2019.04.10.

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Chemische Sensitivität-Geruch und Geschmack

Péter Sántha, 08.04.2019.

Lernziele 104-105.

Chemische Sensitivität

Geruch und Geschmack

Biologische Bedeutung:• Prüfung der Nahrung - (zB.: Bitter: giftige

Alkaloyde)• Reflektorische Abwehrreaktionen (Erbrechung,

Würgereflex, Gustofacialis Rfx.)• Reflektorische Steuerung der Sekretion von

Verdauungsdrüsen• Sexualverhalten, soziale Bindung (humane

Pheromone?)• Emotionen, Gedächtnis

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Geruchsinn

Nasenschleimhaut: obere und mittlereConchen

Regio olfactoria ( 10 cm2):107 Sinneszellen (Riechzellen)Primäre Sinneszellen (3-4 Wochen)Stützzellen, Basalzellen

Zuführung von DuftstoffenNormale Atmung - Schnüffeln

Empfindung von „Geruschsreizen” ausserder Regio olfactoria: nn. V., IX. und X.

Zelluläre Aufbau des Riechepithels (Regio olfactoria)

Siebbeinplatte

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Schema der Schichten und Verbindungen im Bulbus Olfactorius

Glomeruli: funktionelle EinheitenKonvergenz : za. 1:1000

Periglomeruläre Zellen: lokole Interneuronen(laterale Hemmung)

Mitralzellen: Projektionsneuronen(Pinsel- (Büschel-)zellen)

Körnerzellen:rekurrente Hemmung

Efferente Fasern: Zentrifugale (efferente) Kontrolle

Siebbeinplatte

Ähnliche neuronale Netzwerkein der Retina und im B. olfactorius

vertikale – horizontale VerschaltungenLaterale Hemmung - Kontrasterhönung

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TC: Tuffted cells(Pinselzellen)

VNO:Vomeronasal Organ(bei Menschenrudimentär)

Zentralnervöse Lokalisationdes Riechsystems

„Riechhirn”

Paleocortex (+Archicortex)

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Zentrale Projektionen des olfactorischen Systems

1. Riechzellen2. Mitralzellen3. Tractus olfactorius4. Nucleus olphactorius ant.5. Thalamus6. Hypothalamus7. Hippocampus und Amygdala

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Geruchsqualitäten

Der Mensch kann za. 10.000 verschiedener Duftstoffe könne geruchlich unterschieden w.

Es gibt keine Kriterien für eien klare Abgrenzung von Geruchsqualitäten:

Duftklassen oder Primärgerüche wurden definiert

Grundlagen für eine Aufteilung:

Partielle anosmien

Kreutzadaptation

Sinnesphysiologie - Empfindlichkeit:

Zb.: Buttersäure – 2,4 x 109 Moleküle/ml Luft (za. 0.1 ppm)Wahrnehmugsschwelle ≠ Erkennungsschwelle!Zeitabhängig – schnelle Adaptierung

Mögliche klassifikation der Primärgerüche

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Jasmin

Mechanismus der Duftstofferkennung auf molekularer Ebene

Rezeptor Genfamilie:G-Protein gekoppelte 7 trans-membran Domän Proteine(Chemotyp)

Signalverstärkung:Second-messenger-Kaskade(cAMP oder IP3)

CNG-Kanäle „Cyclic Nucleotide Gated”(wie bei der Photorezeptoren)

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The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2004

"for their discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory system"

Richard Axel Linda B. Buck

Nobel Vorlesung: http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/

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Zahl der Gene von (mögliche) Duftstoff Rezeptoren

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Nobel Vorlesung – L. Bucks, 2004

MO

LE

CU

LA

R R

EC

EP

TIV

E R

AN

GE

Nobel Vorlesung – L. Bucks, 2004

Wahrnehmugsschwelle ≠ Erkennungsschwelle!

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Nobel lecture – L. Bucks, 2004

MO

LE

CU

LA

R R

EC

EP

TIV

E R

AN

GE

Einer Zell – eines Rezeptor (Analogie: Lymphozyten – Antikörper)

(Ver

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Galaktosidase-Rezeptorprotein KonstruktIRES: Internal Ribosome Entry Site

Aus der Nobel Vorlesung von R. Axel

Feste projektionen von Riechzell axonen zur Glomeruli

Spezifische Verschaltungen zwischen der Riech- und Mitralzellen

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Aus der Nobel Vorlesung von R. Axel

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„across fibre (neuron) pattern”

Nobel Vorlesung – L. Bucks, 2004

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Nobel Vorlesung – L. Bucks, 2004

