Sensorik (Subject) / Einheit 1 (Lesson)
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- Welche (Geschmacks)Papillen gibt es und wo sind sie lokalisiert? 1. Wallpapillen (Papillae vallate)- hinten an der Grenze zum Zungengrund in V-förmiger Anordnung- groß und von Wallgraben mit Spüldrüsen umgeben- im Durchschnitt 9 Papillen auf der Zunge mit je 240 Geschmacksknospen 2. Blätterpapillen (Papillae foliate)- am Seitenrand des hinteres Zungendrittels- reihenförmig und dicht hintereinander liegende Auffaltungen- durchschnittlich 2 Stück mit einer Reihe von Fissuren etwa 11 insgesamt (Furchen) mit je 118 Geschmacksknospen 3. Pilzpapillen (Papillae fungiformes) gesamte Zungenoberfläche, v.a. vorderes Drittel der Zunge (Spitze), am Seitenrand, mittlerer Bereich weniger und auch hinten mit größeren pilzförmigen Papillen durchschnittlich 290 Papillen mit je 3,4 Geschmacksknospen Außerdem: Fadenpapillen (Papillae filiformes) bedecken die übrige Zungenfläche hab keine Geschmacksknospen dienen der Beurteilung von Haptik (mech. Eigenschaft des LM) = taktile Funktionen Alle Papillen v.a. auf der Zunge lokalisiert, aber auch im Gaumen + hinterer Mundhöhlenbereich (Rachen) !
- Nennen Sie die 5 Grundgeschmacksqualitäten. (in Klammern: Signalmolekül) Süß (Zucker, Zuckerderivate, einige AS, Peptide oder Alkohole) Salzig (Natriumchlorid, einige andere Mineralsalze) Sauer (saure Lösungen, organische Säuren) Bitter (verschied. Bitterstoffe) Umami (Glutamin- & Asparaginsäure; durch 5' Ribonucleotide deutlich verstärkte Sensitivität, prominentestes Beispiel ist Iminomonophosphat)
- 3 Funktionen der Geschmacksqualitäten nennen bitter + sauer: Warnsinn süß + umami: Kalorien-Detektor (KH / EW) salzig: Elektrolytdetektor (Wasser- und Salzhaushalt)
- Welche Sinneseindrücke tragen zur Geschmackswahrnehmung im Mund bei? - die 3 Sinne der „Geschmacks“-Wahrnehmung = Geschmack, Geruch, Trigeminalsinn- Tastempfinden bzw. Haptik zur Textur - Thermozeption- Chemesthesis / Chemorezeption / irritation (Reizwahrnehmung über Trigeminalsinn, der Schmerz, Kribbeln, Temperatur, etc. vermittelt)
- Was besagen die „labelled line“ and „across pattern“ Theorien zur Verschlüsselung gustatorischer Informationen? Labelled line (Purves et al 2001) Übertragung der Informationen verschiedener Grundgeschmacksqualitäten auf getrennten neuronalen Bahnen durch gewidmete Sensor- und Nervenzellen ⇒ unabhängige und spezifische Geschmackswahrnehmung, Verarbeitung und Weiterleitung Jede Geschmackssinneszelle enthält nur Rezeptoren für eine bestimmte Geschmacksqualität ⇒ die Detektion findet getrennt auf der Ebene der Sinneszellen statt Allerdings beherbergt eine Geschmacksknospe die Sinneszellen mehrerer Qualitäten. Und auch in den zugeordneten afferenten Nerven kodiert jede Faser für nur eine Geschmacksqualität Across pattern (Chandrashekar et al) Übertragung der Informationen verschiedener Grundgeschmacksqualitäten durch die Aktivitätsmuster von Neuronen, die auf alle Geschmacksstimuli reagieren. Ein sensorisches Neuron hat laut der Theorie Kontakt zu mehreren Geschmackssinneszellen. jede TRC exprimiert entweder nur einen Rezeptortypen oder hat mehrere Rezeptortypen Mustergenerierung überlappender Nervenzellen, in denen auch nicht erregte Neurone zur Verschlüsselung beitragen, sodass ein Gesamtmuster aus erregten und nicht erregten Neuronen entsteht. Dieses Gesamtmuster bildet laut der Theorie die Basis unserer Wahrnehmung.
