Chemorezeptor - Chemoreceptor

Ein Chemorezeptor , auch bekannt als Chemosensor , ist eine spezialisierte sensorische Rezeptor - Zelle , die transduziert eine chemische Substanz ( endogene oder induziert) ein biologisches Signal zu erzeugen. Dieses Signal kann in Form eines Aktionspotentials vorliegen , wenn der Chemorezeptor ein Neuron ist , oder in Form eines Neurotransmitters , der eine Nervenfaser aktivieren kann, wenn der Chemorezeptor eine spezialisierte Zelle wie Geschmacksrezeptoren oder ein interner peripherer Chemorezeptor ist , wie zum Beispiel die Glomus caroticum . In Physiologie detektiert ein Chemorezeptor Veränderungen in der normalen Umgebung, wie beispielsweise eine Erhöhung der Blutspiegel von Kohlendioxid (Hyperkapnie) oder eine Abnahme der Blutspiegel von Sauerstoff (Hypoxie), und überträgt diese Informationen an das zentrale Nervensystem , die Körperantworten eingreift um die Homöostase wiederherzustellen .

Chemorezeptoren der Pflanzen

Pflanzen haben verschiedene Mechanismen, um Gefahren in ihrer Umgebung wahrzunehmen. Pflanzen sind in der Lage, Krankheitserreger und Mikroben durch Oberflächenrezeptorkinasen (PRK) zu erkennen. Darüber hinaus fangen rezeptorähnliche Proteine ​​(RLPs), die Liganden-bindende Rezeptordomänen enthalten , pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPS) und schadensassoziierte molekulare Muster (DAMPS) ein, was folglich die angeborene Immunität der Pflanze für eine Abwehrreaktion einleitet.

Pflanzenrezeptorkinasen werden neben anderen wichtigen biochemischen Prozessen auch zur Wachstums- und Hormoninduktion verwendet. Diese Reaktionen werden durch eine Reihe von Signalwegen ausgelöst, die von chemisch sensitiven Pflanzenrezeptoren initiiert werden. Pflanzenhormonrezeptoren können entweder in Pflanzenzellen integriert sein oder sich außerhalb der Zelle befinden, um die chemische Struktur und Zusammensetzung zu erleichtern. Es gibt 5 Hauptkategorien von Hormonen, die für Pflanzen einzigartig sind und die, sobald sie an den Rezeptor gebunden sind, eine Reaktion in den Zielzellen auslösen. Dazu gehören Auxin , Abscisinsäure , Gibberellin , Cytokinin und Ethylen . Einmal gebunden, können Hormone die Funktion der Zielantwort induzieren, hemmen oder aufrechterhalten.

Klassen

Es gibt zwei Hauptklassen von Chemorezeptoren: Direkt- und Distanz-Chemorezeptoren.

  • Beispiele für Distanz-Chemorezeptoren sind:
    • Geruchsrezeptorneuronen im olfaktorischen System : Der Geruch umfasst die Fähigkeit, Chemikalien im gasförmigen Zustand zu erkennen. Bei Wirbeltieren nimmt das Riechsystem Gerüche und Pheromone in der Nasenhöhle wahr. Innerhalb des olfaktorischen Systems gibt es zwei anatomisch unterschiedliche Organe: das olfaktorische Hauptepithel (MOE) und das vomeronasale Organ (VNO). Ursprünglich wurde angenommen, dass das MOE für die Detektion von Geruchsstoffen zuständig ist, während das VNO Pheromone detektiert. Die derzeitige Ansicht ist jedoch, dass beide Systeme Geruchsstoffe und Pheromone erkennen können. Der Geruchssinn bei Wirbellosen unterscheidet sich vom Geruchssinn bei Wirbeltieren. Bei Insekten sind beispielsweise Geruchssensillen an ihren Antennen vorhanden.
  • Beispiele für direkte Chemorezeptoren sind:
    • Geschmacksrezeptoren im gustatorischen System : Der Hauptzweck der Geschmackswahrnehmung als eine Art der Chemorezeption ist der Nachweis von Geschmacksstoffen. Wässrige chemische Verbindungen kommen mit Chemorezeptoren im Mund, wie den Geschmacksknospen auf der Zunge, in Kontakt und lösen Reaktionen aus. Diese chemischen Verbindungen können entweder eine appetitliche Reaktion auf Nährstoffe oder eine Abwehrreaktion gegen Toxine auslösen, je nachdem, welche Rezeptoren feuern. Fische und Krebstiere, die sich ständig in einer wässrigen Umgebung befinden, verwenden ihr Geschmackssystem, um bestimmte Chemikalien in der Mischung zu identifizieren, um Nahrung zu lokalisieren und aufzunehmen.
    • Insekten verwenden die Kontaktchemorezeption, um bestimmte Chemikalien wie kutikuläre Kohlenwasserstoffe und spezifische Chemikalien für Wirtspflanzen zu erkennen. Kontaktchemorezeption wird häufiger bei Insekten beobachtet, ist aber auch am Paarungsverhalten einiger Wirbeltiere beteiligt. Der Kontaktchemorezeptor ist spezifisch für eine Art von Chemikalie.