Geschmacksinn - Morphologische Grundlagen

-verschieden gestaltete Arten der Schleimhautfalten:Pilz-, Blätter- und Wallpapipellen

Topographische Verteilung auf der Zungenoberfläche:

Pilzpapillen (papillae fungiformes): befinden sich verstreut über den ganzen Zungenoberfläche (200-400)

Wallpapillen (papillae circumvallatae):liegen an der Grenze zum Zungengrund (7-12)

Blätterpapillae (papillae foliatae): liegen am hinteren Seitenrand der Zunge (15-20)

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Morphologie der Zungenoberfläche:

Geschmacksknospen - die eigentliche Geschmacksorgane

- Lokalisation der Geschmacksknospen:Seitenwand oder auf der Oberfläche der Papillen

Andere Lokalisationen: Mundschleimhaut, Gaumen und Rachenbereich

Spüldrüssen: Speiseteilchen, Mikroorganismen fortschwemmen

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Aufbau der Geschmacksknospen

Der Mensch besitzt za. 2000-4000 Geschmacksknospen Zelltypen: Sinneszellen (Sekundäre Sinneszellen)

StützzellenBasalzellen

Afferente Fasern: za. 50 je Knospe, Klasse C und Aδ

α-Gustducin

H-Blutgruppeantigen

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Innervierung der Geschmacksknospen

N. Facialis (VII.) - Chorda tympaniN. Glossopharyngeus (IX.)(N. Vagus, N. Trigeminus)

N. Facialis System - Differentialdiagnostische Bedeutungder Geschmacksempfindung

Proximale vs. distale N. FacialisSchädigung:

Facialislähmung±Ageusie

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N. tractus solitarii

„Spezifisches System”:Lemniscus medialis(trigeminalis)Thalamus (VPM)Insular Cortex,Operculum

„Unspezifisches System”#:N. ParabrachialisAmygdalaHypothalamusStria terminalis

# Somato-viszerale chemo-senzitive Afferenzen

Zentrale Verschaltungen der Geschmacksfasern

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Geschmacksqualitäten

Grundqualitäten: süß, sauer, salzig bitter, umamiNebenqualitäten: alkalisch (Pottasche), metallisch

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Reaktionen der Geschmacksinneszellen und Geschmackfasern

Schemckzellen antworten auf Substanzen mehrerer Geschmackqualitätenmit De- oder Hyperpolarisation (selten AP – sekundäre Sinnesepithelzellen!)

Rezeptorpotentiale sind Substanz- und Konzentrationsabhängig

Die Einzellfaser-Ableitungen zeigen einen spezifischen Erregungs-muster (Geschmacksprofile) von individuelle Afferenzen

- Kodierung („across fiber pattern”)

Hemmung

Aktivitätsprofil eines n. tractus solitarii Neurons

1s

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NTS

Thal. VPM

Funktionsverteilung der Rezeptorzellen in der Gaschmacksknospen

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Chaudhari N, Roper SD.; J Cell Biol. 2010 Aug 9;190(3):285-96

Molekuläre Mechanismen der Geschmackserkennung

In Allgemein: Im Speichel gelösten Geschmackssubstanzen

Wechselwirkung mit spezifischen Membranrezeptoren

Transduktionsprozess (Verstärkung, Adaptation usw.)

Rezeptorpotential

Transmitterfreisetzung

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Biol Pharm Bull. 2010;33(11):1772-7.

Gustatory signaling in the periphery: detection, transmission, and modulation of taste information.

Niki M, Yoshida R, Takai S, Ninomiya Y.

Weitere Eigenschaften des Geschmaksinns

Adaptation: Abnahme der Geschmackintensität während kontiunierliche Gegenwarteiner konstanten Reizkonzentration (innerhalb enigen sekunden).

Geschmacksmodifikatoren:Gymneasäure (Gymnema silvestris) - Ausfall der Süßempfindung Mirakulin - Umkehr des Sauergeschmaks in Süß

Biologische Bedeutung:Prüfung der Nahrung - (zB.: Bitter: giftige Alkaloyde)Reflektorische Abwehrreaktionen (Erbrechung, Würgereflex)Reflektorische Steuerung der Sekretion von VerdauungsdrüsenScharf? – chemosensitive Nozizeptoren (Capsaicin – TRPV1 Kanäle, Vasabi – TRPA1)

Emotionelle Komponenten:Angeborene Lust auf Süßes, Ablehnung von Bitterem (gustofacial Rfx.)Erwerbte Aversion: “Bearnaise Sauce” Effekt

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Flavour = smell + taste

(Aroma/Würze = Duft + Geschmack)