Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Хеморецепторная , также известный как хемосенсорные , является специализированным рецептором клеткой , которая преобразовывает в химическом вещество ( эндогенный или индуцированный) , чтобы генерировать биологический сигнал. [1] Этот сигнал может быть в форме потенциала действия , если хеморецептор представляет собой нейрон , [2] или в форме нейромедиатора, который может активировать нервное волокно, если хеморецептор является специализированной клеткой, такой как вкусовые рецепторы. , [3] или внутренний периферический хеморецептор, например, каротидные тела . [4] 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 реакции организма для восстановления гомеостаза .

Растительные хеморецепторы [ править ]

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 домены рецепторов, улавливают молекулярные структуры, связанные с патогенами (PAMPS), и молекулярные структуры, связанные с повреждениями (DAMPS), которые, следовательно, инициируют врожденный иммунитет растения для защитного ответа. [5]

Киназы рецепторов растений также используются для индукции роста и гормона среди других важных биохимических процессов. Эти реакции запускаются рядом сигнальных путей, которые инициируются химически чувствительными рецепторами растений. [6] 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. [7]

Классы [ править ]

Существует два основных класса хеморецепторов: прямые и дистанционные. [ необходима цитата ]

  • 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 различных 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. [8] Обоняние у беспозвоночных отличается от обоняния позвоночных. Например, у насекомых обонятельные сенсиллы присутствуют на их усиках.[9]
  • 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. [9]

Органы чувств [ править ]

  • 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. [2] 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. [10] Поскольку бабочки в основном ведут ночной образ жизни, развитие сильного 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 разных 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 действуют через рецепторы , связанные с G-белком , а острые ощущения активируются глутаматом . [ необходима цитата ]Вкусовые хемосенсоры присутствуют не только на языке, но и на различных клетках эпителия кишечника, где они передают сенсорную информацию нескольким эффекторным системам, участвующим в регуляции аппетита, иммунных ответов и моторики желудочно-кишечного тракта. [11]
  • 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. В основном они находятся 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». [12]

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. [ необходима цитата ]

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, где 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. [ необходима цитата ]

Физиология [ править ]

  • Каротидные и аортальные тела обнаруживают изменения, прежде всего, в концентрации ионов pCO2 и H +. Они также ощущают снижение парциального давления O2, но в меньшей степени, чем для концентрации ионов pCO2 и H +.
  • Зона триггера хеморецепторного представляет собой область мозга в головном мозге , который принимает входные сигналы от крови -borne препаратов или гормонов , и сообщается с рвотным центром (область postrema) , чтобы вызвать рвоту . [ необходима цитата ]

Контроль дыхания [ править ]

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. [ необходима цитата ]

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. [ необходима цитата ]

  • 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 [ необходима цитата ] . Они чувствительны к pH и CO.
    2    . [ необходима цитата ]
  • 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. [ необходима цитата ]

Частота пульса [ править ]

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. [13] 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. [14] В нормальных случаях, если наблюдается рефлекторное увеличение дыхательной активности в ответ на активацию хеморецепторов, повышенная симпатическая активность сердечно-сосудистой системы будет действовать, чтобы увеличить частоту сердечных сокращений и сократительную способность.

См. Также [ править ]

  • Рецептор клеточной поверхности
  • Хемосенсорные кластеры
  • Триггерная зона хеморецептора
  • Диффузная хемосенсорная система
  • Тактильная технология
  • Молекулярный датчик
  • Запах
  • Обоняние
  • Одиночные хемосенсорные клетки
  • Сенсорный рецептор
  • Вкус
  • Вомероназальный орган

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кумар, Прем; Прабхакар, Нандури Р. (01.01.2012). «Периферические хеморецепторы: функция и пластичность каротидного тела» . Комплексная физиология . 2 (1): 141–219. DOI : 10.1002 / cphy.c100069 . ISSN  2040-4603 . PMC  3919066 . PMID  23728973 .
  2. ^ a b Роусон, Нэнси Э .; Йи, Карен К. (2006). «Трансдукция и кодирование». Вкус и запах . Достижения в ото-рино-ларингологии. 63 . С. 23–43. DOI : 10.1159 / 000093749 . ISBN 3-8055-8123-8. PMID  16733331 .
  3. ^ Сондерс, CJ; Christensen, M; Палец, TE; Тиццано, М (2014). «Холинергическая нейротрансмиссия связывает одиночные хемосенсорные клетки с воспалением носа» . Труды Национальной академии наук . 111 (16): 6075–80. Bibcode : 2014PNAS..111.6075S . DOI : 10.1073 / pnas.1402251111 . PMC 4000837 . PMID 24711432 .  
  4. ^ Медсестра, Колин А. (2013). «Обработка сигналов на хеморецепторах сонных артерий млекопитающих». Semin Cell Dev Biol . 24 (1): 22–30. DOI : 10.1016 / j.semcdb.2012.09.006 . PMID 23022231 . 
  5. ^ Zipfel, Кирилл (июль 2014). «Рецепторы распознавания образов растений». Направления иммунологии . 35 (7): 345–351. DOI : 10.1016 / j.it.2014.05.004 . PMID 24946686 . 
  6. ^ Хаффани, Йоср Z; Сильва, Нэнси Ф; Геринг, Дафна Р. (1 января 2004 г.). «Передача сигналов рецепторной киназы в растениях». Канадский журнал ботаники . 82 (1): 1–15. DOI : 10.1139 / b03-126 .
  7. ^ Линн, Армитаж; Оттолайн, Лейзер (2014). «Рецепторы гормонов растений» . Доступ к науке . DOI : 10.1036 / 1097-8542.900137 .
  8. ^ Ши, П .; Чжан, Дж. (2009). «Чрезвычайное разнообразие репертуаров генов хемосенсорных рецепторов среди позвоночных». Хемосенсорные системы у млекопитающих, рыб и насекомых . Результаты и проблемы дифференциации клеток. 47 . С. 57–75. DOI : 10.1007 / 400_2008_4 . ISBN 978-3-540-69918-7. PMID  19145414 .
  9. ^ a b Чепмен Р.Ф. (1998) «Хеморецепция» в Насекомых: структура и функции 4-е издание. Издательство Кембриджского университета, Кембридж. 639.
  10. ^ Хаупт, С. Шуичи; Сакураи, Такеши; Намики, Шигехиро; Казава, Томоки; Канзаки, Рёхей (2010). «Обработка обонятельной информации у бабочек» . Нейробиология обоняния . CRC Press / Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781420071979. PMID  21882429 .
  11. ^ Steensels, S; Депортер, я (2018). «Хеморецепторы в кишечнике». Annu Rev Physiol . 80 : 117–141. DOI : 10.1146 / annurev-Physiol-021317-121332 . PMID 29029594 . 
  12. ^ Сатир, Питер; Кристенсен, Сорен Т. (2008). «Строение и функции ресничек млекопитающих» . Гистохимия и клеточная биология . 129 (6): 687–93. DOI : 10.1007 / s00418-008-0416-9 . PMC 2386530 . PMID 18365235 .  
  13. ^ «Глава 4» . www.columbia.edu . Проверено 29 января 2017 .
  14. ^ Берк, JL; Леви, Миннесота (1977-01-01). «Глубокая рефлекторная брадикардия, вызванная преходящей гипоксией или гиперкапнией у человека». Европейские хирургические исследования . 9 (2): 75–84. DOI : 10.1159 / 000127928 . ISSN 0014-312X . PMID 852474 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Хеморецепторы в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • Ассоциация хеморецептивных наук http://www.achems.org/