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WS2007/2008 Olfaktion Emotionen und Verhalten Erinnerung Orientierung in der Umwelt Aroma Kontrolle der Nahrung Reviermarkierung Sozialverhalten Partnerwahl.

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Präsentation zum Thema: "WS2007/2008 Olfaktion Emotionen und Verhalten Erinnerung Orientierung in der Umwelt Aroma Kontrolle der Nahrung Reviermarkierung Sozialverhalten Partnerwahl."—  Präsentation transkript:

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2 WS2007/2008 Olfaktion

3 Emotionen und Verhalten Erinnerung Orientierung in der Umwelt Aroma Kontrolle der Nahrung Reviermarkierung Sozialverhalten Partnerwahl

4 Axel, R. Spektrum der Wissenschaft, Dezember 1995 Duftstoffwahrnehmung Olfaktion

5 Duftstoffwahrnehmung Kaupp & Müller, in Deetjen-Speckmann 2004 Olfaktion

6 Duftstoffwahrnehmung Olfaktion MenschReh Riechschleimhaut

7 Olfaktion Geruchsschwellen

8 Olfaktion Abnahme der Riechleistung

9 Duftstoffwahrnehmung Olfaktion

10 Quelle: Kleene + Gesteland (1981) Brain Res. 229: 536 Riechzellen Stütz- zellen Riech- epithel Anholt, R.R (1987) Trends in Biochemical Science 12, 58ff Basal- zellen Aufbau des Riechepithels Olfaktion

11 Riechzellen Stütz- zellen Anholt, R.R (1987) Trends in Biochemical Science 12, 58ff Säugetiere Millionen Riechzellen Mensch ca. 10 Millionen Lebenszeit ca. 4 – 8 Wochen Basal- zellen Olfaktion ca Düfte

12 c = Cilium Aufgabe: Duftstofferkennung; chemoelektrische Signalwandlung s = Soma Aufgabe: allg. Zellfunktionen, u.a. Proteinbiosynthese a = Axon Aufgabe: Auslösen und Weiterleiten von Aktionspotentialen d= Dendrit Olfaktion

13 Duftstoffe erregen Riechzellen Depolarisation Duftstoff Olfaktion

14 DepolarisationHyperpolarisation Duftstoff Olfaktion

15 Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion

16 Rezeptoren Spezifität Sensitivität Enzymkaskade Elektrische Antwort Ionenkanal Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion

17 Duftstoff Rezeptor Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion

18 G Protein: G olf Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion

19 Adenylat Zyklase Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion

20 CNG Kanal Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion

21 Verstärkung Cl - Kanal Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion

22 Kann die Signalkette durch einen Chlorid-Ausstrom verstärkt werden? Olfaktion

23 Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion Ionenverteilung beim Säuger außen innen Na mM3-30 mM K + 5 mM 140 mM Ca 2+ 2 mM < 1 µM Mg 2+ 2 mM einige mM Cl mM 10 mM

24 Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion Hohe [Cl - ] im Neuron Verstärkung

25 Eigenschaften der molekularen Komponenten der Signalkette Olfaktion

26 I Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion

27 Signaltransduktion Duftstoffrezeptoren

28 Es gibt sehr viele unterschiedliche Duftstoffrezeptoren Duftstoffrezeptoren gehören zur Familie der G-Protein gekoppelten Rezeptoren ( Rhodopsin) Im Mausgenom kodieren ca Gene für Duftstoffrezeptoren; davon sind ca. 30% Pseudogene. Beim Menschen gibt es ca Gene für Duftstoffrezeptoren; davon sind ca. 65% Pseudogene. Olfaktion

29 Jede Riechzelle exprimiert nur eine Sorte Duftstoffrezeptor Jede Zelle exprimiert nur ein Allel des Gens (allelische Exklusion) Riechzellen exprimieren das gleiche Allel Duftstoffrezeptoren Olfaktion

