Name: Christina Kind, 2018-09
Jasmin Bartenstein 2020-10
Die Nase und der Geruchssinn
Allgemeines
Beim Geruchssinn sind die auslösenden Reize Geruchsstoffmoleküle, die vom Rezeptor aufgenommen und dann zum Gehirn weitergeleitet werden. Da die Reize also chemische Stoffe sind, nennt man die Rezeptoren dieser Reize auch Chemorezeptoren.
Während der Mensch nur ca. 380 Rezeptorzellen besitzt, besitzen Hunde ca. 900 und Nagetiere sogar über 1200 Rezeptorzellen.
Riechen im Detail
Gerüche nehmen wir über die Nase, aber zum Teil auch über den Mund auf. Von dort aus gelangen sie über die Nasenhöhle zum Riechepithel. Hier streicht die eingeatmete Luft über die mit Schleim bedeckten Zilien. In dieser Schleimschicht kommt es zur Diffusion der Duftstoffmoleküle. Nun binden diese an die Rezeptoren in der Zilienmembran.
Das Riechepithel
- besteht aus 10 bis 100 Mio. Geruchsrezeptorzellen, Stützzellen und Basalzellen
- einziger Ort, wo Neuronen durch Gewebeoberfläche hindurch Kontakt zur Außenwelt haben => chemosensorische Zilien
Die Stützzellen
- sondern Schleim ab => Schutz der Rezeptorzellen
Die Balsalzellen
- bilden neue Rezeptorzellen
Aufbau der Nase
Die Sinnesorgane des Geruchssinnes befinden sich in der Nase. Wie auch bei anderen Sinnen befinden sich hier sehr viele Sinneszellen, welche Reize aufnehmen. In den Sinneszellen sitzen Rezeptoren, die diesen Reiz in elektrische Impulse umwandeln. Diese Impulse werden dann vom Nervensystem weitergeleitet. Die Sinnesorgane des Geruchssinnes heißen Jacobson-Organ und Riechepithel/Riechkolben.
Das Jacobson-Organ befindet sich auf dem Gaumendach. Es dient der Geruchswahrnehmung im Bereich sozialer und sexueller Kommunikation. Während diese besondere Geruchswahrnehmung beim Menschen eher zurückgebildet vorliegt, ist er bei Tieren noch sehr ausgeprägt. Die Tiere nehmen Gerüche über dieses Sinnesorgan auf, indem sie ihre Oberlippe hochziehen, wobei ihre Nasenlöcher leicht geschlossen werden. Außerdem heben sie ihren Kopf leicht an. So kann der Geruch der Artgenossen über den Mund in die Nase gelangen (über den Nasenrachen).
Das zweite Riechorgan (Riechepithel) nimmt alle anderen Gerüche auf. Es befindet sich am Dach der Nasenhöhle. Seine Sinneszellen werden alle zwei Wochen erneuert. Sinneszellen enthalten immer je einen Rezeptortyp, der nur auf ein Geruchsmolekül spezialisiert ist. Um komplexe Gerüche und "Geruchsmischungen" riechen zu können, müssen mehrere Sinneszellen zusammen wirken. Die Bestimmung eines Duftstoffes ist abhängig von einem räumlichen und zeitllichen Verlauf. Außerdem lösen verschiedene Stoffe bei unterschiedlichen Rezeptoren unterschiedlich intensive Rezeptorpotentiale aus, was auch zur Identifizierung eines Stoffes beiträgt.
Die Lage der Riech- und Geschmacksorgane (Klicken zum Vergrößern)
Transduktion bei Chemorezeptoren
Um die Informationen über die Reize zum Gehirn weiterzuleiten können, müssen diese Reize von den Sinneszellen und Rezeptoren in elektrische Impulse umgewandelt werden. Dies geschieht bei der Transduktion.
Bei dem Vorgang der Geruchsaufnahme und Transduktion dockt zuerst ein Geruchsstoffmolekül an das Rezeptormolekül an. Dadurch wird das Enzym Adenylatcyclase an der Membran der Sinneszelle aktiviert. Diese katalysiert die Reaktion hunderter ATPs (Adenosintriphosphatmoleküle), die in cAMP (cyclisches Adenosinmonophospat) umgewandelt werden. Diese cAMP-Moleküle werden an Ionenkanäle angelagert, welche sich durch das Anlagern öffnen.
Infolge dieser molekularen Kaskade entsteht auf dem Weg zum Gehirn eine gewisse Verstärkung des Reizes. Aufgrund eines Ioneneinstroms durch diese Ionenkanäle entsteht ein Rezeptorpotenzial im Rezeptor, welches mit dem postsynaptischen Potenzial zu vergleichen ist. Die Reizintensität ist immer proportional zur Reizintensität, wobei die Proportionalität z.B. linear oder exponentiell sein kann.
Second Messenger bei der Geruchstransduktion (Klicken zum Vergrößern)
Dieses Rezeptorpotenzial wird entweder am Axonhügel oder in der nachgeschalteten Nervenzelle zu Aktionspotenzialen umgewandelt. Dabei entspricht die Frequenz der Aktionspotenziale der Stärke des Reizpotenziales.
Der beschriebene Transduktionsvorgang kann mit dem Transduktionsvorgang des Geschmackssinnes verglichen werden.
Riechen von fruchtigen Stoffen (cAMP-System)
fruchtig riechende Duftstoffmoleküle binden an passende Rezeptoren
=> Konformitätsänderung des Rezeptors und des Golf-Proteins
=> Austausch von GDP gegen GTP => G-Protein löst sich => Abspaltung der Untereinheit => Aktivierung der Adenylatcyclase => Adenylatcyclase katalysiert cAMP aus ATP => Öffnen von spezifischen Ionenkanälen => Einstrom von Ca2+ und Na+-Ionen => Depolarisation der Membran der Rezeptorzelle => Calciumionen öffnen Cl--Kanäle => Ausstrom von Cl--Ionen => Verstärkung der Depolarisation
=> Aufbau des Rezeptorpotentials => wird am Axonhügel zum Aktionspotential
Riechen von fauligen/ stinkenden Stoffen (IP3- System)
- faulig riechende Duftstoffmoleküle binden an die passenden Rezeptoren
=> Aktivierung des G-Proteins Gq durch den Austausch von GDP durch GTP => Abtrennen der Untereinheit => Aktivierung der Phospholipase => Spaltung von Membranlipiden => Freisetzung von IP3 => Öffnen der Ionen-Kanäle => Einstrom von Ca2+ und Na+ => Öffnen der Cl--Kanäle => Verstärkung der Membrandepolarisation => Aktionspotential am Axonhügel