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Fisiología de los sentidos especiales

Luis Felipe Segura Chávez

Fisiología del olfato

¿Cuántas sustancias puede el ser humano discriminar por el olfato?

Aproximadamente 10 000 compuestos diferentes La mayor parte son compuestos orgánicos volátiles

¿Qué propiedades de las moléculas son responsables de su olor?

S- Carvona

Menta R- Carvona

Alcaravea, Hinojo

La forma de la molécula es crucial.El olor depende de la interacción con un receptor

proteico

Estructura y olor

Kulka, Kurt. Aspects of functional groups and flavor in Journal of Agricultural and food chemistry. 15. 1967

Olor CompuestoAlcanforado

Borneol, alcohol butílico terciario. Cineol, alcohol pentametil etílico

Picante Alcohol alilo, cianógeno, formaldehido, ácido fórmico

Etereo Acetileno, tetra cloruro de carbono, cloroformo, bicloruro de etileno

Floral Acetato de benzilo, geraniol, alfa ionona, alcohol fenil etílico

Pimienta Butil carbinol terciario, ciclohexanona, mentona, pipoeritrol

Almizcle Androstan 3 ol, ciclo hexa decanona, 17 metil androstan 3 ol, pentadecano lactona

Pútrido Amil mercaptan, cadaverina, sulfuro de hidrógeno, indol (cuando esta concentrado, diluido es floral)

Fisiología del olfato: compuestos aromáticos

Maarse Henk. Volatile compounds in food and beverages. Marcel Dekker 1991

La sensación del olor proviene de un compuesto aromático, compuesto químico, cuya molécula debe ser: volátil, pequeña hidrofóbica y estar en buena concentración.

Se le encuentra en alimentos, vinos, especies, perfumes, aceites esenciales. Muchos se forman bioquímicamente durante la maduración de las frutas, durante la fermentación de los vinos.

Fisiología del olfato: compuestos aromáticos

Maarse Henk. Volatile compounds in food and beverages. Marcel Dekker 1991

La lista es enorme: alcoholes, aldehídos, aminas, esteres, éteres, cetonas, lactonas, terpenos y tioles.

Cada alimento contiene una gran variedad de compuestos volátiles.

Según Henk Maarse: 257 para la mantequilla, 486 para la carne, 541 para el té, 644 para el vino y 790 para el café.

En el ratón se han encontrado más de 1000 genes que codifican receptores olfativos

En el ser humano solo hay de 350-400 genes que codifican receptores olfativos y 500 pseudogenes.

Sin embargo es una de las familias mas grandes de genes humanos

Esquema general de un

receptor olfatorio:

7HTM

Neuronas olfatorias Presenta una dendrita que se dirige a la

superficie de la mucosa olfatoria Cada dendrita se ramifica en 12 cilios En la membrana de cada cilio

encontramos: Receptor olfativo Proteína Golf Adenilciclasa tipo III Canales iónicos dependiente de nucleótidos

cíclicos

Neurona receptora olfatoria (células de Schultze)

Neuronas olfatorias El ser humano presenta 40 000 0000 Son bipolares Son únicas, porque pueden reemplazarse desde

células precursoras, en los 30 días siguientes después de su destrucción.

La tasa de recambio depende de su protección ante agentes nocivos.

Perdida del olfato con la edad es resultado de la disminución de la tasa de recambio

¿Cuál es la relación entre la expresión de genes de receptores olfativos

y una neurona?

Cada neurona expresa un solo gen de receptor olfativo, es decir solo un tipo de receptor olfativo

¿Cómo están codificadas las sustancias olorosas?

Las sustancias olorosas están codificadas por un mecanismo combinatorio

Vías olfatorias 1 Cada neurona bipolar tiene una dendrita que se proyecta a la cavidad nasal, formando

una protuberancia en forma ciliar (10-20 cilios). Esta neurona presenta un único axón

amielínico que cruza la placa cribosa del etmoides hacia el bulbo olfativo del cerebro,

donde sinapta con neuronas de segundo orden en los glomérulos (células mitrales),

región de contacto sináptico que recibe información de una única célula sensitiva.

Existe inhibición lateral dendrítica entre glomérulos mediada por las células

preglomerulares y granulares, lo cual mejora la identificación de un olor.

Célula receptora olfatoria

Célulasoporte

Célulabasal

Glomérulo

Célulamitral

Mucosaolfatoria

Bulboolfatorio

Moléculas odoriferas

Tracto olfatorio

Vías olfatorias 2 Estas neuronas de segundo orden proyectan directamente a estructuras del sistema

límbico e hipotálamo como el hipocampo y el núcleo amigdalino ( explicaría la evocación

de recuerdos cargados intensamente de emociones frente a un estímulo oloroso concreto,

o el cambio de algunos comportamientos, etc.) y sin relevo en el tálamo a la corteza

olfativa, en la parte medial de los lóbulos temporales.

