Chemorezeptor – Wikipedia

EIN Chemorezeptor, auch bekannt als Chemosensorist eine spezialisierte sensorische Rezeptorzelle, die eine chemische Substanz (endogen oder induziert) umwandelt, um ein biologisches Signal zu erzeugen.^[1] Dieses Signal kann in Form eines Aktionspotentials vorliegen, wenn der Chemorezeptor ein Neuron ist.^[2] oder in Form eines Neurotransmitters, der eine Nervenfaser aktivieren kann, wenn der Chemorezeptor eine spezialisierte Zelle ist, wie beispielsweise Geschmacksrezeptoren,^[3] oder ein interner peripherer Chemorezeptor, wie die Karotiskörper.^[4] In der Physiologie erkennt ein Chemorezeptor Veränderungen in der normalen Umgebung, wie z. B. einen Anstieg des Kohlendioxidspiegels im Blut (Hyperkapnie) oder einen Abfall des Sauerstoffspiegels im Blut (Hypoxie), und überträgt diese Informationen an das Zentralnervensystem, das die Körperreaktionen auslöst Homöostase wiederherzustellen.

Pflanzliche Chemorezeptoren[edit]

Pflanzen haben verschiedene Mechanismen, um Gefahren in ihrer Umgebung wahrzunehmen. Pflanzen sind in der Lage, Krankheitserreger und Mikroben durch Rezeptorkinasen auf Oberflächenebene (PRK) nachzuweisen. Zusätzlich erfassen Rezeptor-ähnliche Proteine ​​(RLPs), die Ligandenbindungsrezeptordomänen enthalten, pathogenassoziierte molekulare Muster (PAMPS) und schädigungsassoziierte molekulare Muster (DAMPS), die folglich die angeborene Immunität der Pflanze für eine Abwehrreaktion initiieren.^[5]

Pflanzenrezeptorkinasen werden neben anderen wichtigen biochemischen Prozessen auch für Wachstum und Hormoninduktion verwendet. Diese Reaktionen werden durch eine Reihe von Signalwegen ausgelöst, die von chemisch empfindlichen pflanzlichen Rezeptoren ausgelöst werden.^[6]Pflanzenhormonrezeptoren können entweder in Pflanzenzellen integriert sein oder sich außerhalb der Zelle befinden, um die chemische Struktur und Zusammensetzung zu erleichtern. Es gibt 5 Hauptkategorien von Hormonen, die nur bei Pflanzen vorkommen, die, sobald sie an den Rezeptor gebunden sind, eine Reaktion in den Zielzellen auslösen. Dazu gehören Auxin, Abscisinsäure, Gibberellin, Cytokinin und Ethylen. Einmal gebunden, können Hormone die Funktion der Zielantwort induzieren, hemmen oder aufrechterhalten.^[7]

Klassen[edit]

Es gibt zwei Hauptklassen von Chemorezeptoren: Direkt und Distanz.^{[citation needed]}

• Beispiele von Distanz-Chemorezeptoren sind:
  • olfaktorische Rezeptorneuronen im olfaktorischen System: Olfaction beinhaltet die Fähigkeit, Chemikalien im gasförmigen Zustand nachzuweisen. Bei Wirbeltieren erkennt das Riechsystem Gerüche und Pheromone in der Nasenhöhle. Innerhalb des Riechsystems gibt es zwei anatomisch unterschiedliche Organe: das Haupt-Riechepithel (MOE) und das vomeronasale Organ (VNO). Es wurde ursprünglich angenommen, dass das MOE für den Nachweis von Geruchsstoffen verantwortlich ist, während das VNO Pheromone nachweist. Die aktuelle Ansicht ist jedoch, dass beide Systeme Geruchsstoffe und Pheromone nachweisen können.^[8] Die Olfaktion bei Wirbellosen unterscheidet sich von der Geruchsbildung bei Wirbeltieren. Beispielsweise sind bei Insekten olfaktorische Sensillen an ihren Antennen vorhanden.^[9]
• Beispiele von direkte Chemorezeptoren einschließen:
  • Geschmacksrezeptoren im Geschmackssystem: Die Geschmacksrezeption wird hauptsächlich als eine Art Chemorezeption zum Nachweis von Geschmacksverstärkern verwendet. Wässrige chemische Verbindungen kommen im Mund mit Chemorezeptoren wie Geschmacksknospen auf der Zunge in Kontakt und lösen Reaktionen aus. Diese chemischen Verbindungen können entweder eine appetitliche Reaktion auf Nährstoffe oder eine Abwehrreaktion gegen Toxine auslösen, je nachdem, welche Rezeptoren feuern. Fische und Krebstiere, die sich ständig in einer wässrigen Umgebung befinden, verwenden ihr Geschmackssystem, um bestimmte Chemikalien in der Mischung zu identifizieren, um Lebensmittel zu lokalisieren und aufzunehmen.
  • Insekten verwenden die Kontaktchemorezeption, um bestimmte Chemikalien wie kutikuläre Kohlenwasserstoffe und für Wirtspflanzen spezifische Chemikalien zu erkennen. Kontaktchemorezeption tritt häufiger bei Insekten auf, ist aber auch am Paarungsverhalten einiger Wirbeltiere beteiligt. Der Kontaktchemorezeptor ist spezifisch für eine Art von Chemikalie.^[9]

