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CHEMOREZEPTION

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CHEMOREZEPTION
Wahrnehmung von Geschmack & Duft
bei
Mensch & Insekt
Biol 115
Tierphysiologie
Dr. Christine Fink
Überblick
•  Chemorezeption – allgemeine Information
•  Das olfaktorische System
•  Mensch vs. Fliege (Unterschiede der Geruchswahrnehmung; Aufbau der
Rezeptoren & Weiterverarbeitung)
•  Das gustatorische System
•  Mensch vs. Fliege (Unterschiede der Geruchswahrnehmung; Aufbau der
Rezeptoren & Weiterverarbeitung)
•  Heutige Versuche
•  Gustatorische Reaktion bei Fliegen
•  Unterschiede der Zuckerqualitäten
•  Bestimmung der Geschmacksregionen der menschlichen Zunge
•  Schwellenwertbestimmung beim Menschen
Sinnesmodalitäten
Modalität
Reizenergie
Rezeptorsystem
Photorezeption
Licht (Welle, Quanten)
Stäbchen, Zapfen
Chemorezeption
Moleküle
Geschmacksrezeptoren
Geruchsrezeptoren
Mechanorezeption
Druck, Zug,
Scherung
Gleichgewichtsorgan, Ohr
PropriorezeptorenDruckrezept
or
Thermorezeption
Infrarot (Welle)
Temperaturezeptorender Haut
Hygrorezeption
Wasserdampf
Hygrorezeptor z.B. auf der
Antenne der Insekten
Elektro
elektrisch (Spannung)
Elektrorezeptoren (Fische)
Magneto
elektromagnetisch
bei Vögeln im Schnabel
Nocizeption
mechanisch, chemisch,
thermisch
freie Nervenendigung,
Schmerzrezeptor
Typen der Chemorezeption
•  Geruchssinn = Fernsinn
•  reagieren auf luftgetragene Moleküle (aber auch diese müssen in
wässrigem Milieu gelöst werden
•  Geruchsmolekül-bindende Transportproteine (Odorbindingproteins)
•  bei Insekten „Haare“ auf der Antenne
•  bei Wirbeltieren Riechepithel in der Nase
•  Geschmackssinn = Nahsinn (Kontaktsinn z.B. zur Nahrungsüberprüfung)
•  reagieren auf gelöste Stoffe (bei Fliegen „Schmeckhaare“ an den
Tarsen,
•  Kontaktchemorezeptoren auf den Mundwerkzeugen und Beinen von
Arthropoden
•  bei Wirbeltieren Geschmacksrezeptoren auf der Zunge
Rezeptoren
•  Geschmacks-und Geruchsrezeptoren: werden aus Basalzellen
(Stammzellen) zeitlebens nachgebildet
•  rascher „turnover“ der Sinneszellen (beim Mensch ca. alle 4 bis 8
Wochen) immer sehr rasch adaptierend
• Geruchsrezeptoren: primäre Sinneszellen
(mit eigenem Axon)
• Geschmacksrezeptoren: sekundäre Sinneszellen
(Transmitterfreisetzung zum afferenten Neuron)
•  Interne Chemorezeptoren:
•  Messen z.B. den pH-Wertoder den CO2-Gehaltdes Blutes
(Glomuscaroticum, carotidbody)
•  Bei Mollusken Chemorezeptoren, Osphradiumunter dem Mantel:
beurteilt die Qualität des Wassers.
Klassifikation von Geruchsmodalitäten
Primärgeruch
Chemische Substanz
Trivialsubstanz
campherartig
Campher
Mottenpulver
moschusartig
Hydroxy-penta-decansäureaceton
Angelikawurzelöl
blumig
Phenylethyl-methyl-ethylcarbinol
Rose
minzig
Menthol
Pfefferminz
ätherisch
Ethylen-dichlorid
Fleckenwasser
stechend
Ameisensäure
Essig
faulig
Butylmercaptan
faule Eier
(Amoore)
Geruch – Das Riechepithel
Riechepithel
Bear et al, Neurowissenschaften, 3.