Sinnesorganen

  • Geruch: Bei terrestrischen Wirbeltieren tritt der Geruchssinn in der Nase auf . Flüchtige chemische Reize dringen in die Nase ein und erreichen schließlich das olfaktorische Epithel, das die Chemorezeptorzellen beherbergt, die als olfaktorische sensorische Neuronen bekannt sind, die oft als OSNs bezeichnet werden. In das olfaktorische Epithel sind drei Zelltypen eingebettet: Stützzellen, Basalzellen und OSNs. Während alle drei Zelltypen für die normale Funktion des Epithels von wesentlicher Bedeutung sind, dienen nur OSN als Rezeptorzellen, dh reagieren auf die Chemikalien und erzeugen ein Aktionspotential, das den Riechnerv hinunter zum Gehirn wandert . Bei Insekten fungieren Antennen als Distanz-Chemorezeptoren. Zum Beispiel bestehen Antennen von Motten aus langen Federhaaren, die die sensorische Oberfläche vergrößern. Jedes lange Haar der Hauptantenne hat auch kleinere Sensillen, die für den flüchtigen Geruch verwendet werden. Da Motten hauptsächlich nachtaktive Tiere sind, hilft ihnen die Entwicklung eines besseren Geruchssinns bei der Navigation durch die Nacht.
  • Gustation: Bei vielen Landwirbeltieren dient die Zunge als primäres gustatorisches Sinnesorgan. Als Muskel im Mund dient er dazu, die Zusammensetzung der Nahrung in den Anfangsstadien der Verdauung zu manipulieren und zu erkennen. Die Zunge ist reich an Gefäßen, die es den Chemorezeptoren auf der Oberseite des Organs ermöglichen, sensorische Informationen an das Gehirn zu übermitteln. Speicheldrüsen im Mund ermöglichen es Molekülen, Chemorezeptoren in einer wässrigen Lösung zu erreichen. Die Chemorezeptoren der Zunge fallen in zwei verschiedene Superfamilien von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren . GPCRs sind Intramembranproteine, die an einen extrazellulären Liganden binden – in diesem Fall Chemikalien aus der Nahrung – und eine vielfältige Reihe von Signalkaskaden beginnen, die dazu führen können, dass ein Aktionspotential als Input im Gehirn eines Organismus registriert wird. Große Mengen an Chemorezeptoren mit diskreten Ligandenbindungsdomänen sorgen für die fünf Grundgeschmacksrichtungen: sauer, salzig, bitter, süß und herzhaft . Die salzig und sauer schmeckt arbeiten direkt durch die Ionenkanäle, die süßen und bitteren Geschmack Arbeit durch G - Protein-gekoppelten Rezeptoren , und die herzhafte Empfindung wird durch aktivierte Glutamat .Gustatory Chemo- sind nicht nur die auf der Zunge , sondern auch auf verschiedenen Zellen des Darmepithel, wo sie die sensorischen Informationen an verschiedene Effektorsysteme weitergeben, die an der Regulierung des Appetits, der Immunreaktionen und der gastrointestinalen Motilität beteiligt sind.
  • Kontakt-Chemorezeption: Die Kontakt-Chemorezeption ist abhängig vom physischen Kontakt des Rezeptors mit dem Reiz. Die Rezeptoren sind kurze Haare oder Zapfen, die eine einzelne Pore an oder nahe der Spitze des Vorsprungs haben. Sie werden als uniporöse Rezeptoren bezeichnet. Einige Rezeptoren sind flexibel, während andere starr sind und sich bei Kontakt nicht verbiegen. Sie kommen meist in den Mundwerkzeugen vor, können aber auch an den Fühlern oder Beinen einiger Insekten vorkommen. Es gibt eine Ansammlung von Dendriten, die sich in der Nähe der Poren der Rezeptoren befinden, jedoch ändert sich die Verteilung dieser Dendriten je nach untersuchtem Organismus. Die Art und Weise der Signalübertragung von den Dendriten unterscheidet sich je nach Organismus und der Chemikalie, auf die er reagiert.
  • Cellular Antennen: Innerhalb der biologischen und medizinischen Disziplinen haben die jüngsten Entdeckungen festgestellt , dass primäre Zilien in vielen Arten von Zellen innerhalb Eukaryoten als dienen zellulären Antennen . Diese Zilien spielen eine wichtige Rolle bei der Chemosensation. Das gegenwärtige wissenschaftliche Verständnis der primären Zilien Organellen betrachtet sie als „sensorische zelluläre Antennen , die eine große Anzahl von zellulären Signalweg koordinieren, manchmal die Signalisierung zu ciliary Motilität Kupplungs- oder alternativ an der Zellteilung und Differenzierung.“

Wenn Einträge aus der Umwelt für das Überleben des Organismus von Bedeutung sind, muss der Eintrag nachgewiesen werden. Da alle Lebensprozesse letztlich auf Chemie basieren , ist es selbstverständlich, dass das Erkennen und Weitergeben des externen Inputs chemische Ereignisse beinhaltet. Die Chemie der Umwelt ist natürlich überlebenswichtig, und der Nachweis von chemischem Input von außen kann durchaus direkt mit Zellchemikalien in Verbindung gebracht werden.