Freeman Walter: The physiology of perception in Scientific AmericaVol.264. 1991

Vías olfatorias

Receptor

Bulboolfatorio

Corteza olfativa

(lóbulo temporal)

Mucosa olfatoria

Cuerpo amigdalino

Feromonas

Sistema olfatorio accesorio en animales, ligado a la conducta sexual y a la reproducción.

En mamíferos ubicado en región vomeronasal. En insectos en las antenas.

Estímulo al hipotálamo.

Olores y caracteres sexuales.

En un estudio de preferencias ante el olor. Hombres y mujeres homo y heterosexuales fueron requeridos para evaluar el olor del sudor de 24 donantes. Los homosexuales tuvieron preferencias distintas a las de los heterosexuales. Homosexuales preferian los olores de homosexuales masculinos y heterosexuales femeninas. Los olores de los homosexuales eran los menos preferidos por los heterosexuales masculinos y las lesbianas.

Martins Y, Preti G, Crabtree CR, Runyan T, Vainius AA, Wysocki CJ.Preference for human body odors is influenced by gender and sexual orientation.Psychol Sci. 2005 Sep;16(9):694-701.

Fisiología del gusto

Moléculas detectadas por el gusto

Sabores primarios: dulce, saldo, amargo, agrio y umami

No existe relación entre estructura química y sabor principalmente en sustancias dulces y

amargas

Las proteínas T2R son receptores del sabor amargo

Fisiología del gusto

El cloruro de Li es dulce a baja concentración y amargo a mayor concentración

El gusto es una forma de preservar la salud, lo dulce es útil, lo amargo es dañino.

Existen cinco grupos de estimulantes básicos del gusto: salados, ácidos, dulces, agrios y

umami o “sabroso”.

En términos generales el sabor:

Salado esta asociado al NaCl

Ácido esta asociado a sustancias ácidas como el vinagre

Dulce esta asociado a carbohidratos y algunos aminoácidos

Amargo a los alcaloides como la estricnina, quinina etc

Sabroso esta asociado a la presencia de ciertos aminoácidos o nucleótidos tales

como el Glutamato o el Inosinato.

Relación entre estructura química y el sabor dulce

Todos deben ser solubles en agua. Pequeñas diferencias cambian la

sensación D-glucosa es dulce y L-glucosa es salada. Sabor dulce: oxidrilo, imino, amino, metino

con un átomo negativo y un hidrógeno. Compuestos orgánicos como azúcares,

glicoles, aminoácidos. Identifica sustancias altamente

energéticas.

Sacarina 675

Cloroformo 40

Fructosa 1,7

Sacarosa 1,0

Glucosa 0,8

Lactosa 0,3

Relación entre Estructura química y su relación con el sabor ácido

A menor pH, mayor sabor ácido

Es una advertencia sobre la peligrosidad de una sustancia.

Azúcares y alcoholes amortiguan el sabor ácido

Los ácidos orgánicos tienen mas sabor aún frente al mismo pH que los inorgánicos

HCl 1,0

Láctico 0,85

Acético 0,55

Cítrico 0,46

Carbónico 0,06

Relación entre estructura química y el sabor salado

El sabor salado lo proporcionan cationes y aniones ionizados de las sales.

Ejemplos: Cloruros, nitratos y bromuros de sodio

Cloruro de amonio 2,5

Fluoruro de sodio 2,0

Cloruro de sodio 1,0

Cloruro de calcio 1,0

Cloruro de potasio 0,6

Estructura química y su relación con el sabor amargo

Sustancias orgánicas de cadena larga y alcaloides, flavonoides, catequinas.

Previene contra potenciales sustancias venenosas

Estricnina 3,1

Nicotina 1,3

Quinina 1,0

Cafeína 0,4

Atropina 0,13

Cocaina 0,02

Morfina 0,02

Relación entre estructura química y el sabor umami

Permite el reconocimiento de aminoácidos

Tanto la forma L como D del glutamato monosódico.

Ácido glutámico

Ácido guanílico

Ácido inosínico

Glicina

5 ribo nucleótidos

Cada célula receptora expresa muchos miembros de la familia T2R

Las papilas gustativas…. La unidad del gusto son las células

gustativas (neuroepiteliales), que se unen formando papilas gustativas.