Auflage, © Spektrum, 2009
Die Riechzellen
•  Primäre, bipolare Sinneszellen
Neurone bilden
selbst das
Aktionspotential aus
Neurone haben 2
Fortsätze:
Dendrit & Axon
Transduktion (Neurobiologie)
Umwandlung eines äußeren Reizes
in ein physiologisches Signal
à Chemisch in elektrisch
Rezeptorpotenzial - Depolarisation
Ausbildung von Aktionspotenzialen
Bulbus olfactorius
Odopte Karte
•  Axone der Geruchsrezeptorzellen ziehen in den
Bulbus
•  2000 Glomeruli
•  Axone von etwa 25.000 Sinneszellen pro
Glomerulus
1 Duftrezeptor – 1 Glomerulus
Geruchsverarbeitung
•  Duftrezeptoren (ORs) sitzen in der
Cilienmembran
•  Metatroper Rezeptor (Aktivierung von Second
messengern)
1
Bindung des Duftstoffes an Rezeptorprotein führt
zur Konformationsänderung
2
Aktiviertes G-Protein, aktiviert Adenylatcylase
3
AC wandelt ATP in cAMP um
4
cAMP öffnet Ionenkanäle
5
Depolarisation
(Generatorpotential)
6
Öffnung von Cl—Kanälen,
verstärkte Depolarisation
7
Auslösung der Aktionspotentiale
Geruch – Riechorgane
•  Olfaktorische Sensillen auf der Antenne
Geruchsverarbeitung
1.300
Duftsinnes
zellen
45-50
Antennale
Glomeruli
150
Projektions
neurone
ca. 2.500
Pilzkörper
glomeruli
1 Duftrezeptor – 1 Glomerulus
ca. 2.500
Pilzkörper
neurone
Geschmacksorgane
Säugerzunge
•  Papillen mit 1-100 Geschmacksknospen
a) Pilzpapillen
b) Blätterpapillen
c) Wallpapillen
•  Geschmacksknospen:
- Mensch besitzt 2.000 – 5.000
Knospen
- aufgebaut aus
a) Rezeptorzelle /
Geschmackszelle
b) Basalzelle
c) afferenteAxone
•  50-150 Rezeptorzellen pro Knospe
•  Verschiedene Qualitäten pro Knospe!!
Die Geschmackszellen
•  Sekundäre Sinneszellen
•  Apikales Ende = Mikrovilli in der
Geschmackspore
•  Afferente Geschmacksaxone bilden das
Aktionspotential
•  1 affernente Neuron pro Rezeptorzelle
•  Depolarisation
•  Reaktion auf 1-3 Geschmacksqualitäten
pro Rezeptorzelle
Klassifikation von Geschmacksmodalitäten
umami
süß
bitter
sauer
fettig
salzig
Geschmackstransduktion
Süß, bitter, umami
•  G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
•  Rezeptortypen:
1 Süßrezeptor (T1R2-, T1R3)
30 verschiedende Bitterrezeptoren (T2R)
* recht unspezifisch, da zur GIFT-Erkennung
1 Umamirezeptor (T1R1, T1R3)
•  Gemeinsamer Signalweg für 3 Qualitäten
•  Ca2+-abhängiger Natriumkanal
•  Depolarisation
Geschmackstransduktion
salzig
&
sauer
1
1
Na+ über Na+-Kanal
H+-Ionen blockieren K+-Kanal
2
Blockade unterdrückt
K+-Auswärtsstrom
2
Depolarisation öffnet
spannungsgesteuerte
Ca2+-Kanäle
3
Depolarisation öffnet
spannungsgesteuerte
Ca2+-Kanäle
3
Ca2+ -Einstrom führt zur
Neurotransmitter
ausschüttung
Geschmack
rezeptorzelle
Primäres
afferentes
Neuron
Direkte Kanalwirkung
Geschmack
rezeptorzelle
4
Ca2+ -Einstrom führt zur
Neurotransmitter
ausschüttung
Primäres
afferentes
Neuron
Membrandepolarisation
Geschmackstransduktion / Erkennung
fettig
Nicht alle Menschen besitzen den Fettrezeptor CD36!
Geschmacksorgane
Phormia regina
•  Kontaktchemorezeptoren
•  Schmeckhaar (Rüssel & Tarsen)
Versuche
Tarsaler Geschmackssinn
& Rüsselreaktion
Tarsaler Geschmackssinn
& Rüsselreaktion
Tarsaler Geschmackssinn
& Rüsselreaktion
15 x
pro Gruppe
3 Gruppen Hunger-Fliegen
3 Gruppen Futter-Fliegen
Tarsaler Geschmackssinn
& Rüsselreaktion
2x = Reaktion auf
Geschmack vorhanden
0,001
0,01
0,05
0, 1
0,5
1
[mol/L]
Lokalisation unterschiedlicher
Geschmacksrezeptoren auf der Zunge
? ? ?
?
1%
Kochsalz
lösung
2%
Rohrzucker
lösung
5%
Weinsäure
0,002%
Chinin
lösung
10%
Glutamat
?
Reizschwellenbestimmung
Saccharose vs. Kochsalz
0,001
0,01
0,05
0, 1
0,5
1
Durcheinander geben & zwischendurch mit
ddH2O spülen
Wo liegen die Reizschwellen für Saccharose und NaCl? (>50% Treffer)
Reizschwellen für Saccharose unterschiedlich bei Mensch & Fliege?
Ist die Geschmacksempfindung abhängig von der Konzentration?
[mol/L]
Geschmacksprüfung verschiedener
Zuckerlösungen
0,2 mol/L
Glucose
Saccharose
[0,14]
0,02 mol/L
Fructose
Welcher der beiden Zucker erscheint süßer im Vergleich mit Saccharose?
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Gesundheitswesen
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