Хеморецептор - Chemoreceptor

Хеморецепторная , также известный как хемосенсорные , является специализированным рецептором клеткой , которая преобразовывает в химическом вещество ( эндогенный или индуцированный) , чтобы генерировать биологический сигнал. Этот сигнал может быть в форме потенциала действия , если хеморецептор является нейроном , или в форме нейромедиатора, который может активировать нервное волокно, если хеморецептор представляет собой специализированную клетку, такую ​​как вкусовые рецепторы , или внутренний периферический хеморецептор. , например, каротидные тела . В физиологии, хеморецептор обнаруживает изменения в нормальной окружающей среде, такие как повышение уровня углекислого газа в крови (гиперкапния) или снижение уровня кислорода в крови (гипоксия), и передает эту информацию в центральную нервную систему, которая задействует реакцию организма на восстановление гомеостаз .

Растительные хеморецепторы

У растений есть различные механизмы восприятия опасности в окружающей их среде. Растения способны обнаруживать патогены и микробы с помощью рецепторных киназ на поверхностном уровне (PRK). Кроме того, рецептороподобные белки (RLP), содержащие лиганд-связывающие рецепторные домены, улавливают молекулярные паттерны, связанные с патогенами (PAMPS), и молекулярные паттерны, связанные с повреждениями (DAMPS), которые, следовательно, инициируют врожденный иммунитет растения для защитного ответа.

Киназы рецепторов растений также используются для индукции роста и гормонов среди других важных биохимических процессов. Эти реакции запускаются рядом сигнальных путей, которые инициируются химически чувствительными рецепторами растений. Рецепторы гормонов растений могут быть интегрированы в клетки растений или располагаться вне клетки, чтобы облегчить химическую структуру и состав. Есть 5 основных категорий гормонов, которые уникальны для растений, которые, однажды связавшись с рецептором, вызовут ответ в клетках-мишенях. К ним относятся ауксин , абсцизовая кислота , гиббереллин , цитокинин и этилен . После связывания гормоны могут индуцировать, ингибировать или поддерживать функцию целевого ответа.

Классы

Существует два основных класса хеморецепторов: прямые и дистанционные.

  • Примеры дистанционных хеморецепторов :
    • Обонятельные рецепторы нейронов в обонятельной системе : обоняние включает способность обнаруживать химические вещества в газообразном состоянии. У позвоночных обонятельная система улавливает запахи и феромоны в носовой полости. Внутри обонятельной системы есть два анатомически разных органа: главный обонятельный эпителий (MOE) и вомероназальный орган (VNO). Первоначально считалось, что MOE отвечает за обнаружение запахов, в то время как VNO обнаруживает феромоны. Однако в настоящее время считается, что обе системы могут обнаруживать запахи и феромоны. Обоняние у беспозвоночных отличается от обоняния позвоночных. Например, у насекомых обонятельные сенсиллы присутствуют на их усиках.
  • Примеры прямых хеморецепторов включают:
    • Вкусовые рецепторы в системе вкусовых ощущений. В первую очередь, вкусовые ощущения как разновидность хеморецепции используются для определения вкусовых веществ. Водные химические соединения вступают в контакт с хеморецепторами во рту, такими как вкусовые рецепторы на языке, и вызывают реакцию. Эти химические соединения могут вызывать либо аппетитную реакцию на питательные вещества, либо защитную реакцию против токсинов, в зависимости от того, какие рецепторы срабатывают. Рыбы и ракообразные, которые постоянно находятся в водной среде, используют свою вкусовую систему для определения определенных химических веществ в смеси с целью определения местонахождения и приема пищи.
    • Насекомые используют контактную хеморецепцию, чтобы распознавать определенные химические вещества, такие как кутикулярные углеводороды и химические вещества, специфичные для растений-хозяев. Контактная хеморецепция чаще встречается у насекомых, но также участвует в брачном поведении некоторых позвоночных. Контактный хеморецептор специфичен для одного типа химического вещества.