- Proteine nennen, die von den Typ I, II, III Zellen exprimiert werden - Typ I: NTPDase2, GLAST - Typ II: Gustducin, Phospholipase TAS1 R1-3, Tas2R, TRPM 5, PLC2ß, IP3 R3 - Typ III: Serotonin, NCAM, SNAP-25, CgA, PGP-9.5, PKD2L1, PKD1L3, TRPP3
- Nennen Sie Eigenschaften von Typ I, Typ II, Typ III Zellen in der Geschmacksknospe! alle drei: sind schmale Zellen, die über die gesamte Länge der Geschmackspore gezogen sind und deren Mikrovilli in die Porenregion reichen. Typ II ist breiter als I und einige nur im oberen Drittel lokalisiert. Typ I(Unterstützerzelle) [evtl. salzig] Hauptanteil: 50-60 % zahlreiche MV, unterschiedlich lang langgestreckter Zellkern mit leichten Einfaltungen Granula, Mitos, Ribosomen etc. dicht gepackt, --> Cytoplasma erscheint im Elektro-nenmikroskop dunkel keine Synapsen Cytoplasmatische Fortsätze, die andereZelltypen umhüllen (Unterstützung in Reizweiterleitung) Typ II (Rezeptorzelle) süß, umami, bitter 15-30 % kurze, gleichlange Mikrovilli runder Zellkern ohne Einfaltung nicht so dicht gepackt -->Cytoplasma ist unterm EM durchlässig und erscheint hell, daher "light" unter der Oberfläche gelegene Zisternen (Membranfaltungen) Typ III (präsynaptische Zelle) 5-15 % ein langer Mikrovillus eingefalteter Zellkern semi-dicht gepackt, daher als intermediate bezeichnet moderat Elektronendurchlässig Synapsen mit einwandernden Nerven (Afferenzen)
- Wie entwickeln sich Präferenzen? Sensorische Wahnehmung hedonische Bewertung (individuell) Vorliebe entsteht (beeinflusst durch persönliche Erfahrungen und Erziehung) NM Konsum führt zu Prägung/ Konditionierung des Individuums
- Welche Hirnnerven innervieren die Gustatorik? Welche Wege nimmt diese Innervierung? V. Hirnnerv (Nervus trigeminus): innerviert Zunge, Nase, Rachen, Augenhornhaut, Zähne, d.h.leitet Informationen der thermo- und chemosensitiven transient receptor potential = TRP Kanäle weiter VII. Hirnnerv (Nervus facialis) bzw. Chorda Tympani (Ast des VII. Hirnnervs): sensorische Fasern innervieren überwiegend Pilzpapillen IX. Hirnnerv (Nervus glossopharyngeus): innerviert überwiegend Wall- und Blätterpapillen auf Zunge und Rachen; leitet neben Geschmackswahrnehmung auch Berührungs-, Temperatur- und Schmerzempfindungen vom hinteren Drittel der Zunge weiter. X. Hirnnerv (Nervus vagus): sensorische Fasern ziehen sich zu den Sinneszellen in den seltenen Knospen des Gaumen-/Rachenbereichs Welche Wege nimmt die Innervierung? Allgemein: Information vom Rezeptor (Reizweiterleitung mittels Serotonin und ATP) über sensorische Neuronen geleitet und in peripheren Ganglien (Zellkörper der Hirnnerven) gesammelt, dann auf Nucleus Tractus Solitarius (= NTS in Medulla) weitergeleitet; anschließend - Entweder: zentral über Hirnstamm im Parabrachial Nucleus über Thalamus und Untereinheiten und Inselcortex auf gustatorischen Cortex verschaltet : Amygdala und Hypothalamus und dort verarbeitet -> Areale werden spezifisch für die einzelnen Geschmacksqualitäten angeregt = Was wird geschmeckt? Präferenz-Lernen! - Oder: Nervenbahnen verbleiben / verzweigen im NTS oder können noch andere periphere Zellen ansteuern (in Retikular Formation) -> diese stehen mit einigen Kerngebieten in Verbindung, die Bewegung in Zunge, Mund und Rachenraum ansteuern= Stimulation der Bewegungsaktivität; reflexartige Abneigung!
