10163 (Обоняние. Вкус), страница 2

Молекулярные рецепторы для глутамата и чили

Свободный глутамат встречается во многих продуктах, включая мясо, сыр и некоторые овощи, и используется как пищевая приправа в форме глутамата натрия (ГН). Вкус глутамата передается G-протеин-сопряженным метаботропным глутаматным рецептором, который специфически экспрессируется во вкусовых сосочках, но не в окружающем нечувствительном языковом эпителии.

Методом условной вкусовой аверсии было показано, что как ГН, так и специфичный агонист mGluR4 рецепторов (метаботропных глутаматных рецепторов 4-го типа) L-AP4, вызывают сходные вкусовые ощущения у крыс.

В таких исследованиях используют тесную связь между вкусом продукта и вызванной им тошнотой, чтобы определить, подобны ли вкусовые ощущения. Крысы, у которых после вкусовых ощущений, обусловленных ГН, вызывали тошноту (внутрибрюшинной инъекцией LiCl), затем боялись вкуса mGIuR4-специфичного агониста L-AP4 (а также ГН), но не специфичных агонистов других глутаматных рецепторов.

Таким образом, молекулярный рецептор глутамата является специфическим вкусовым рецептором на языке. «Жгучий» вкус перцев чили представляет другой пример многофункциональности молекулярных рецепторов. Жгучие перцы чили не воспринимаются самими вкусовыми клетками, но скорее болевыми волокнами в языке, которые активируются капсаициновыми соединениями. Рецептор капсаицина клонирован, и доказано, что это кальций-селективный катионный канал. Рецептор «жгучести» (обозначенный VRI, потому что он был первым из членов рецепторного семейства ваниллоидов) образован волокнами мелкого размера (С-волокна) от клеток спинальных ганглиев, сигнализирующих о боли. Таким образом, природа снабдила перцы чили химической нацеленностью на данный рецептор, возможно, чтобы отпугивать травоядных путем активации болевых волокон, - что оказалось не столь успешной стратегией в случае с человеком, с его пристрастием к острой пище.

Трансдукция ноцицептивных и температурных стимулов

При температуре около 33°С у нас обычно не возникает температурных ощущений. Когда температура кожи поднимается или опускается выше или ниже этой нейтральной точки, это вызывает ощущение тепла или холода. Существуют два вида температурных рецепторов в коже: один сигнализирует о тепле, другой - о холоде. Вы можете легко продемонстрировать это на тыльной стороне кисти руки: если касаться кожи в различных местах каким-либо предметом, имеющим комнатную температуру (например, острием обычного карандаша), то в некоторых точках это вызовет ощущение холода. Вне этих точек ощущается только прикосновение. Чтобы обнаружить другие точки, пространственно отличающиеся от Холодовых, где ощущается тепло, используется теплый металлический пробник. Таких мест меньше, и их нужно долго искать. Кожные температурные афференты отличаются от тех, которые сигнализируют об экстремальных температурных воздействиях, вызывающих болевые ощущения.

Активация и сенситизация ноцицепторов

Ноцицепция (восприятие стимулов боли и повреждения) возникает из сочетания прямых и непрямых воздействий на периферические сенсоры. Болезненное нагревание (выше 43° С) вызывает открывание неспецифических катионных каналов в окончаниях С-волокон. Ионы кальция и натрия входят в клетку и деполяризируют ее, вызывая генерацию потенциала действия. Кислоты могут также напрямую открывать катионные каналы. Кислотно-чувствительные ионные каналы (ASIC) были клонированы из ноцицептивных нейронов. Механическое повреждение кожи может привести непосредственно к деполяризации ноцицепторов. Когда клетки, содержащие капсаициновые рецепторы VR1, быстро нагреваются, то открывание этих рецепторов приводит к возникновению болезненного теплового ощущения. Продолжительное воздействие капсаицина вызывает постепенное накопление кальция и смерть клетки. Парадоксально, но капсаицин используется и как долговременный анальгетик, поскольку, убивая С-волоконные афференты, он облегчает тем самым хронические боли.

