Humanbio - Reichen und Schmecken

Chemorezeption

Aufnahme von chemischen Reizen → können von allen Organismen wahrgenommen werden + für manche Organismen Hauptinformationsquelle

Chemische Signalgebung - Umwelt und Organismus

Chemische Reize, die z.B. zur Orientierung oder Gefahrenerkennung dienen

Chemische Signalgebung - innerhalb des Organismus

intraorganisch, Hormone

Chemische Signalgebung - Organismus und Organismus

interorganismisch, Semiochemikalien (gr. Semeon = Signal, Zeichen)

Chemische Signalgebung - interspezifisch

• Allelochemikalien

  • Kairomone

  • Allomone

  • Synomone

Chemische Signalgebung - intraspezifisch

Duftmoleküle und Pheromone

Nutzen bei Kairomonen

für Empfänger

Nutzen bei Allomonen

für Sender

Allomone - Beispiele (2)

• Lockstoffe → Attraktantien

• Abwehrstoffe → Repellentien

• → Fleischfressende Pflanzen locken Insekten an

• → Spinne imitiert Sexuallockstoff um Beute anzulocken

Nutzen bei Synomonen

für Sender und Empfänger

Synomone - Beispiel

Blütenduft für Bestäuber

Nahsinn

Schmecken → Quelle muss im Mund/ in unmittelbarer Nähe sein

→ Stoffe müssen in Wasser gelöst sein -> an Geschmacksrezeptoren gelangen

Fernsinn

Riechen → Quelle kann weit weg sein -> sogar Kilometer weit weg

→ Wir nehmen flüchtige Stoffe aus der Luft oder aus dem Wasser wahr

Olfaktorisches Organ

= Riechepithel und Riechkolben

Riechkolben - latein

Bulbus olfactorius

Olfaktorisches Organ - Ablauf

1. Hirnnerv (Nervus olfactorius) -> Primäre Riechrinde (Teil des Telencephalon/ kleiner Bereich der Großhirnrinde) -> Wahrnehmung von Duftmolekülen

Vomeronasales Organ

= Jacobsons-Organ

Vomeronasales Organ - Ablauf

0. Hirnnerv (Nervus terminalis, Nervus vomeronasalis) -> akzessorischen Bulbus (Gebiet in der Nähe vom Riechkolben) -> limbisches System -> Wahrnehmung von Pheromonen

Hirnnerven - Abbildung

• 12 paarige Hirnnerven

• Von vorne nach hinten durchgezählt (von rostral nach kaudal)

0. Hirnnerv

filigraner Hirnnerv, der lange übersehen wurde -> vor erstem Hirnnerv -> an Schädelbasis

Thalamus =

Tor zum Bewusstsein → welche sensorischen Informationen kommen in die Wahrnehmung → welche sind wichtig

1. Hirnnerv → vom Balbus zur Riechrinde - Verschaltung

Einzige sensorische Information (das Riechen), die nicht komplett über Thalamus verschaltet wird → Informationen direkt ins limbische System

Erneuerung von Riechzellen

• Riechzellen sterben irgendwann ab !!!

  • Werden erneuert

  • Lebenslange Stammzellen -> nur wenige Zelltypen haben das

    • Bei Zellen des Hippocampus genauso

Gehirn - Abbildung

Limbisches System

Emotionen + Gedächtnis

Amygdala (Mandelkern)

im limbischen System → Emotionale Reaktionen auf verschiedene Reize

Hippocampus (Ammonshorn)

im limbischen System → Speicherung von Gedächtnisinhalten, Langzeitgedächtnis

Riechepithel - Größe

2 x 2,5 cm2

Riechepithel - Lage

 oberste der drei Conchen

• Auf oberster der drei Nasenmuscheln zu beiden Seiten der Nasenscheidewand

• Unmittelbar unter Siebbeinplatte

Riechepithel - Zelltypen (4)

Stützzellen, Basalzellen, Riechsinneszellen, Mitralzellen

Riechzellen - Anzahl

ca. 30 Millionen

Riechzellen - Lebensdauer + Erneuerung

1 Monat + durch Basalzellen erneuert

Zilien

• ragen in den Schleim

  • Am apikalen Ende der Riechsinneszellen

  • Lange Ausstülpungen der Zellmembran

primäre Sinneszellen

Sinneszellen mit eigenem Axon ohne nachgeschaltetes Neuron

Riechen - Abbildung

Siebbeinplatte

• Teil des Schädels

• Durchlöcherter Knochen

• Axone von Riechsinneszellen führen dadurch  -> zum Riechkolben

Riechen - Ablauf

Duftstoffe kommen an -> Aktionspotentiale werden ggf. ausgelöst -> Information zu Riechkolben -> Riechhirn