- Nennen Sie Bitterstoffe Substanzen = Chlorogensäure, Kaliumchlorid, Harnstoff, Nicotin, Caffeine, Catechin, Quinine, Limonin, Adenosin, Digitoxin Gruppen = Peptide, Aminosäuren, Amine, Amide, Phenole, Alkaloide, Glycoside, Diterpene
- Nennen Sie die Eckpfeiler der Bitter-Signaltransduktion! Signalmolekül = Bitterstoff bindet an TAS2R-Rezeptor, dieser ist an G-Protein Gustducin gekoppelt -> Gustducin wird aktiviert (ist ein Heterotrimer aus Gα , Gß1,3 und Gy 1,3)- die Gustducin α-UE hat im Ruhezustand GDP gebunden; bei Bindung eines Bitterstoffes wird GDP durch GTP ausgetauscht und das ß/y-Dimer dissoziiert von der α-UE ab - das ß/y-Dimer aktiviert die Phospholipase C-ß2 (PLCß2), welche das in der Plasmamembran vorhandene PIP2 zu DAG und dem second messenger IP3 spaltet - IP3 bindet an IP3-gesteuerten Ca²+ Kanal vom Typ III (IP3R3) des ER, dadurch Ca-Efflux aus ER ins Cytosol - die intrazelluläre Ca²+ Konzentration erhöht sich->Calcium selbst öffnet TRPM5-Kanäle (unselektiver Kationenkanal) der resultierende Kationen-Influx (v.a. Na+) führt zur Depolarisation der Zelle spannungsabhängige Hemi-Kanäle öffnen und es kommt zum Ausstrom von ATP, der ATP Ausstrom leitet das Signal weiter - α-Gustucin hält den cAMP-Spiegel gering -> dies hemmt PKA, dadurch wird der IP3R3 nicht durch PKA phosphoryliert und bleibt sensitiviert wenn PKA IP3R3 hemmt, schüttet dieser weniger Ca aus
- erkläre süß/umami/bitter- Signaltransduktion Signalmolekül = Bitterstoff bindet an TAS2Rbzw. T1R2/T1R3-Rezeptor, dieser ist an G-Protein Gustducin gekoppelt -> Gustducin wird aktiviert (ist ein Heterotrimer aus Gα , Gß1,3 und Gy 1,3)- die Gustducin α-UE hat im Ruhezustand GDP gebunden; bei Bindung eines Bitterstoffes wird 1. GDP durch GTP ausgetauscht 2. und das ß/y-Dimer dissoziiert von der α-UE ab - das ß/y-Dimer aktiviert die Phospholipase C-ß2 (PLCß2), welche das in der Plasmamembran vorhandene PIP2 zu DAG und dem second messenger IP3 spaltet - IP3 bindet an IP3-gesteuerten Ca²+ Kanal vom Typ III (IP3R3) des ER, dadurch Ca-Efflux aus ER ins Cytosol - die intrazelluläre Ca²+ Konzentration erhöht sich->Calcium selbst öffnet TRPM5-Kanäle (unselektiver Kationenkanal) der resultierende Kationen-Influx (v.a. Na+) führt zur Depolarisation der Zelle- spannungsabhängige Pannexin Halbkanäle öffnen sich und es kommt zum Ausstrom von ATP, der ATP Ausstrom leitet das Signal weiter - α-Gustucin hält den cAMP-Spiegel gering -> dies hemmt PKA, dadurch wird der IP3R3 nicht durch PKA phosphoryliert und bleibt sensitiviert wenn PKA IP3R3 hemmt, schüttet dieser weniger Ca aus
- Was spricht mehr für das labelled line modell? Ergebnisse elektrophysiologischer Studien mit Calcium Imaging deuteten auf eine Abstimmung der TRC auf verschiedene Geschmacksmodalitäten hin (spricht für across pattern) aber die Trennung der verschiedenen TRC in nicht überlappenede Populationen mit jeweils individuellen Rezeptorpopulationen spricht eher für die labelled line Theorie. Ausschlaggebend für die labelled line Theorie ist, dass die Rezeptoren T1Rs, T2Rs, und PDK2l1 als höchstspezialisierte Sensoren für die jeweiligen Geschmacksmodalitäten süß, sauer,umami und bitter fungieren. Diese unterliegen auf zellulärer Ebene einer funktionellen Segregation und für die Geschmackserkennung von Tieren werden keine kombinatorischen neuronalen Aktivitätsmuster in der Peripherie benötigt