Помимо болевых стимулов, таких как тепло или кислота, которые могут воздействовать непосредственно на ноцицепторы, поврежденные клетки выделяют химические активаторы, такие как аденозинтрифосфат (АТФ). Одна из субъединиц АТФ-рецептора (Р2Х3) специфична для клеток ганглиев задних корешков, образующих С-волокна, и может объединяться с другими субъединицами, вызывая медленно десенситизирующееся возбуждение ноцицепторов аденозинтрифосфатом. Клеточное повреждение также ведет к выделению цитоплазматических протеаз, которые затем расщепляют белки плазмы крови. Таким образом, из кининогена, распространенного неактивного предшественника, производится пептид брадикинин, состоящий из 9 аминокислотных остатков. Брадикинин является сильным активатором окончаний С-волокон, вызывающим в них входящий ток и генерацию потенциалов действия. Рецептор брадикинина может действовать через повышение уровня вторичного посредника IР3.

Брадикинин и другие химические вещества в поврежденной коже также повышают чувствительность ноцицептивных окончаний. Активируемые теплом катионные токи больше по величине и возникают при более низких температурах, как результат активации брадикинином протеинкиназы С. Другими медиаторами воспалительного процесса являются простагландины, серотонин, гистамин и субстанция Р. Простагландин Е2 и серотонин повышают уровень цАМФ, увеличивая тем самым амплитуду и потенциалочувствительность натриевого тока в ноцицепторах. Повреждение тканей также повышает экспрессию адренергических рецепторов в нейронах ганглиев задних корешков - это еще один из механизмов увеличения возбудимости. Активированные болевые волокна выделяют вещество Ρ не только из своих синапсов внутри спинного мозга, но также из своих терминалей в коже. На периферии вещество Ρ может увеличивать возбудимость С-волокон, блокируя К+ каналы. Процесс сенситизации сопровождается локальной вазодилятацией и опуханием. Поврежденная область становится «гиперальгезивной», т. е. приобретает пониженный болевой порог.

Выводы

Каждый тип сенсорных рецепторов отвечает предпочтительно на один тип стимула - адекватный стимул.

Короткие и длинные рецепторы различаются морфологически и функционально. Короткие рецепторы кодируют интенсивность стимула непосредственно в амплитуде рецепторного потенциала. Длинные рецепторы, помимо этого, преобразуют амплитуду рецепторного потенциала в частотный код импульсной активности.

Ответ многих рецепторов нелинейно зависит от интенсивности стимула. Это обеспечивает некоторым типам рецепторов широкий динамический диапазон.

Наиболее чувствительные рецепторы адаптируются в той или иной степени во время длительного стимула. Адаптация обусловлена как механическими, так и электрическими факторами. Некоторые рецепторы за счет очень быстрой адаптации «настраиваются» на быстро изменяющиеся стимулы, такие как вибрация.

Механочувствительные волосковые клетки внутреннего уха непосредственно преобразуют движение в открытие ионных каналов посредством физической связи. Концевая связь, которая соединяет соседние стереоцилии, растягивается посредством отклонения волоскового пучка, открывая таким образом ионный канал.

Вход кальция через неселективный канал механотрансдукции волосковых клеток приводит к адаптации и закрыванию канала.

Обонятельные нейроны используют G--протеин-сопряженные мембранные рецепторы, что ведет к открыванию цАМФ--управляемых катионных каналов в плазматической мембране. Каждый представитель обширного семейства обонятельных рецепторных белков экспрессируется небольшим количеством клеток. Все нейроны, экспрессирующие конкретный рецепторный белок, проецируются в единую гломерулу обонятельной луковицы.

Аминокислоты, сахара и горькие соединения связаны с G-протеин-сопряженными рецепторами во вкусовых сенсорных клетках. Соль и протоны (кислые соединения) воздействуют непосредственно на ионные каналы, генерируя рецепторные потенциалы во вкусовых клетках.

Болевые и температурные ощущения передаются разнообразными химическими посредниками. Прямое механическое повреждение или чрезмерное нагревание вызывает потенциал действия в болевых волокнах. Соединения, выделяемые из поврежденных тканей, такие как брадикинин, сенситизируют нонцицептивные окончания.

Литература

1. Грегори Р.Л. Разумный глаз.

2. Леках В.А. Ключ к пониманию физиологии.

3. Гамов Г., Ичас М. Мистер Томпкинс внутри самого себя: Приключения в новой биологии.