Sinnesorganen[edit]

• Olfaktion: Bei Landwirbeltieren tritt eine Riechwirkung in der Nase auf. Flüchtige chemische Reize gelangen in die Nase und erreichen schließlich das olfaktorische Epithel, in dem sich die Chemorezeptorzellen befinden, die als olfaktorische sensorische Neuronen bekannt sind und häufig als OSNs bezeichnet werden. In das Riechepithel sind drei Zelltypen eingebettet: Stützzellen, Basalzellen und OSNs. Während alle drei Zelltypen ein wesentlicher Bestandteil der normalen Funktion des Epithels sind, dienen nur OSN als Rezeptorzellen, dh sie reagieren auf die Chemikalien und erzeugen ein Aktionspotential, das den Riechnerv hinunter wandert, um das Gehirn zu erreichen.^[2] Bei Insekten wirken Antennen als Distanz-Chemorezeptoren. Zum Beispiel bestehen Antennen an Motten aus langen gefiederten Haaren, die die sensorische Oberfläche vergrößern. Jedes lange Haar von der Hauptantenne hat auch kleinere Sensillen, die für die flüchtige Geruchsbildung verwendet werden.^[10] Da Motten hauptsächlich nachtaktive Tiere sind, hilft ihnen die Entwicklung einer stärkeren Geruchsbildung bei der Navigation durch die Nacht.
• Gustation: Bei vielen Landwirbeltieren dient die Zunge als primäres Geschmacksorgan. Als Muskel im Mund manipuliert und erkennt er die Zusammensetzung der Nahrung in den Anfangsstadien der Verdauung. Die Zunge ist reich an Gefäßen, so dass die Chemorezeptoren auf der Oberseite des Organs sensorische Informationen an das Gehirn übertragen können. Speicheldrüsen im Mund ermöglichen es Molekülen, Chemorezeptoren in einer wässrigen Lösung zu erreichen. Die Chemorezeptoren der Zunge fallen in zwei verschiedene Superfamilien von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. GPCRs sind Intramembranproteine, die an einen extrazellulären Liganden binden – in diesem Fall Chemikalien aus Lebensmitteln – und eine Vielzahl von Signalkaskaden auslösen, die dazu führen können, dass sich ein Aktionspotential als Input im Gehirn eines Organismus registriert. Große Mengen an Chemorezeptoren mit diskreten Ligandenbindungsdomänen sorgen für die fünf Grundgeschmäcker: sauer, salzig, bitter, süß und herzhaft. Der salzige und saure Geschmack wirkt direkt über die Ionenkanäle, der süße und bittere Geschmack über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren und das herzhafte Gefühl wird durch Glutamat aktiviert.^{[citation needed]}Gustatorische Chemosensoren sind nicht nur auf der Zunge vorhanden, sondern auch auf verschiedenen Zellen des Darmepithels, wo sie die sensorischen Informationen an verschiedene Effektorsysteme weitergeben, die an der Regulierung des Appetits, der Immunantworten und der Magen-Darm-Motilität beteiligt sind.^[11]
• Kontakt-Chemorezeption: Die Kontakt-Chemorezeption hängt vom physischen Kontakt des Rezeptors mit dem Stimulus ab. Die Rezeptoren sind kurze Haare oder Zapfen, die eine einzelne Pore an oder nahe der Spitze der Projektion aufweisen. Sie sind als uniporöse Rezeptoren bekannt. Einige Rezeptoren sind flexibel, während andere starr sind und sich nicht bei Kontakt verbiegen. Sie kommen meist in den Mundteilen vor, können aber auch an den Antennen oder Beinen einiger Insekten auftreten. Es gibt eine Ansammlung von Dendriten in der Nähe der Poren der Rezeptoren, die Verteilung dieser Dendriten ändert sich jedoch je nach untersuchtem Organismus. Die Methode der Signalübertragung von den Dendriten unterscheidet sich je nach Organismus und Chemikalie, auf die er reagiert.
• Zelluläre Antennen: In den biologischen und medizinischen Disziplinen haben jüngste Entdeckungen dies festgestellt primäre Zilien in vielen Arten von Zellen innerhalb von Eukaryoten dienen als Mobilfunkantennen. Diese Zilien spielen eine wichtige Rolle bei der Chemosensation. Das gegenwärtige wissenschaftliche Verständnis der primären Zilienorganellen betrachtet sie als “sensorische zelluläre Antennen, die eine große Anzahl zellulärer Signalwege koordinieren und manchmal die Signalübertragung an die Ziliarmotilität oder alternativ an die Zellteilung und -differenzierung koppeln”.^[12]

