OLFATO

1. Los Sentidos Quimicos y La Visión A. El Olfato
1. Bases morfológicas
2. Fisiología de las neuronas
receptoras
3. Transducción olfativa
4. Codificación de olores
5. Feromonas y el Órgano
vomeronasal
Estructura molecular de varios odorantes
(Olor = mezcla de odorantes)
El Olfato
es importante en......
• La selección de alimentos
(contribuye mucho al sabor)
• La calidad de vida
(relajación, belleza, selección
de pareja)
• La seguridad
(humo, alimentos podridos)
pequeñas moléculas volátiles
1

2. 1. Bases morfológícas:
El órgano olfatorio
2

3. La Neurona sensorial olfatoria
Lamina basal 5 µm
Soma
Las neuronas sensoriales
olfatorias son reemplazadas
periodicamente
Dendrita
Cilios
Moco
Cilios olfatorios en microscopia electrónica
El Olfato
1. Morfología del epitelio olfatorio
2. Fisiología de las neuronas receptoras
Los cilios son los organelos de transducción y
portan los receptores de odorantes
3

4. Registro
extracellular Registro
extracellular
Electrodo
Amplificador
Olor 10.000 x
cilia
Transducción
cilia
Epitelio
olfatorio soma Potencial Campo eléctrico
de acción
soma
0.01 mm
0.01 mm
La neurona codifica la información en un tren de Selectividad a Odorantes
potenciales de acción (“espigas”) Actividad espontánea
Duchamp-Viret. 1999. Science. 284:2171
4

5. Registros de corrientes intracelulares en células aisladas Patch clamp de neuronas olfatorias disociadas
estimuladas con olores
0.01 mm
Pipeta
de vidrio
Célula disociada
Odorantes
Técnicas de Visualisación (Imaging):
control Tecnicas de marcación: - El Calcio que entra por los canales se puede visualizar en
tiempo real
Estimulación con olor
- Anticuerpos revelan la
presencia de proteinas
específicas
c = cilios
d = dendritas
s = somata
5

6. Principios de Transducción
El Olfato sensorial:
- ocurre in neuronas especializadas o
1. Morfología del epitelio olfatorio células epiteliales inervadas por
neuronas
2. Fisiología de las neuronas receptoras
Principios comunes:
1. Transduction = conversión de un
3. Transducción olfativa estímulo en un cambio del potencial
de membrana
2. Amplificación de la señal, con bajo
nivel de ruido
3. Adaptación a fuertes, prolongados o
repetidos estímulos
4. Integración de señales
Transducción de Señales Receptores son proteínas con especificidad por ligando y
fotones especificidad por efector
Receptores
Cambio del potencial de
membrana
fuerza
Amplificación
Comunicación con
Olor
Célula el sistema nervioso Neurotransmisor Receptor
central Factor de Crecimiento
moléculas
6

7. Receptores son proteínas con especificidad por ligando y Receptores son proteínas con especificidad por ligando y
especificidad por efector especificidad por efector
Cambio en la
funcion celular
Complejo ligando-receptor Cambio conformacional
Los receptores de olores son proteinas
insertas en la membrana de los cilios
Los receptores responden a
una específica molécula
odorífera preferentemente
Cada célula expresa
solamente un tipo de
receptores
Hay ca. 300 diferentes
receptores en humanos,
y 1000 en ratas y perros
7

8. Los receptores de olores son proteinas Estructura molecular de los receptores de olores
insertas en la membrana de los cilios
Al ligar un odorante se
produce un cambio
estructural del receptor, Membrana
que activa una
proteina G
en el interior de la
célula.
Proteina Golf
La Cascada de Transducción olfativa (I) 1. La unión del odorante causa cambio
conformacional del receptor
Odorante Proteína G
R R
Adenilato Adenilato
ciclasa ciclasa
Gγ Gα Gγ Gα
Receptor Gβ Complejo Gβ
GDP
ligando-receptor GDP
8

9. 2. Receptor interacciona con proteína G 3. GDP es remplazado por GTP
R R
Adenilato Adenilato
ciclasa ciclasa
Gγ Gsα Gγ Gsα
Gβ Gβ
GDP GTP
GDP
5. Gα se une con la adenilato ciclasa y la
4. Las subunidades de G se disocian activa. El odorante se disocia.
R R
Adenilato Adenilato
ciclasa ciclasa
Gγ Gα Gγ Gsα
Gβ Gβ
GTP GTP
9

