktivace guanylátcyklasy (GCA proteinem) znovu na syntetizuje cGMP, což otvírá Na+ kanály

Barevné vidění Čípky Trichromatická teorie (Young-Helmholtz, 1872) 3 pigmenty citlivé na světlo o specifické vlnové délce X-vázaný defekt 1 proteinu = daltonismus (barvoslepost) ▫John Dalton, 1794

Molekulární mechanismy vnímání zvuku

Cortiho orgán

Percepce sluchu Vláskové buňky = v návaznosti na pohyb stereocilií o tektoriální membránu mění akční potenciál membrány To je vnímáno nervovými zakončeními 1. neuronu sluchové dráhy ▫Mechanismus komunikace vlásková b.-neuron není do detailů znám

Tok K+ iontů v Cortiho orgánu 1. EC v endolymfě (vysoká koncentrace K+) 2.Po elektrickém gradientu do vláskové b. (=depolarizace) 3.Z vláskové b. do perilymfy (nízká koncentrace K+) 4.Aktivní přečerpávání z perilymfy do endolymfy

Chemické smysly (čich a chuť) umožňují rozpoznávat chemické složení okolí

Vnímání čichu Chemické látky rozpuštěné ve vdechovaném vzduchu ▫Hydrofilní se rozpouštějí ve vrstvě hlenu ▫Lipofilní se váží na OBP (odorant binding protein) Vazba na receptor  G-olf protein  cAMP  vstup Na+ a Ca2+  depolarizace a vznik AP ▫Nobelova cena 2004: Linda Buck, Richard Axel Čichová bb = modifikovaný neuron

Vnímání čichu

V evoluci: hořká chuť = toxické substance Sladká + umami = výživné, prospěšné Kyselé, slané = doplňující chuťové modality

Chuť. pohárek Senzorické buňky pro 5 hlavních chutí: ▫Hořké ▫Sladké ▫Umami ▫Slané ▫Kyselé Bazální buňky (IV) Nervová zakončení zanořená do membrány senzorických buněk

Komunikace Komunikací mezi chuť. rec. bb. a nervovým zakončením je přes purigenní receptory Ligand = ATP Finger et. Al., Science, 2005 Romanov et al. EMBO J, 2007

Distribuce čití chuti Tzv. chemotopická mapa čití chutí je mýtem Rozdíly v distribuci čití chuti existují, ale jsou nevýznamné

Evoluce chemotopické mapy chutí D.P.Hänig: Zur Psychophysik des Geschmacksinnes. Wundts philosophische Studien 17 (1901), pp. 576–623

Zpracování chuťových vjemů

Hořké Evolučně důležitý smysl pro rozpoznání toxických substancí (např. rostlinné alkaloidy) Rodina T2R (25-30 genů) Podobné receptory v GIT, aktivace vede k nauzey a zvracení (spojené s PYY a CCK) Rosengurt, Am J Physiol, 2006

Sladké a chuť umami Receptory třídy T1R: ▫T1R1+T1R3 pro umami = chuť aminokyselin (glutamátu) ▫T1R2+T1R3 pro sladké G protein = gustducin… další kaskáda anlogická hořkému

Kyselé 1.Pokles pH = vzestup koncentrace H + ▫Nižší pokles pH je zapotřebí u slabých kyselin než u silných (citrát vs. HCl) 2.Otevření Ca2+ kanálů (PKD2L1 protein) 3.Depolarizace membrány na základě vstupu Ca2+ 4.Akční potenciál nervových zakončení Richter, J Appl Phys, 2003 Huang et al., Nature, 2006

„Acid-sensing“ proteiny v chuťových pohárcích Huang et al., Nature, 2006

Čítí kyselého: širší souvislosti Receptory pH krve a likvoru v mozkovém kmeni využívají identický mechanismus ▫Viz regulace minutové ventilace pomocí sensingu pCO2 v arteriální krvi: ▫CO2 + H2O = H2CO3 = H + +HCO3-

Huang et al., Nature, 2006

Centrální chemoreceptory pH Huang et al., Nature, 2006

Slané Slané = kationty ▫Na+ ▫Ostatní Influx vede k depolarizaci membrány Modifikováno aldosteronem („salt craving“) DeSimone, Am J Physiol 2006

Chuť - shrnutí Chuťový pohárek obsahuje všech 5 typů bb. Pro čití chuťových modalit Chuťové buňky komunikují s nervovými zakončeními pomocí ATP, které se váže na pourigenní receptory Vznik receptorového potenciálu: ▫Hořké, sladké a umami: receptory s G-proteiny a depolarizace otevřením Ca2+ dep. Na+ kanálů ▫Kyselé a slané: depolarizace vstupem protonů, resp. kationtů

Nashledanou u souhrnné zkoušky a hodně štěstí…