El ser humano tiene unas 10 mil papilas gustativas divididas en: Circunvaladas Foliaceas Filiformes y Fungiformes

Cada una tiene una ubicación geográfica específica pero todas contienen entre 50 y 100 células gustativas para todas las 5 sensaciones primarias.

Las células gustativas y los receptores

Chandrashekar J. The receptors and cells for mammalian taste. Nature. 2006

Cada célula tiene receptores en la porción mas apical de la misma, los cuales son proteínas transmembranosas que: Admiten iones que dan lugar a las sensaciones de salado y ácido Se unen a moléculas que dan lugar a las sensaciones de dulce, amargo y umami.

Sin embargo cada célula expresa sólo a un tipo de receptor. La sensación es trasmitida a través de una neurona al cerebro

Los receptores De naturaleza proteica, atraviesan siete

veces la membrana de la célula olfatoria Sólo el receptor de sabor salino permanece

en discusión a la actualidad.

Mecanismos bioquímicos de los receptores del gusto

Huang Angela y otros. The cells and logic for mamalian sour taste detection. Nature. 441. 2006

El sabor salado se debe al ingreso de sodio al por su canal, esto causa despolarización celular con incremento de Calcio y exocitosis

El sabor ácido se debe al aumento de iones H los que bloquean los canales de potasio causando despolarización que permite el ingreso de Ca y exocitosis

Mecanismos bioquímicos de los receptores del gusto

O El sabor dulce se debe a que la glucosa se une a receptores mediados por proteína G, cada receptor tiene dos subunidades T1R2 y T1R3.

O Estas activan a la proteína G (gustductina), genera un aumento en la actividad de la PLC (fosfolipasa C) que genera IP3 la que actúa sobre el canal TRPM5 generando un ingreso de Ca y la despolarización correspondiente.

Mecanismos bioquímicos de los receptores del gusto

El sabor amargo, se debe a que el receptor acoplado a proteína G estimula el aumento de PLC que genera IP3 el que aumenta a su vez el ingreso de Ca procedente del retículo endoplásmico a través de TRPM5.

Genéticamente el ser humano tiene 25 tipos de T2R_ diferentes que identifican diversos sabores amargos.

Mecanismos bioquímicos de los receptores del gusto

El sabor umami se debe a que el receptor es impresionado por sales de ácido glutámico como el MSG actuando sobre receptores T1R1 y T1R3. Estas activan a la proteína G de la misma manera que los receptores de sabor dulce. La sinergia con la GMP e IMP se produciría porque se unen al mismo receptor T1R1 pero a diferente altura.

Mecanismos bioquímicos de los receptores del gusto

El estímulo de dulce, amargo y umami, se lleva a cabo a través de receptores T1R y T2R, que estimulan una fosfolipasa (PLCB2), la que genera IP3 y DAG,

El IP3 cambia la permeabilidad de un transportador interno de Ca (TRPM5) que permite el ingreso de Ca y la exocitosis

Chandrashekar, J., Hoon, M.A., Ryba, N.J.P. and Zuker, C.S. (2006) The receptors and cells for mammalian taste. Nature 444 288-294

Hay un sexto sabor? Grupo de investigadores franceses de la U. de Bourgogne en Dijon,

han estado trabajando sobre receptores para ácidos grasos (2005). La percepción oral jugaría un rol fundamental en el carácter adictivo

de las grasas para el ser humano. Además la presencia de una Lipasa oral jugaría un importante papel.

Laugerette, F., et al. 2005. CD36 involvement in orosensory detection of dietary lipids, spontaneous fat preference, and digestive secretions. J. Clin. Invest. 115:3177–3184. doi:10.1172/JCI25299.

Vías gustativas La información del gusto alcanza la

corteza cerebral a través: Nervio facial (VII) Nervio Glosofaríngeo (IX) Nervio vago (X)

La sinapsis obligada es en el núcleo solitario de la médula

La corteza órbito frontal, reune la información olfatoria, gustativa, de peso y textura del alimento. Por ejemplo sabor y olor se combinan aquí en esta porción cortical,

Las vías procedentes de los 2/3 anteriores

de la lengua viajan por ramas del facial: el

N. lingual, N. cuerda del tímpano

yNervio intermediario

(de Wrisberg). Las fibras sensoriales

del 1/3 posterior hacen por el glosofaríngeo (IX)

Todas las vías entran en el tronco del encéfalo y sinaptan en el núcleo del tracto solitario.

De aquí suben contralateralmente hasta el tálamo, al núcleo ventral posteromedial. De aquí se proyecta a la circunvolución poscentral

El X par lleva fibras

sensoriales de la epiglotis.

amigdalas, úvula

Fisiología de la audición