clase vi2006

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Los Sentidos Quimicos y La Visión A. El Olfato1. Bases morfológicas

2. Fisiología de las neuronas receptoras

3. Transducción olfativa

4. Codificación de olores

5. Feromonas y el Órgano vomeronasal

El Olfatoes importante en......

• La selección de alimentos(contribuye mucho al sabor)

• La calidad de vida(relajación, belleza, selección de pareja)

• La seguridad(humo, alimentos podridos)

Estructura molecular de varios odorantes(Olor = mezcla de odorantes)

pequeñas moléculas volátiles

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1. Bases morfológícas: El órgano olfatorio

3

Moco

Soma

Cilios

Dendrita

5 µmLamina basal

La Neurona sensorial olfatoria

Las neuronas sensorialesolfatorias son reemplazadas periodicamente

Cilios olfatorios en microscopia electrónica

Los cilios son los organelos de transducción y portan los receptores de odorantes

El Olfato1. Morfología del epitelio olfatorio

2. Fisiología de las neuronas receptoras

4

Registroextracellular

10.000 x

cilia

soma

0.01 mm

Amplificador

Electrodo

Epitelioolfatorio

Olor cilia

soma

0.01 mm

Registro extracellular

Transducción

Potencialde acción

Campo eléctrico

La neurona codifica la información en un tren de potenciales de acción (“espigas”)

Selectividad a Odorantes

Duchamp-Viret. 1999. Science. 284:2171

Actividad espontánea

5

Registros de corrientes intracelulares en células aisladas

Odorantes

Patch clamp de neuronas olfatorias disociadasestimuladas con olores

0.01 mm

Célula disociada

Pipeta de vidrio

- Anticuerpos revelan la presencia de proteinas específicas

c = ciliosd = dendritass = somata

control Tecnicas de marcación:Técnicas de Visualisación (Imaging):

- El Calcio que entra por los canales se puede visualizar en tiempo real

Estimulación con olor

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El Olfato1. Morfología del epitelio olfatorio

2. Fisiología de las neuronas receptoras

3. Transducción olfativa

Principios de Transducción sensorial:

- ocurre in neuronas especializadas o células epiteliales inervadas por neuronas

Principios comunes: 1. Transduction = conversión de un

estímulo en un cambio del potencial de membrana

2. Amplificación de la señal, con bajo nivel de ruido

3. Adaptación a fuertes, prolongados o repetidos estímulos

4. Integración de señales

Transducción de Señales

fotones

fuerza

moléculas

Célula

Amplificación

Cambio del potencial de membrana

Comunicación con el sistema nervioso

central

Receptores

Receptores son proteínas con especificidad por ligando yespecificidad por efector

ReceptorOlor

NeurotransmisorFactor de Crecimiento

7

Receptores son proteínas con especificidad por ligando yespecificidad por efector

Complejo ligando-receptor

Receptores son proteínas con especificidad por ligando yespecificidad por efector

Cambio en lafuncion celular

Cambio conformacional

Cada célula expresa solamente un tipo de receptores

Hay ca. 300 diferentes receptores en humanos, y 1000 en ratas y perros

Los receptores de olores son proteinasinsertas en la membrana de los cilios

Los receptores responden a una específica moléculaodorífera preferentemente

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Los receptores de olores son proteinasinsertas en la membrana de los cilios

Al ligar un odorante se produce un cambio estructural del receptor, que activa una proteina Gen el interior de la célula.

Proteina Golf

Membrana

Estructura molecular de los receptores de olores

R

GDP

Gγ

Gβ

Gα

Adenilatociclasa

Proteína G

Receptor

Odorante

La Cascada de Transducción olfativa (I)

R

GDP

Gγ

Gβ

Gα

Adenilatociclasa

1. La unión del odorante causa cambioconformacional del receptor

Complejoligando-receptor

9

R

GDP

Gγ

Gβ

Gsα

Adenilatociclasa

2. Receptor interacciona con proteína G

R

GDP

Gγ

Gβ

Gsα

Adenilatociclasa

3. GDP es remplazado por GTP

GTP

R

Gγ

Gβ

Gα

Adenilatociclasa

4. Las subunidades de G se disocian

GTP

R

Gγ

Gβ

Gsα

Adenilatociclasa

5. Gα se une con la adenilato ciclasa y la activa. El odorante se disocia.

GTP

10

R

Gγ

Gβ

Gsα

Adenilatociclasa

6. Adenilato ciclasa sintetiza AMPc y el GTP unido a Gα se hidroliza

GTP

ATP AMPcPi

R

GDP

Gγ

Gβ

Gsα

Adenilatociclasa

7. Gα y adenilato ciclasa se disocian y se vuelve a la condición inicial

AMPcAMPc

AMPc

AMPc

1 Receptor – 10 Proteinas G1 Proteina G – 1000 AMPc1 Receptor – 10.000 AMPc

AMPc, el “segundo mensajero”, abre canales iónicos respuesta eléctrica Los Receptores de Olores son un gran grupo

