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
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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
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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
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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
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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
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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
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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