Хеморецептор - Chemoreceptor

А хеморецептор, также известный как хемосенсор, является специализированным сенсорный рецептор ячейка, которая преобразовывает а химическая субстанция (эндогенный или индуцированный) для генерации биологического сигнала.[1] Этот сигнал может быть в виде потенциал действия, если хеморецептор нейрон,[2] или в виде нейротрансмиттер который может активировать нервное волокно если хеморецептор является специализированной клеткой, например вкусовые рецепторы,[3] или внутренний периферический хеморецептор, такой как каротидные тела.[4] В физиология, хеморецептор обнаруживает изменения в нормальной окружающей среде, такие как повышение уровня в крови углекислый газ (гиперкапния) или снижение уровня в крови кислород (гипоксия) и передает эту информацию Центральная нервная система который вызывает реакцию организма на восстановление гомеостаз.

Растительные хеморецепторы

У растений есть различные механизмы восприятия опасности в окружающей их среде. Растения способны обнаруживать патогены и микробы через киназы рецепторов на уровне поверхности (PRK). Кроме того, рецептороподобные белки (RLP), содержащие домены рецептора связывания лиганда захватить патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMPS) и молекулярные паттерны, связанные с повреждениями (DAMPS), который, следовательно, запускает врожденный иммунитет растения для защитной реакции.[5]

Киназы рецепторов растений также используются для индукции роста и гормона среди других важных биохимических процессов. Эти реакции запускаются серией сигнальные пути которые инициируются химически чувствительными рецепторами растений.[6] Гормон растения рецепторы могут быть интегрированы в клетки растений или располагаться вне клетки, чтобы облегчить химическую структуру и состав. Существует 5 основных категорий гормонов, уникальных для растений, которые, однажды связавшись с рецептором, вызовут реакцию 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

Есть два основных класса хеморецепторов: прямые и дистанционные.[нужна цитата ]

  • Примеры дистанционные хеморецепторы находятся:
    • нейроны обонятельных рецепторов в обонятельная система: Обоняние включает способность обнаруживать химические вещества в газообразном состоянии. У позвоночных обонятельная система обнаруживает запахи и феромоны в полости носа. Внутри обонятельной системы есть два анатомически разных органа: главный обонятельный эпителий (МОЭ) и вомероназальный орган (ВНО). 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 прямые хеморецепторы включают:
    • Вкусовые рецепторы в вкусовая система: Основное использование вкуса в качестве типа хеморецепции - это определение вкусовых добавок. 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. Рыба 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

  • Обоняние: у наземных позвоночных обоняние происходит в нос. Летучие химические раздражители попадают в нос и в конечном итоге достигают обонятельный эпителий в котором находятся хеморецепторные клетки, известные как обонятельные сенсорные нейроны часто называемые OSN. В обонятельный эпителий встроены три типа клеток: поддерживающие клетки, базальные клетки и OSN. Хотя все три типа клеток являются неотъемлемой частью нормальной функции эпителия, только OSN служат рецепторными клетками, то есть реагируют на химические вещества и генерируют потенциал действия, который распространяется вниз обонятельный нерв чтобы добраться до мозга.[2] У насекомых, усики действуют как дистанционные хеморецепторы. Например, усики бабочек состоят из длинных перистых волосков, увеличивающих площадь сенсорной поверхности. У каждого длинного волоска от основной антенны также есть более мелкие сенсиллы, которые используются для летучего обоняния.[10] 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 распознает 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: G-белковые рецепторы. 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 вкус действуют напрямую через ионные каналы, сладкий и горький вкус - через G-белковые рецепторы, и ощущение пикантности активируется глутамат.[нужна 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 - это короткие волоски или колбочки, которые имеют единственную пору 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 изменяется в зависимости от исследуемого организма. Метод передачи сигнала от дендритов различается в зависимости от организма и химического вещества, на которое он реагирует.
  • Сотовые антенны: внутри биологический и медицинский дисциплины, недавние открытия отметили, что первичный реснички во многих типах клетки в эукариоты служить в качестве сотовые антенны. Эти реснички играют важную роль в химиочувствительности. Современное научное понимание первичных ресничек органеллы 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 химия естественно, что обнаружение и передача внешнего входа будет включать химические события. Химический состав окружающей среды, конечно, важен для выживания, и обнаружение поступления химических веществ извне может быть напрямую связано с химическими веществами клетки.[нужна 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 передается в химической или электрохимической форме на центральный процессор, мозг или же спинной мозг. Результирующий вывод из ЦНС (Центральная нервная система ) совершает действия тела, которые задействуют пищу и повышают выживаемость.[нужна цитата ]