Wenn Eingaben aus der Umwelt für das Überleben des Organismus von Bedeutung sind, muss die Eingabe erfasst werden. Da alle Lebensprozesse letztendlich auf Chemie basieren, ist es selbstverständlich, dass die Erkennung und Weitergabe des externen Inputs chemische Ereignisse beinhaltet. Die Chemie der Umwelt ist natürlich überlebensrelevant, und der Nachweis des chemischen Inputs von außen kann sich direkt mit Zellchemikalien artikulieren.^{[citation needed]}

Die Chemorezeption ist wichtig für die Erkennung von Nahrungsmitteln, Lebensräumen, Artgenossen, einschließlich Gefährten und Raubtieren. Beispielsweise können die Emissionen der Nahrungsquelle eines Raubtiers, wie Gerüche oder Pheromone, in der Luft oder auf einer Oberfläche liegen, auf der sich die Nahrungsquelle befunden hat. Zellen im Kopf, normalerweise die Luftwege oder der Mund, haben chemische Rezeptoren auf ihrer Oberfläche, die sich bei Kontakt mit den Emissionen ändern. Es gelangt entweder in chemischer oder elektrochemischer Form zum Zentralprozessor, zum Gehirn oder zum Rückenmark. Die daraus resultierende Leistung des ZNS (Zentralnervensystems) führt zu Körperaktionen, die die Nahrung einbeziehen und das Überleben verbessern.^{[citation needed]}

Physiologie[edit]

Kontrolle der Atmung[edit]

Bestimmte Chemorezeptoren, sogenannte ASICs, erfassen den Kohlendioxidspiegel im Blut. Dazu überwachen sie die Konzentration von Wasserstoffionen im Blut, die den pH-Wert des Blutes senken. Dies kann eine direkte Folge eines Anstiegs der Kohlendioxidkonzentration sein, da wässriges Kohlendioxid in Gegenwart von Carboanhydrase unter Bildung eines Protons und eines Bicarbonation reagiert.^{[citation needed]}

Die Antwort ist, dass das Atmungszentrum (in der Medulla) über den Interkostalnerv und den Phrenicus nervöse Impulse an die äußeren Interkostalmuskeln und das Zwerchfell sendet, um die Atemfrequenz und das Lungenvolumen während des Einatmens zu erhöhen.

Chemorezeptoren, die die Tiefe und den Rhythmus der Atmung regulieren, werden in zwei Kategorien unterteilt.^{[citation needed]}

Pulsschlag[edit]

Die Reaktion auf die Stimulation von Chemorezeptoren auf die Herzfrequenz ist kompliziert. Chemorezeptoren im Herzen oder in der Nähe großer Arterien sowie Chemorezeptoren in der Lunge können die Herzfrequenz beeinflussen. Die Aktivierung dieser peripheren Chemorezeptoren durch die Erfassung von verringertem O2, erhöhtem CO2 und einem verringerten pH-Wert wird von den Vagus- und Glossopharyngealnerven an das Herzmark übertragen. Dies erhöht in den meisten Fällen die sympathische Nervenstimulation des Herzens und eine entsprechende Erhöhung der Herzfrequenz und Kontraktilität.^[13] Diese Faktoren umfassen die Aktivierung von Stretchrezeptoren aufgrund einer erhöhten Belüftung und die Freisetzung von zirkulierenden Katecholaminen.

Wenn jedoch die Atmungsaktivität gestoppt wird (z. B. bei einem Patienten mit einer Verletzung des Rückenmarks), ist der primäre Herzreflex zu vorübergehender Hyperkapnie und Hypoxie eine tiefgreifende Bradykardie und koronare Vasodilatation durch Vagusstimulation und systemische Vasokonstriktion durch sympathische Stimulation.^[14] In normalen Fällen würde die erhöhte sympathische Aktivität auf das Herz-Kreislauf-System die Herzfrequenz und Kontraktilität erhöhen, wenn die Atmungsaktivität als Reaktion auf die Aktivierung des Chemorezeptors reflexiv zunimmt.

Siehe auch[edit]