de genes dentro del genoma

gusano Mosca de la fruta

Pez cebra Ratón Humano

Tamaño del genoma

97 Mb

19,000 genes

120 Mb

13,000 genes

1.7 Gb 2.8 Gb

40,000 genes

2.9 Gb

40,000 genes{

2.6%2.6% 1%1% 2.5%2.5% 0.9%0.9%

Genes receptores

500 62 - 69 >100 1000 350

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Localización cromosómica de los genes que codifican para los receptores de olores

Como todos los genes, los receptores de olores pueden mutar, y varían entre las personas

La variación genética de los receptores de olores entre individuos causa diferencias en la percepción de olores:

Diferentes sensibilidades y anosmias selectivas.

Individuos

Variación genética

El Olfato4. Codificación de olores

Epitelio olfatorio

Bulbus olfatorius

A la corteza olfatoria

4. Codificación de olores

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Epitelio olfatorio

Vías olfatorias al Cerebro

Bulbus olfatorius

Grupos de axones convergen en el bulbus olfatorius

El Bulbo olfatorio

Las neuronas receptoras forman sinapsis con las células mitrales en el bulbo olfatorio

Los axones de las neuronas olfatorias con el mismo receptorterminan en el mismo glomérulo del bulbo olfatorio

Primer paso de integración neuronal

Fuerte convergencia (1000:1)

Glomerulo

Axones

Diferentes Odorantes activan diferentes Glomérulos en el Bulbo

Odorante: hexanalA: Concentración

B: Diferenciación

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“Mapa” de Olores en el Bulbo olfatorio

glomerulos activos

El “Mapa” de Olores se debe a la Agrupacion de Neuronas con el mismo Receptor Olfatorio

Combinaciónes de Neuronas representan a los OloresCodificación combinatoria

Cada odorante activa una específicacombinación de receptores y glomerulos

Células mitrales

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Principios y Estructuras semejantes en Mamíferos e Insectos

Lóbulo de Antena

Representación espacial de Olores en el Cerebro de la Abeja

Bulbo olfatorio Núcleo olfatorio anteriorTubérculo olfatorioCorteza piriformeAmigdalaHipotálamoTálamoCorteza orbitofrontalCorteza entorrinalCorteza frontalHipocampo

La información olfativa es procesada en varias partes del cerebro, concientemente e inconcientemente

Conexión directa con la Amígdala podría reflejar el impacto de olores sobre nuestras emociones

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Representación de Olores en la Corteza (ratón) por escasas pero específicas Neuronas

Vanillin

Methyl butane thiol

Fuente: Zhou, Li and Buck, 2005

La representación de olores en el cerebro es materia de intensos estudios... El Olfato

5. Feromonas y el órgano vomeronasal

Definición “Feromona”: Olor específico, no detectado concientemente, para la comunicación entre individuos de una especie

Las Feromonas gatillan comportamientos específicos

Feromonas...

El secreto del amor?

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Comunicación con Feromonas en Animales: Vía el Órgano vomeronasalen la nariz,

y el Bulbo olfatorio accesorioen el cerebro

Vía separada del sistema olfativo principal

El Órgano vomeronasal en la rata

Epitelio olf.principal

Órgano vomeronasal

Marcaciones con anticuerpos revelan distintos componentes de transducción

El putativo órgano vomeronasal humano

Epitelio olfatorio

Organo vomeronasal?

Feromonas...

Funcionales en Humanos ?

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This Guaranteed-To-Work, ScientificBreakthrough Will INSTANTLY

Attract Men or Women

Contains 100% Pure Human PheromonesOlores humanos pueden sincronizar

el ciclo menstrual...

Recipiente

Donante

Recipiente

antes

después

Stern et al., 1998

- 1-2 días + 1-2 días

AND = derivado de testosteronaEST = derivado de estrógeno

HeW = mujeres heterosex.HoM = hombres homosex.HeM = hombres hetersex.

Feromonas...Funcional en Humanos ?

Un problema científico pendiente !