10. 6. Adenilato ciclasa sintetiza AMPc y el
7. Gα y adenilato ciclasa se disocian y se
GTP unido a Gα se hidroliza
vuelve a la condición inicial
R R
Adenilato Adenilato
ciclasa ciclasa
Gγ Gsα Gγ Gsα
Gβ Gβ
GTP GDP
AMPc
Pi 1 Receptor – 10 Proteinas G
ATP AMPc 1 Proteina G – 1000 AMPc AMPc
1 Receptor – 10.000 AMPc AMPc
AMPc
AMPc, el “segundo mensajero”, abre canales iónicos
respuesta eléctrica Los Receptores de Olores son un gran grupo
de genes dentro del genoma
gusano Mosca de Pez cebra Ratón Humano
la fruta
Tamaño
del
genoma
{ 97 Mb 120 Mb
19,000 genes 13,000 genes
1.7 Gb 2.8 Gb
40,000 genes
2.9 Gb
40,000 genes
Genes 500 62 - 69 >100 1000 350
receptores
2.6% 1% 2.5% 0.9%
10

11. Como todos los genes, los receptores de olores
La variación genética de los receptores de olores entre
pueden mutar, y varían entre las personas
individuos causa diferencias en la percepción de olores:
Localización cromosómica de los genes que
codifican para los receptores de olores
Diferentes sensibilidades y anosmias selectivas.
Individuos
Variación
genética
4. Codificación de olores
El Olfato
Bulbus olfatorius
4. Codificación
A la corteza olfatoria
de olores
Epitelio olfatorio
11

12. Vías olfatorias al Cerebro El Bulbo olfatorio
Bulbus olfatorius
Epitelio olfatorio
Las neuronas receptoras forman sinapsis
Grupos de axones convergen en el bulbus olfatorius con las células mitrales en el bulbo olfatorio
Los axones de las neuronas olfatorias con el mismo receptor Diferentes Odorantes activan diferentes Glomérulos en el Bulbo
terminan en el mismo glomérulo del bulbo olfatorio
A: Concentración Odorante: hexanal
Axones
Glomerulo
B: Diferenciación
Primer paso de integración neuronal
Fuerte convergencia (1000:1)
12

13. “Mapa” de Olores en el Bulbo olfatorio El “Mapa” de Olores se debe a la Agrupacion de Neuronas
con el mismo Receptor Olfatorio
glomerulos
activos
Codificación combinatoria
Combinaciónes de Neuronas representan a los Olores
Células
mitrales
Cada odorante activa una específica
combinación de receptores y
glomerulos
13

14. Principios y Estructuras semejantes en Mamíferos e Insectos
Lóbulo de Antena
Representación espacial de Olores en el Cerebro de la Abeja La información olfativa es procesada en varias partes del
cerebro, concientemente e inconcientemente
Bulbo olfatorio Núcleo olfatorio anterior
Tubérculo olfatorio
Corteza piriforme
Amigdala
Hipotálamo
Tálamo
Corteza orbitofrontal
Corteza entorrinal
Corteza frontal
Hipocampo
Conexión directa con la Amígdala podría reflejar el impacto de olores
sobre nuestras emociones
14

15. La representación de olores en el cerebro es materia de
intensos estudios...
Vanillin
El Olfato
5. Feromonas y el
órgano vomeronasal
Methyl butane thiol
Definición “Feromona”:
Olor específico, no detectado
concientemente, para la
comunicación entre
individuos de una especie
Representación de Olores en la Corteza (ratón)
por escasas pero específicas Neuronas
Fuente: Zhou, Li and Buck, 2005
Las Feromonas gatillan comportamientos específicos
Feromonas...
El secreto
del amor?
15

16. El Órgano vomeronasal en la rata
Comunicación con Feromonas en Animales:
Vía el Órgano vomeronasal
en la nariz,
y el
Bulbo olfatorio accesorio Epitelio olf.
principal
en el cerebro
Órgano
vomeronasal
Vía separada del sistema olfativo principal
Marcaciones con anticuerpos revelan distintos
componentes de transducción
El putativo órgano vomeronasal humano
Epitelio olfatorio Feromonas...
Funcionales
en Humanos ?
Organo vomeronasal?
16

17. Contains 100% Pure Human Pheromones
Olores humanos pueden sincronizar
el ciclo menstrual...
Recipiente Recipiente
antes
Donante
después
This Guaranteed-To-Work, Scientific - 1-2 días + 1-2 días
Breakthrough Will INSTANTLY
Attract Men or Women Stern et al., 1998
Feromonas...
Funcional en Humanos ?
Un problema científico pendiente !
HeW = mujeres heterosex.
AND = derivado de testosterona
HoM = hombres homosex.
EST = derivado de estrógeno
HeM = hombres hetersex.
17