Riechschleimhaut - Zusammensetzung

• Besteht aus verschiedenen Zellen

  • Riechsinneszelle/ Geruchsrezeptorzellen + Stützzellen + neue Riechsinneszellen aus Basalzellen

Zilien bis Riechkolben - Abbildung

• Duftmoleküle docken an Zilien an

• Axone ziehen durch Siebbeinplatte zur ersten synaptischen Verschaltung im Bulbus olfactorius

• Membran der Zilien

  • In Membran -> Duftstoffrezeptoren

  • Jede Riechsinneszelle trägt nur einen Duftstoffrezeptortyp

Transduktionsprozess - Ort

• Transduktionsprozess in den Zilien der Riechsinneszellen

  • G-Protein gekoppelte Rezeptoren

• Axone der Riechsinneszellen ziehen zum Bulbus olfactorius = Riechkolben

verschiedene Zellen - Abbildung

• Bulbus olfactorius

  • Riechsinneszellen/ Duftstoffrezeptoren desselben Typs laufen im selben Glomerulus zusammen

  • Zellen werden jeden Monat erneuert von Basalzellen -> Basalzellen müssen richtige Ausläufer/ Axone in richtigen Glomerulus schicken

    • In jedem nur ein Typ von Riechsinneszellen

      • Basalzellen müssen sie richtig zuordnen

Glumerulus - Funktion

• Synaptische Verbindungen mit Mitralzellen (einzige synaptische Schaltstelle auf dem Weg ins Gehirn)

• Hohe Konvergenz: > 1.000 Axone von Riechsinneszellen projizieren auf eine Mitralzelle 

Mitralzellen - Funktion

• Einzige Umschaltstelle/ einziges anderes Neuron auf Weg zum Riechhirn

• Schicken ihre Dendriten zum Glomerulus (Verschaltung mit Axonen -> synaptische Verbindung mit Riechsinneszellen -> über Riechnerv zum Gehirn)

• 30.000 Axone der Mitralzellen bilden den Riechnerv

Hemmung von benachbarten Neuronen

• Periglomeruläre Zellen und Körnerzellen als Interneurone -> laterale Hemmung von benachbarten Neuronen bewirken

  • Hemmung von benachbarten Neuronen -> fokussieren auf einen bestimmten Geruch

G-Protein gekoppelter Rezeptor

• Von letzter Woche

• cAMP : Cyklisches Adenosinmonophosphat

• Calcium öffnet Kanal für Chloridionen

• Wenige Duftmoleküle reichen für Reaktion aus

Geruchsrezeptoren + OR-Gene Mensch - Anzahl

380 Rezeptoren → 850 OR-Gene (olfactory receptor)

Expression der Gene

ändert sich je nach physiologischen Zustand → z.B. Ovulationszyklus, Schwangerschaft → Gerüche anders wahrnehmen

Wie kommen die Geruchsstoffe an die Geruchsrezeptoren?

• = Odorant Binding Proteins

• In Schleim der Nasenschleimhaut

Mikrosmaten

Geruchssinn ist schlecht ausgebildet und spielt eine untergeordnete Rolle

Makrosmaten

Geruchssinn ist gut ausgebildet uns spielt eine wichtige Rolle

Riechschleimhaut - Größe

ca. 5 cm2

Riechsinneszellen - Anzahl

ca. 30 Millionen

Riechzellen Hund - Anzahl

• Dackel: ca. 125 Millionen Sinneszellen

• Schäferhund: ca. 250 Millionen Sinneszellen. 150 cm2

Pheromone - Funktion

intraspezifische Kommunikation → Üben auf ein anderes Individuum (Empfänger) eine physiologische bzw. das Verhalten ändernde Wirkung aus

→  Modifizieren das Sozialverhalten und sind sozial modulierbar

Pheromone

Volatile (flüchtige) Substanzen, die von einem Individuum (Sender) gebildet und in die Umwelt freigesetzt werden

Pheromone bei niederen Wirbeltieren und Wirbellosen

Können nicht immer zwischen der intraspezifischen Kommunikation dienenden Duftstoffen und Pheromonen unterscheiden

Pheromone bei Säugetieren

Unbewusst über VNO (Vomeronasales Organ) rezipiert (akzessorisches Riechorgan)

Duftstoffe bei Säugetieren

Bewusst und unbewusst über das Riechepithel/ Riechkolben wahrgenommen (primäres Riechorgan)

Pheromone beim Menschen

Stoffe sind geruchslos aber haben eine Wirkung bei Menschen mit funktionierendem VNO