Chemorezeption ist wichtig für die Erkennung von Nahrung, Lebensraum, Artgenossen einschließlich Partner und Prädatoren. Beispielsweise können die Emissionen der Nahrungsquelle eines Raubtiers, wie Gerüche oder Pheromone, in die Luft oder auf eine Oberfläche gelangen, auf der sich die Nahrungsquelle befunden hat. Zellen im Kopf, meist in den Atemwegen oder im Mund, haben an ihrer Oberfläche chemische Rezeptoren, die sich bei Kontakt mit den Emissionen verändern. Es gelangt entweder in chemischer oder elektrochemischer Form an den zentralen Prozessor, das Gehirn oder das Rückenmark . Die resultierende Ausgabe des ZNS ( Zentralnervensystem ) führt zu Körperaktionen, die die Nahrung aufnehmen und das Überleben verbessern.

Physiologie

Kontrolle der Atmung

Bestimmte Chemorezeptoren, ASICs genannt , erkennen den Kohlendioxidspiegel im Blut. Dazu überwachen sie die Konzentration von Wasserstoffionen im Blut, die den pH-Wert des Blutes senken . Dies kann eine direkte Folge einer Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration sein, da wässriges Kohlendioxid in Gegenwart von Carboanhydrase zu einem Proton und einem Bicarbonat- Ion reagiert .

Die Antwort ist , dass das Atemzentrum (in der Medulla), sendet Nervenimpulse an die externen Intercostalmuskeln und der Membran , über das Intercostalnerven und dem Zwerchfellnerv bzw. zu erhöhen Atemfrequenz und das Volumen der Lungen während der Inhalation.

Chemorezeptoren, die die Tiefe und den Rhythmus der Atmung regulieren, werden in zwei Kategorien eingeteilt.

  • Zentrale Chemorezeptoren befinden sich auf der ventrolateralen Oberfläche der Medulla oblongata und erkennen Veränderungen des pH-Werts der Zerebrospinalflüssigkeit. Es wurde auch experimentell gezeigt, dass sie auf hyperkapnische Hypoxie (erhöhter CO .- Wert) ansprechen
    2
    , verringerte O2) und schließlich desensibilisieren, teilweise aufgrund der Umverteilung von Bicarbonat aus der Liquor (CSF) und erhöhter renaler Bicarbonatausscheidung. Diese sind empfindlich gegenüber pH und CO
    2
    .
  • periphere Chemorezeptoren : besteht aus Aorten- und Glomus caroticum. Der Aortenkörper erkennt Veränderungen des Blutsauerstoffs und des Kohlendioxids, aber nicht des pH-Werts, während der Glomus caroticum alle drei erkennt. Sie desensibilisieren nicht. Ihre Wirkung auf die Atemfrequenz ist geringer als die der zentralen Chemorezeptoren.

Pulsschlag

Die Reaktion auf die Stimulation von Chemorezeptoren auf die Herzfrequenz ist kompliziert. Chemorezeptoren im Herzen oder nahe gelegenen großen Arterien sowie Chemorezeptoren in der Lunge können die Herzfrequenz beeinflussen. Die Aktivierung dieser peripheren Chemorezeptoren durch das Erfassen von verringertem O2, erhöhtem CO2 und einem verringerten pH-Wert wird durch die Vagus- und Glossopharyngeusnerven an die Herzzentren an die Medulla des Hirnstamms weitergeleitet. Dies erhöht in den meisten Fällen die sympathische Nervenstimulation am Herzen und eine entsprechende Erhöhung der Herzfrequenz und Kontraktilität. Zu diesen Faktoren gehören die Aktivierung von Dehnungsrezeptoren aufgrund einer erhöhten Ventilation und die Freisetzung von zirkulierenden Katecholaminen.

Wenn jedoch die Atemaktivität gestoppt wird (z. B. bei einem Patienten mit einer hohen zervikalen Rückenmarksverletzung), dann ist der primäre kardiale Reflex auf eine vorübergehende Hyperkapnie und Hypoxie eine starke Bradykardie und koronare Vasodilatation durch vagale Stimulation und systemische Vasokonstriktion durch sympathische Stimulation. In normalen Fällen würde die erhöhte sympathische Aktivität des kardiovaskulären Systems zu einer Erhöhung der Herzfrequenz und Kontraktilität führen, wenn die Atmungsaktivität als Reaktion auf die Chemorezeptoraktivierung reflexartig erhöht wird.

Siehe auch

Verweise

Externe Links