18. Los Sentidos
B. El Gusto
1. Anatomía y Morfología
2. Transducción sensorial
3. La Sensación del Picante
4. Vías gustatorias al cerebro
Pausa
El Gusto: 1. Anatomía y Morfología:
•clave para la sobrevivencia de todos los
animales
•Los principales sabores indican:
•dulce = energía (carbohidratos)
•salado = minerales esenciales
•ácido = cuidado! Muchos nutrientes se
acidifican al descomponerse
•amargo = alerta! La mayoría de las toxinas
naturales son amargos
•umami = proteínas y amino ácidos esenciales
18

19. Los Corpúsculos gustativos están en las Papilas Estructura microscópica del corpúsculo gustativo
Corpúsculo gustativo
Salado
El Gusto
2. Transducción sensorial:
Diferentes mecanismos
para los sabores principales: Sal = NaCl
Dulce, ácido, salado, amargo y umami
* cada célula receptora gustativa traduce
solamente uno de los sabores principales
19

20. cierre del Canal de K+
Acido Dulce
Acido = H+
Endulzantes artificiales
Amargo
Azúcar
• No necesariamente parecidos al azúcar
• Más alta afinidad por el receptor que el azúcar
20

21. Umami =
aminoácidos Sabor.... Una combinación de los
(glutamato, gustos primarios,
aspartato etc.) tacto, olfato, sensación de
temperatura y de irritación
(picante)
3. La Sensación del Compuesto picante: Capsaicina
Picante
Pimientos y Ajíes
Se siente a través de receptores de dolor y de calor
21

22. De la dosis...depende el efecto
Transducción:
La capsaicina se liga al
receptor vaniloide,
un canal iónico
activado por ligando
Receptor
vaniloide
Despolarización
Potencial de acción
al Cerebro
El Gusto Nervio
trigémino
Transmite la
textura, la
temperatura
y la
sensación del
4. Vias gustatorias al cerebro “picante”
22

23. Vías cerebrales del Gusto
La Visión
1. Morfología de Ojo y Retina
2. Fototransducción
3. Visión de colores
La información gustativa pasa al tronco encefálico, una
antigua estructura del cerebro
REFRACION DE LA LUZ EN EL OJO
Retina
Cornea Iris
Luz difractada Lente
Morfología de
la Retina
Imagen en foco invertida
23

24. Estudios electrofisiológicos de la transducción visual
Células Fotorreceptores
Luz
Células ganglionares
Bastones
• responsable de la visión
Pipeta de Patch
acromática (escala de grises)
Bipolares
• adaptados para poca luz
Fotoreceptores Conos
• responsables de visión de
colores
• requiere luz brillante para
funcionar
Células Fotorreceptores
C. La Vision
SEGMENTO EXTERNO
BASTON NUCLEO 1. Morfología del Ojo y de la Retina
2. Fototransducción
CONO
DISCOS DE MEMBRANA
PIGMENTO VISUAL
24

25. PIGMENTO VISUAL Rhodopsina, la proteina que captura los fotones
DISCO MEBRANOSO
MEMBRANA CELULAR
PIGMENTO
VISUAL
RETINAL
OPSINA
La absorción de un fotón por el pigmento visual
desencadena una cascada bioquímica (GMPc)
Fototransducción
La Vision
1. Morfología del Ojo y de la Retina
2. Fototransducción
3. Visión de colores
El GMPc mantiene los canales ionicos abiertos
25

26. La mayoria de los mamíferos no tienen visión de colores como nosotros
BASTONES
Pero los Primates si
Longitud de onda (nm)
•Bastón permite ver con un gradiente de grises
26

27. CONOS CONOS
CONOS
CONOS VERDE
AZUL CONOS
Tres diferentes tipos de conos codifican para el color
ROJO
Cada cono contiene opsinas sintonizadas para
Absorción
absorber luz en una banda espectral angosta
BASTONES
- ROJO
- VERDE
- AZUL
El cerebro interpreta colores a partir de la razón de
estimulación de los tres tipos de conos. 400 500 600
LONGITUD DE ONDA (nm)
Daltonismo
Luz que llega a la tierra
27

28. La visión UV de la abeja y la reflectancia UV de flores que
Sensibilidad espectral humana Sensibilidad espectral de la abeja visitan es un buen ejemplo de co-evolución
UV P344
Guía
1,00
P436 de UV
0,10 P556
0,01
0,00
0,00
0,00
300 400 500 600 700
Longitud de onda (nm)
VIAS
CORTEZA VISUAL
VISUALES TALAMO Gracias
PRIMARIA
QUIASMA OPTICO
NERVIO OPTICO
• Fibras nerviosas de ganglionares convergen en el nervio óptico
• Los 2 nervios ópticos fusionan y forman el quiasma óptico, cruzando al lado opuesto
Dr. Oliver Schmachtenberg
• La mayoría de los axones del nervio óptico terminan en el Tálamo CNV, Facultad de Ciencias
• Primer tratamiento cerebral de la información Universidad de Valparaíso
28