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31 Serizawa et al. (2004), Trends in Genet. 20, 648ff DNA Rekombination Gene Konversion Deletion Expressionskassette Transfer

32 Olfaktion Serizawa et al. (2004), Trends in Genet. 20, 648ff

33 Olfaktion Serizawa et al. (2004), Trends in Genet. 20, 648ff

34 Duftstoffrezeptoren sind nicht sehr spezifisch Olfaktion

35 Duftstoffrezeptoren sind nicht sehr spezifisch Olfaktion

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37 I Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion

38 Adenylat Zyklasen AC = integrales Membranprotein (9 Gene bekannt) AC löslich (1 Gen bekannt) Olfaktion

39 Adenylat Zyklasen Olfaktion

40 Adenylat Zyklasen Olfaktion

41 Olfaktion WS 06/07

42 I Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion

43 Zyklisch Nukleotid gesteuerte Ionenkanäle CNG A2 CNG A4 CNG B1b Olfaktion

44 Zyklisch Nukleotid-gesteuerte Ionenkanäle Olfaktion Hill-Gleichung: I/I max = C n /(C n + K 1/2 n ); K 1/2 = EC50, n = Hillkoeffizient K 1/2 Zeit

45 Adaptation Olfaktion

46 Riechzellen adaptieren bei langanhaltender Stimulation Olfaktion

47 Adaptation hält einige Sekunden an Olfaktion

48 Ca 2+ ist der Botenstoff der Adaptation Olfaktion

49 Ca 2+ /Calmodulin als Mittler der Adaptation Olfaktion

50 Die A2-Untereinheit besitzt eine CaM-Bindestelle

51 Olfaktion CaM macht den CNG-Kanal weniger empfindlich für cAMP negative Rückkopplung - Adaptation!

52 Olfaktion Der CNG-Kanal aus Riechzellen ist optimal an seine Funktion in der Zelle angepasst: - er ist sehr empfindlich für cAMP, den internen Liganden - er ist stark modulierbar - Phosphorylierung macht ihn empfindlicher für cAMP (Erhöhung der Sensitivität!) - Calmodulin macht ihn weniger empfindlicher für cAMP (Erniedrigung der Sensitivität, Adaptation!)

53 I Olfaktorische Signaltransduktion Olfaktion ?

54 Riechzellen benutzen eine G-Protein vermittelte Signalkaskade. cAMP ist der Botenstoff der Olfaktion. Rezeptorpotential / Verstärkung: Öffnung von CNG- und Ca 2+ - aktivierten Chloridkanälen. Jede Riechzelle exprimiert nur ein Duftstoffrezeptorgen. Ein Duftstoffrezeptor ist relativ unspezifisch und kann viele Duftstoffe detektieren. Der Duftstoff wird erst durch die Analyse ganzer Zellensembles identifiziert. Ca 2+ -gesteuerte Hemmprozesse beenden den Rezeptorstrom und damit die Aktivität der Riechzelle nach wenigen Sekunden. Zusammenfassung 1 Olfaktion

55 Weiterleitung der Signale Olfaktion 10 Millionen Riechzellen 4000 Glomeruli Axel, R. Spektrum der Wissenschaft, Dezember 1995

56 Olfaktion Bleibt die Spezifität bei der Projektion in den Bulbus erhalten? Projektion der Neurone zum Bulbus

57 Olfaktion Die Geruchskarte

58 Repräsentation im Bulbus Olfaktion Alle Riechzellen, die auf einen Glomerulus konvergieren, exprimieren den gleichen Duftstoffrezeptor. Es gibt (meist 2) Glomeruli für jeden Duftstoffrezeptor in jeder Bulbushälfte.

59 Olfaktion Aktivitätsmuster

60 Olfaktion

61 Zusammenfassung 2 Olfaktion Die Axone von Riechzellen gleicher Selektivität konvergieren auf die gleichen Glomeruli im Riechkolben. In den Glomeruli wird das olfakto- rische Signal auf Mitralzellen über- tragen.

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