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Pausa

B. El Gusto

Los Sentidos

1. Anatomía y Morfología

2. Transducción sensorial

3. La Sensación del Picante

4. Vías gustatorias al cerebro

El Gusto:•clave para la sobrevivencia de todos los

animales•Los principales sabores indican:

•dulce = energía (carbohidratos)•salado = minerales esenciales•ácido = cuidado! Muchos nutrientes se

acidifican al descomponerse•amargo = alerta! La mayoría de las toxinas

naturales son amargos•umami = proteínas y amino ácidos esenciales

1. Anatomía y Morfología:

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Corpúsculo gustativo

Los Corpúsculos gustativos están en las Papilas Estructura microscópica del corpúsculo gustativo

El Gusto

2. Transducción sensorial:Diferentes mecanismos para los sabores principales:Dulce, ácido, salado, amargo y umami

* cada célula receptora gustativa traduce solamente uno de los sabores principales

Salado

Sal = NaCl

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Acido

Acido = H+

cierre del Canal de K+

Dulce

Endulzantes artificiales

• No necesariamente parecidos al azúcar• Más alta afinidad por el receptor que el azúcar

Azúcar

Amargo

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Umami = aminoácidos (glutamato, aspartato etc.)

Sabor.... Una combinación de los gustos primarios, tacto, olfato, sensación de temperatura y de irritación (picante)

3. La Sensación del Picante

Compuesto picante: Capsaicina

Se siente a través de receptores de dolor y de calor

Pimientos y Ajíes

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De la dosis...depende el efecto Transducción:

La capsaicina se liga al receptor vaniloide,

un canal iónico activado por ligando

Receptor vaniloide

Despolarización

Potencial de acción

al Cerebro

El Gusto

4. Vias gustatorias al cerebro

Nervio trigémino

Transmite la textura, la temperatura y la sensación del “picante”

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Vías cerebrales del Gusto

La información gustativa pasa al tronco encefálico, una antigua estructura del cerebro

La Visión

1. Morfología de Ojo y Retina

2. Fototransducción

3. Visión de colores

REFRACION DE LA LUZ EN EL OJO

Luz difractada

Cornea

Lente

Imagen en foco invertida

Retina

Iris

Morfología de la Retina

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Estudios electrofisiológicos de la transducción visual

Pipeta de Patch

Luz

Células ganglionares

Bipolares

Fotoreceptores

Células Fotorreceptores

Bastones• responsable de la visión acromática (escala de grises)• adaptados para poca luz

Conos• responsables de visión de colores• requiere luz brillante para funcionar

Células Fotorreceptores

BASTON

CONO DISCOS DE MEMBRANAPIGMENTO VISUAL

NUCLEOSEGMENTO EXTERNO

C. La Vision

1. Morfología del Ojo y de la Retina

2. Fototransducción

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DISCO MEBRANOSO

MEMBRANA CELULAR

PIGMENTOVISUAL RETINAL

OPSINA

PIGMENTO VISUAL

La absorción de un fotón por el pigmento visual desencadena una cascada bioquímica (GMPc)

Rhodopsina, la proteina que captura los fotones

Fototransducción

El GMPc mantiene los canales ionicos abiertos

La Vision

1. Morfología del Ojo y de la Retina

2. Fototransducción

3. Visión de colores

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La mayoria de los mamíferos no tienen visión de colores como nosotros

Pero los Primates si

BASTONES

•Bastón permite ver con un gradiente de grises

Longitud de onda (nm)

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CONOS

Tres diferentes tipos de conos codifican para el color

Cada cono contiene opsinas sintonizadas para absorber luz en una banda espectral angosta

- ROJO- VERDE

- AZUL

El cerebro interpreta colores a partir de la razón de estimulación de los tres tipos de conos.

CONOS

Abs

orci

ón

LONGITUD DE ONDA (nm)400 500 600

CONOSROJO

CONOSVERDECONOS

AZUL

BASTONES

Luz que llega a la tierra

Daltonismo

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Sensibilidad espectral humana Sensibilidad espectral de la abeja

UV

La visión UV de la abeja y la reflectancia UV de flores que visitan es un buen ejemplo de co-evolución

0,00

0,00

0,00

0,01

0,10

1,00

300 400 500 600 700

P344P436P556

Longitud de onda (nm)

Guía de UV

CORTEZA VISUALPRIMARIA TALAMO

QUIASMA OPTICO

NERVIO OPTICO

VIAS VISUALES

• Fibras nerviosas de ganglionares convergen en el nervio óptico• Los 2 nervios ópticos fusionan y forman el quiasma óptico, cruzando al lado opuesto• La mayoría de los axones del nervio óptico terminan en el Tálamo• Primer tratamiento cerebral de la información

Gracias

Dr. Oliver SchmachtenbergCNV, Facultad de CienciasUniversidad de Valparaíso