MHC

major histocampatibility complex

HLA → Name beim Menschen

humanes Leukozyten Antigen

Genetische Kompatibilitätshypothese

• Wahl eines Paarungspartners mit komplementären Allelen (z.B. MHC)

• Bessere immunologische Abwehr der Nachkommen

• Je verschiedener → desto besser für die Nachkommen

• Je verschiedener MHC-Moleküle sind, desto besser

• wird von Pille beeinflusst

Geruchssinn - Erkennung von … (6)

• Von Gefahren (z.B. Feuer)

• Von Artgenossen

• Eines Individuums (Individualgeruch)

• Des Geschlechtspartners (Partnerwahl)

• Des Verwandtschaftsgrads

• Des sozialen Status

Geruchssinn - Funktion (6)

• Erkennung von z.B. Gefahren

• Finden von Nahrung

• Lokalisieren von Nahrung

• Heimfindevermögen

• Navigation/ Orientierung

• Reviermarkierung

Lokalisieren von Nahrung - Beispiel

Stereo-Riechen bei Hammerhai

Heimfindevermögen - Beispiele (2)

Aale und Lachse bei Wanderung

Navigation - Beispiel

Brieftauben

Pilzpapillen - Anzahl

200-400

Geschmacksknospen pro Pilzpapille

3-4 → über Zunge verteilt

Blätterpapillen - Anzahl

15-20

Geschmacksknospen pro Blätterpapille

ca. 50

Wallpapillen - Anzahl

7-12

Geschmacksknospen pro Wallpapille

100

Fadenpapillen - Funktion

nur taktile Funktion

Schmecken - Papillenarten (4)

• Pilzpapillen

• Blätterpapillen

• Wallpapillen

• Fadenpapillen

Papillen - Abbildung

Geschmacksknospen bei jungen Menschen - Anzahl

ca. 9.000

Geschmacksknospen bei älterem Mensch - Anzahl

ca. 4.000

Geschmackssinneszellen pro Geschmacksknospe

ca. 50

Zunge - Abbildung

Geschmackssinneszelle - Abbildung

• Mikrovilli am apikalen Ende

  • Geschmacksrezeptoren in der Membran der Mikrovilli

Geschmackszellen - Ursprung

aus modifizierten Epithelzellen

Geschmackszellen - Lebensdauer

10 Tage

sekundäre Sinneszellen - beteiligte Hirnnerven

Werden von drei Hirnnerven innerviert -> 7., 9., 10.

Geschmacksqualitäten (6)

• süß

• sauer

• salzig

• bitter

• umami (herzhaft)

• (fettig)

Geschmacksqualitäten Schmecken - Abbildung

sauer und salzig → Rezeptor ist gleichzeitig der Ionenkanal

Bitter - beteiligter Rezeptor

T2Rx - taste receptor type 2

umami - beteiligter Rezeptor (2)

T1R1 und T1R3

süß - beteiligter Rezeptor (2)

T1R2 und T1R3

Ionenkanal (Natrium) für bitter, süß, umami

TRPM5

bitter - Anzahl verschiedener Rezeptoren als Monomere

25 (bei Mäusen 40)

Süß/ umami - Rezeptoren Besonderheit

Jeweils 2 Rezeptoren der T1R-Genfamilie bilden ein Dimer

G-Protein gekoppelter Rezeptor beim Schmecken

• G-Protein aktiviert Phospholipase C -> ... -> Natriumeinstrom (Depolarisation)

• Möglicherweise dient ATP als Transmitter zwischen Geschmackssinneszellen und Nervenfasern

Dimer

• Rezeptoren arbeiten zusammen

• Wenn beide ausgebildet sind kann man auf süß reagieren

Geschmackssinn Katzen

• Allel T1R2 defekt -> können süß nicht schmecken

• Allerdings T1R3 intakt -> wichtig für umami

spezieller Bitterrezeptor

TAS2R38

TAS2R38 - Bitterrezeptor

• Reagiert spezifisch auf Phentylthiocerabimid (PTC)

• 3 Isoformen des TAS2R38-Gens

  • Manche empfinden PCT extrem bitter (PAV und AAI), andere schmecken es gar nicht (AVI)

Gastrophysik

Kombination aus Gastronomie und Psychophysik → Wie nehmen wir essen wahr?

Psychophysik

• Wissenschaftliche Erforschung von Wahrnehmungen basierend auf Reaktionen, die in Folge von definierten Reizen auftreten

• Beispiel: Akustik - Erstellen einer Hörschwellenkurve

Geschmackssinn

• Vieles das von uns als Geschmack wahrgenommen wird, ist eigentlich riechen über den retronasalen Weg (blau)

• Eigentliches Reichen über orthonasalen Weg (lila) an das Riechepithel