Органы чувств

  • Обоняние: у наземных позвоночных обоняние происходит в носу . Летучие химические стимулы попадают в нос и в конечном итоге достигают обонятельного эпителия, в котором находятся хеморецепторные клетки, известные как обонятельные сенсорные нейроны, часто называемые OSN. В обонятельный эпителий встроены клетки трех типов: поддерживающие клетки, базальные клетки и OSN. В то время как все три типа клеток являются неотъемлемой частью нормальной функции эпителия, только OSN служат рецепторными клетками, т.е. реагируют на химические вещества и генерируют потенциал действия, который перемещается по обонятельному нерву и достигает мозга. У насекомых усики действуют как дистанционные хеморецепторы. Например, усики бабочек состоят из длинных перистых волосков, увеличивающих площадь сенсорной поверхности. Каждый длинный волос от основной антенны также имеет более мелкие сенсиллы, которые используются для летучего обоняния. Поскольку бабочки в основном ведут ночной образ жизни, развитие обоняния помогает им ориентироваться в ночи.
  • Вкус: у многих наземных позвоночных язык служит основным органом вкусовых ощущений. Как мышца, расположенная во рту, она управляет составом пищи и определяет ее на начальных этапах пищеварения. Язык богат сосудистой сетью, что позволяет хеморецепторам, расположенным на верхней поверхности органа, передавать сенсорную информацию в мозг. Слюнные железы во рту позволяют молекулам достигать хеморецепторов в водном растворе. Хеморецепторы языка делятся на два различных суперсемейства рецепторов, связанных с G-белком . GPCR являются внутримембранными белками, которые связываются с внеклеточным лигандом - в данном случае химическими веществами из пищи - и запускают множество разнообразных сигнальных каскадов, которые могут привести к регистрации потенциала действия как входного сигнала в мозгу организма. Большое количество хеморецепторов с дискретными лиганд-связывающими доменами обеспечивает пять основных вкусов: кислый, соленый, горький, сладкий и пикантный . Соленый и кислый вкусы действуют непосредственно через ионные каналы, сладкий и горький вкус работают через рецепторы , связанные с G-белком , а острые ощущения активируются глутаматом. Вкусовые хемосенсоры присутствуют не только на языке, но и на разных клетках эпителий кишечника, где они передают сенсорную информацию нескольким эффекторным системам, участвующим в регуляции аппетита, иммунных реакций и моторики желудочно-кишечного тракта.
  • Контактная хеморецепция: контактная хеморецепция зависит от физического контакта рецептора со стимулом. Рецепторы представляют собой короткие волоски или колбочки с единственной порой на кончике выступа или рядом с ним. Они известны как однопористые рецепторы. Некоторые рецепторы гибкие, а другие жесткие и не изгибаются при контакте. Чаще всего они встречаются в ротовой полости, но могут встречаться и на антеннах или ногах некоторых насекомых. Существует набор дендритов, расположенных около пор рецепторов, но распределение этих дендритов меняется в зависимости от исследуемого организма. Метод передачи сигнала от дендритов различается в зависимости от организма и химического вещества, на которое он реагирует.
  • Клеточные антенны: в рамках биологических и медицинских дисциплин недавние открытия отметили, что первичные реснички во многих типах клеток внутри эукариот служат клеточными антеннами . Эти реснички играют важную роль в химиочувствительности. Современное научное понимание первичных органелл ресничек рассматривает их как «сенсорные клеточные антенны, которые координируют большое количество клеточных сигнальных путей, иногда связывая передачу сигналов с подвижностью ресничек или, альтернативно, с делением и дифференцировкой клеток».

Когда входы из окружающей среды важны для выживания организма, входные данные должны быть обнаружены. Поскольку все жизненные процессы в конечном итоге основаны на химии, естественно, что обнаружение и передача внешнего входа будет включать химические события. Химический состав окружающей среды, конечно, имеет отношение к выживанию, и обнаружение химического воздействия извне может быть напрямую связано с химическими веществами клетки.

Хеморецепция важна для обнаружения пищи, среды обитания, сородичей, включая самок и хищников. Например, выбросы источника пищи хищника, такие как запахи или феромоны, могут происходить в воздухе или на поверхности, на которой находился источник пищи. Клетки в голове, обычно в дыхательных путях или во рту, имеют на своей поверхности химические рецепторы, которые меняются при контакте с выбросами. Он проходит в химической или электрохимической форме в центральный процессор, головной или спинной мозг . Результирующий выходной сигнал ЦНС ( центральной нервной системы ) вызывает действия организма, которые задействуют пищу и повышают выживаемость.

Физиология

Контроль дыхания

Определенные хеморецепторы, называемые ASIC , определяют уровень углекислого газа в крови. Для этого они следят за концентрацией ионов водорода в крови, которые снижают pH крови. Это может быть прямым следствием увеличения концентрации диоксида углерода, поскольку водный диоксид углерода в присутствии карбоангидразы реагирует с образованием протона и бикарбонат- иона.

Ответ заключается в том, что дыхательный центр (в мозговом веществе) посылает нервные импульсы к внешним межреберным мышцам и диафрагме через межреберный нерв и диафрагмальный нерв соответственно, чтобы увеличить частоту дыхания и объем легких во время вдоха.

Хеморецепторы, регулирующие глубину и ритм дыхания, делятся на две категории.

  • центральные хеморецепторы расположены на вентролатеральной поверхности продолговатого мозга и обнаруживают изменения pH спинномозговой жидкости. Также экспериментально было показано, что они реагируют на гиперкапническую гипоксию (повышенный уровень CO
    2
    , снижение O2) и, в конечном итоге, снижение чувствительности, отчасти из-за перераспределения бикарбоната из спинномозговой жидкости (CSF) и увеличения почечной экскреции бикарбоната. Они чувствительны к pH и CO.
    2
    .
  • периферические хеморецепторы : состоит из аортального и каротидного тел. Тело аорты обнаруживает изменения кислорода и углекислого газа в крови, но не pH, тогда как тело сонной артерии обнаруживает все три. Они не снижают чувствительность. Их влияние на частоту дыхания меньше, чем у центральных хеморецепторов.

Частота сердцебиения

Ответ на стимуляцию хеморецепторов на частоту сердечных сокращений затруднен. Хеморецепторы в сердце или близлежащих крупных артериях, а также хеморецепторы в легких могут влиять на частоту сердечных сокращений. Активация этих периферических хеморецепторов из-за ощущения снижения O2, увеличения CO2 и снижения pH передается сердечным центрам через блуждающий и языкоглоточный нервы в продолговатый мозг ствола мозга. Это увеличивает симпатическую нервную стимуляцию сердца и, в большинстве случаев, соответствующее увеличение частоты сердечных сокращений и сократимости. Эти факторы включают активацию рецепторов растяжения из-за усиленной вентиляции и высвобождения циркулирующих катехоламинов.

Однако, если дыхательная активность остановлена ​​(например, у пациента с высоким поражением шейного отдела спинного мозга), то первичным сердечным рефлексом на преходящую гиперкапнию и гипоксию является глубокая брадикардия и коронарная вазодилатация за счет стимуляции блуждающего нерва и системная вазоконстрикция за счет симпатической стимуляции. В нормальных случаях, если наблюдается рефлекторное усиление дыхательной активности в ответ на активацию хеморецепторов, повышенная симпатическая активность сердечно-сосудистой системы будет способствовать увеличению частоты сердечных сокращений и сократимости.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки