Tópicos de Biología Celular en Sistemas Sensoriales · Quimirreceptores vinculados con las partes...
Transcript of Tópicos de Biología Celular en Sistemas Sensoriales · Quimirreceptores vinculados con las partes...
Evaluación del entorno y percepción
• Depende de sistemas sensoriales presentes
• Tipo y cantidad de información adquirida
Humano Calliphora Musca Drosophila
• von Uexküll (1909) describe el término “mundo subjetivo de los animales” (mundo perceptual).
• “Los animales perciben mediante sus órganos sensoriales sólo una parte de lo que los rodea y así construyen su medio ambiente”.
• Órganos sensoriales son ventanasal mundo exterior que dependen tanto de la habilidad por adquirir información como del estado interno (Halliday 1998).
Evaluación del entorno y percepción
– Plantea que la transmisión de información es de “baja incertidumbre” (las partes conocen lo que se está transmitiendo)
– Contenido potencial de la información se convierte en un código binario donde una secuencia de elecciones binarias son transmitidas on-off (0-1)
RUIDO
SEÑAL
(INFORMACIÓN)FUENTE RECEPTOR
CANTIDAD DE INFORMACION
Teoría de la información (Shannon y Weaver, Wiener: 1948)
• Acción sobre el receptor.
• El ruido siempre existe, aún sin señal.
• Cuando hay una señal, ésta se desplaza a mayores intensidades para ser detectada
Relación Señal/Ruido (S/R)
Fuerza de la señal
Alta S/R
CANTIDAD DE INFORMACION
Teoría de la detección (Selin 1965; Poor 1988)
Baja S/R
CANTIDAD DE INFORMACION
Teoría de la detección (Selin 1965; Poor 1988)
• Acción sobre el receptor.
• El ruido siempre existe, aún sin señal.
• Cuando hay una señal, ésta se desplaza a mayores intensidades para ser detectada
Relación Señal/Ruido (S/R)
Fuerza de la señal
• Intensidad umbral
• Solapamiento medido por la relación S/R
Fuerza de la señal
CANTIDAD DE INFORMACION
Teoría de la detección (Selin 1965; Poor 1988)
Morfología y conectividad de receptores
Somatosensorial: elemento periférico asociado a receptor
Auditivo: receptor tiene sinapsis directa con célula ganglionar
Visual: interneurona recibe sinapsis de receptor
Visión
Imagen se forma cuando el lente deja pasar luz
perpendicularmente a superficie del receptor sensorial
Sensibilidad espectral(Primates)
on and off-center cells
(4 tipos de células verde-rojo )
Antagonistic input from L and M-cones
(2 tipos)
Mixed L and M input
L-off y M-on
excitan con verde e inhiben
con rojo
L-on y M-off
excitan con rojo e inhiben con
verde
40% idénticas
Bastones: 1 fotopigmento (rodopsina)Conos: 3 fotopigmentos (L, M, S) 11-cis-retinal + opsina (especificidad)
Homologías entre fotopigmentos(Primates)
40% idénticas 40% idénticas
96% idénticas
Proceso de transducción(fotopigmentos)
• Rodopsina: fotopigmentosquímicamente alterados por la luz
• Similar en todos los sistemas visuales
• Opsinas + derivados de Vit. A = rodopsina
inestable
Luz
(retinol)
Tipos de fotorreceptores(visión tricromática)
En peces (goldfish) En abejas
Sensibilidad especie-específico(código retinal de colores)
Proceso de transducción• Opsinas diferentes:
responden a distintos tipos de absorción1) Isomerizar la molécula 2) cascada bioquímica 3) depolarización
• Insectos requieren absorción de luz para activar y regenerar rodopsina activa (Vertebrados sólo luz para activar)
(max. absorción)
(inestable)
Distribución de fotopigmentos• Opsinas que responden a
distintas longitudes de onda
• No es homogénea en ojo compuesto
Spectral heterogeneity of honeybee ommatidiaWakakuwa et al. (2005)
No todos los omatídeos tienen los mismos tipos de receptores espectrales.
Tipos:I) 1 receptor de UV y otro de
azulII) 2 de UVIII) 2 de azul
(Todos tienen 6 tipos de receptores verdes)
Hibridación in situ: decodifican opsinas de UV, azul y verde
UV azve
Spectral heterogeneity of honeybee ommatidiaWakakuwa et al. (2005)
I) 1 UV / 1 azulII) 2 UVIII) 2 azul
Codificación neuronal de colores
Neuronas oponentes cromáticas reciben entradas antagonistas desde
diferentes canales de color y proyecta al protocerebro
LMC
(neuronas monopolares de la lamina)
Sistema de colores oponentes en abejas
Mecanismo que
aumenta las diferencias
de la señal recibida por
los fotorreceptores
+ +
+
-- -
LMC
NOC
Lámina
Retina
Médula Lóbula
Inhibición lateral
• Proceso por el cual un receptor sensorial inhibe la respuesta del receptor vecino.
• Existen regiones antagonistas que son el resultado de la influencia entre células vecinas de la retina.
• Sólo algunas células funcionan por encima o por debajo de la tasa de disparo, dando información de discontinuidad.
• Proceso útil para reconocer objetos.
Lum
ino
sid
adTa
sa d
e d
isp
aro
Cada punto es una única celula glanglionar de la retina
Campos receptivos en Sistemas Sensoriales
- Centros antagónicos -
Receptor primario es estimulado dentro de la curva de sintonía, la aparición de un segundo tono en área vecina disminuye la respuesta
(antagonista para longitud de onda, no para ubicación)
(mecánica de la piel)
En retina y tálamo visual hay campos receptivos antagónico para la ubicación de un estímulo
Células bipolares (respuestas graduadas)
FMB: flat midget bipolarIMB: invaginating midget bipolarIDB: invaginating diffuse bipolarRB: rod bipolarMG: midget ganglion cell
• Recepción de sustancias volátiles o presentes en bajas concentraciones (olfacción)
• Recepción de sustancias químicas por contacto (gusto)
Quimiorrecepción
Epitelio olfativo en Vertebrados
• C: cilias
• BG: cápsula de Bowman(mucosa, enzimas, OBPs)
• N: axones de neuronas olfatorias
• A y V: arterias y venas
• Células bipolares
• Regeneran (sin cambiar percepción de olores)
• Cilias desmielinizadas
Epitelio olfativo en Vertebrados
Registros fisiológicos (extracelulares: EOG)
• Registro en la superficie epitelial olfativa (EOG)
• Potencial monofásico negativo, 2-4s y 1-5 mV.
• Representa una actividad de un población de célulasolfatorias (cientos o miles).
• Aumenta en amplitud con la concentración del olor
• No hay respuesta en cavidad nasalOttoson (1956)
Sensilias olfativas en Insectos
• Sensilia tricoidea (1-3 neuronas sensoriales)
• Células accesorias: tormógena (linfa), tricógena (escolopalo)
• Dendritas protegidas con mucopolisacáridos
Diversidad de sensilias olfativas(insectos)
Sensilia placoidea (áfidos): 5-30 neuronas
Sensilia coelónica (Locusta): 30 neuronas
Generación del impulso nervioso
1. Moléculas pueden ser transportadas por las proteínas de unión hasta receptores generación del impulso nervioso
2. Moléculas que se mantienen unidas alreceptor no permiten obtenerinformación adicional.
3. Para ello es necesario la separación ysuelta de la molécula que se unió alreceptor Unión reversible
Receptores proteicos
- Fotorreceptores y quimiorreceptores presentan receptores proteicos con siete pasajes transmembrana y acoplado a proteína G (GPCRs).
- Unida a membrana canales iónicos transducen el estímulo.
- Neurona sensorial se comunica por potencial eléctrico (i) a través de los axones que son componentes de las propias células sensoriales (invertebrados), (ii) o por medio de sinapsis en los cuerpos de las células a células neurales adyacentes (vertebrados).
Mecanismo de transducción
• Unión desencadena proceso bioquímico intracelular.
• Activación de mecanismos de transducción (involucra G-protein) y apertura de canales iónicos.
E. coli
Receptor olfativo
Mecanismo de transducción (insectos)
• Modelo de fosfatidilinositol (insectos)
• Bajos umbrales (pequeños cambios en la conductancia generan PA)
• Comparación:
– Células olfatorias: 1-5pA (1pA=10-12 A)
– Otras neuronas: cientos
Glomerulus
Mitral/tufted cells
Periglomerular cells(interneurona inhibitoria)
Granule cell(interneurona inhibitoria)
ORNs
Organización sináptica en vías olfatorias
Quimiorreceptor de contacto(Insectos)
Sensilla trichodea
• Similar a los receptores olfativos
• Presentan un poro único en el ápice
Organización:• 4 células quimiorreceptoras
de contacto• 1 célula mecanorreceptora
(estimulación táctil)• 3 células auxiliares
(tecógena, tricógena, tormógena)
• Células gliales
Sensilia caética en el 5to tarsómero
Quimirreceptores NO vinculados con las partes bucales(Hymenoptera)
Registros de 4 células en sensilias estilocónica:
a) Sacarosa y glucosab) 14 de 22 aasc) Compuestos de plantasd) Compuestos aversivos
(inh. alimentación)
Registros intracelulares en sensilias gustativas (Coleoptera)
• Sensilias subcuticulares (transductores mecánicos)
• Órgano sensorial interno, nunca asociado a proceso cuticular externo (propiorreceptores)
• Escolopalo: incluye a una o más neuronas bipolares
Mecanorreceptores en insectosÓrgano cordotonal
- Presión -