Физиология

Контроль дыхания

Особые хеморецепторы, называемые ASIC, определить уровни углекислый газ в крови. Для этого следят за концентрацией ионы водорода в крови, что снижает pH крови. Это может быть прямым следствием увеличения концентрации углекислого газа, поскольку водный раствор двуокиси углерода в присутствии карбоангидраза реагирует на формирование протон и бикарбонат ион.[нужна цитата ]

Ответ таков: дыхательный центр (в мозговом веществе) посылает нервные импульсы к внешнему межреберные мышцы и диафрагма, через межреберный нерв и диафрагмальный нерв соответственно для увеличения частоты дыхания и объема легких при вдохе.

Хеморецепторы, регулирующие глубину и ритм дыхания, делятся на две категории.[нужна цитата ]

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 в результате ощущения пониженного содержания O2, увеличения содержания CO2 и пониженного 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 увеличения вентиляции и высвобождения циркулирующих катехоламинов.

Однако, если дыхательная активность остановлена ​​(например, у пациента с высоким поражением шейного отдела спинного мозга), тогда первичный сердечный рефлекс на преходящую гиперкапнию и гипоксию является глубоким. брадикардия и коронарное расширение сосудов за счет стимуляции блуждающего нерва и системное сужение сосудов за счет симпатической стимуляции.[14] 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

Рекомендации

  1. ^ Кумар, Прем; Прабхакар, Нандури Р. (01.01.2012). «Периферические хеморецепторы: функция и пластичность каротидного тела».. Комплексная физиология. 2 (1): 141–219. Дои:10.1002 / cphy.c100069. ISSN  2040-4603. ЧВК  3919066. PMID  23728973.
  2. ^ а б Rawson, Nancy E .; Йи, Карен К. (2006). «Преобразование и кодирование». Вкус и запах. Успехи в ото-рино-ларингологии. 63. С. 23–43. Дои: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:2014ПНАС..111.6075С. Дои:10.1073 / pnas.1402251111. ЧВК  4000837. PMID  24711432.
  4. ^ Медсестра, Колин А. (2013). «Обработка сигналов на хеморецепторах сонных артерий млекопитающих». Semin Cell Dev Biol. 24 (1): 22–30. Дои:10.1016 / j.semcdb.2012.09.006. PMID  23022231.
  5. ^ Ципфель, Кирилл (июль 2014 г.). «Рецепторы распознавания образов растений». Тенденции в иммунологии. 35 (7): 345–351. Дои:10.1016 / j.it.2014.05.004. PMID  24946686.
  6. ^ Haffani, Yosr Z; Сильва, Нэнси Ф; Геринг, Дафна Р. (1 января 2004 г.). «Передача сигналов рецепторной киназы в растениях». Канадский журнал ботаники. 82 (1): 1–15. Дои:10.1139 / b03-126.
  7. ^ Линн, Армитаж; Оттолайн, Лейзер (2014). «Рецепторы гормонов растений». Доступ к науке. Дои:10.1036/1097-8542.900137.
  8. ^ Корабль.; 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. Дои:10.1007/400_2008_4. ISBN  978-3-540-69918-7. PMID  19145414.
  9. ^ а б Чапман 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. ^ Стинселс, S; Депортер, я (2018). «Хеморецепторы в кишечнике». Анну Рев физиол. 80: 117–141. Дои:10.1146 / аннурьев-физиол-021317-121332. PMID  29029594.
  12. ^ Сатир, Питер; Кристенсен, Сорен Т. (2008). «Строение и функции ресничек млекопитающих». Гистохимия и клеточная биология. 129 (6): 687–93. Дои:10.1007 / s00418-008-0416-9. ЧВК  2386530. PMID  18365235.
  13. ^ "Глава 4". www.columbia.edu. Получено 2017-01-29.
  14. ^ Berk, J. L .; Леви, М. Н. (1977-01-01). «Глубокая рефлекторная брадикардия, вызванная преходящей гипоксией или гиперкапнией у человека». Европейские хирургические исследования. 9 (2): 75–84. Дои:10.1159/000127928. ISSN  0014-312X. PMID  852474.

внешняя ссылка