Dẫn truyền hóa thụ cảm và tiếp nhận vị giác và khứu giác

Dẫn truyền hóa thụ cảm là quá trình chuyển đổi các kích thích hóa học — các phân tử hòa tan trong nước bọt hoặc có trong không khí hít vào — thành tín hiệu điện, là cơ sở của các giác quan vị giác và khứu giác. Quá trình này phụ thuộc vào các protein thụ thể liên kết với các hóa chất cụ thể và kết nối sự liên kết đó với những thay đổi trong dòng điện màng. Chủ đề này bao gồm các họ thụ thể và logic dẫn truyền của vị giác và khứu giác.

Definition

Dẫn truyền hóa thụ cảm là sự chuyển đổi một kích thích hóa học thành tín hiệu điện trong một tế bào hóa cảm giác, được trung gian bởi các protein thụ thể — chủ yếu là các thụ thể liên kết với protein G và các kênh ion chuyên biệt — nhận biết các phân tử cụ thể và làm thay đổi dòng điện màng của tế bào.

Scope

Mục này bao gồm các thụ thể phân tử và các con đường dẫn truyền của vị giác (ngọt, đắng, umami, mặn và chua) và khứu giác (họ thụ thể chất tạo mùi lớn), cũng như tổ chức tế bào biến nhận dạng hóa học thành tín hiệu thần kinh. Đây là một chủ đề tham khảo trong sinh lý học cảm giác và không cung cấp hướng dẫn lâm sàng hoặc chế độ ăn uống.

Core questions

• Sự liên kết của một hóa chất với thụ thể tạo ra tín hiệu điện như thế nào?
• Những họ thụ thể nào là cơ sở của các đặc tính vị giác cơ bản và sự phát hiện các chất tạo mùi?
• Các đặc tính vị giác và nhận dạng mùi khác nhau được giữ riêng biệt như thế nào?
• Các cơ chế ionotropic và liên kết với protein G khác nhau như thế nào giữa các hóa thụ thể?

Key concepts

• Thụ thể chất tạo mùi (họ thụ thể liên kết với protein G lớn)
• Thụ thể vị giác (họ T1R và T2R)
• Các phương thức ngọt, đắng, umami, mặn và chua
• Tín hiệu liên kết với protein G và các chất truyền tin thứ cấp
• Dẫn truyền ionotropic (ví dụ: vị chua và mặn)
• Tổ chức theo đường dẫn truyền riêng biệt (labeled-line) của vị giác
• Mã hóa kết hợp của mùi

Mechanisms

Các hóa thụ thể nhận biết các phân tử thông qua các protein thụ thể chuyên biệt và kết nối sự nhận biết đó với dòng điện màng. Trong khứu giác, Buck và Axel đã xác định một họ gen lớn gồm các thụ thể chất tạo mùi liên kết với protein G, mỗi tế bào thần kinh cảm giác biểu hiện một vài loại thụ thể, do đó một mùi được mã hóa theo cách kết hợp trên nhiều tế bào thần kinh. Trong vị giác, các họ thụ thể riêng biệt phục vụ các đặc tính khác nhau: thụ thể T1R trung gian vị ngọt và umami và thụ thể T2R trung gian vị đắng, tất cả đều liên kết với protein G, trong khi vị mặn và chua phụ thuộc nhiều hơn vào các cơ chế ionotropic, như đã được Lindemann, Chandrashekar và các cộng sự, và Yarmolinsky và các cộng sự tổng quan. Sự kích hoạt thụ thể, dù thông qua một chuỗi truyền tin thứ cấp hay dòng ion trực tiếp, làm khử cực tế bào thụ thể và dẫn đến giải phóng chất dẫn truyền thần kinh lên, hoặc tạo ra xung động trong, sợi thần kinh hướng tâm cảm giác. Hệ thống vị giác phần lớn được tổ chức theo các đường dẫn truyền riêng biệt (labeled lines), với các tế bào và con đường dành riêng cho các đặc tính cụ thể.

Clinical relevance

Sinh lý học hóa cảm giác là nền tảng của vị giác và khứu giác và cung cấp khuôn khổ để hiểu các rối loạn của các giác quan này, bao gồm các rối loạn về mùi và vị có thể đi kèm với các tình trạng khác nhau. Tài liệu này mô tả các cơ chế bình thường để tham khảo giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Thông tin này dựa trên việc xác định phân tử của các họ thụ thể chất tạo mùi và vị giác, cũng như các nghiên cứu chức năng về các con đường dẫn truyền của chúng. Đây là những phát hiện nghiên cứu cơ chế; không có hướng dẫn lâm sàng nào được ngụ ý.

History

Kỷ nguyên phân tử của hóa cảm giác bắt đầu vào năm 1991 khi Buck và Axel xác định họ gen lớn của thụ thể chất tạo mùi, cung cấp cơ sở phân tử cho việc nhận biết mùi và sau đó được công nhận bằng giải Nobel. Công trình nghiên cứu trong những thập kỷ tiếp theo đã xác định các họ thụ thể vị giác và gán chúng cho các đặc tính vị giác cụ thể, làm rõ rằng vị ngọt, đắng và umami sử dụng các thụ thể liên kết với protein G trong khi vị mặn và chua dựa vào các cơ chế ionotropic, và thiết lập tổ chức phần lớn theo đường dẫn truyền riêng biệt (labeled-line) của vị giác.

Debates

Các đặc tính vị giác được mã hóa như thế nào — theo đường dẫn truyền riêng biệt (labeled lines) hay theo các mẫu hoạt động trên các sợi thần kinh (across-fibre patterns)?

Việc mỗi vị cơ bản được truyền tải bởi các tế bào và con đường chuyên biệt, đặc trưng cho từng vị (labeled lines) hay được đọc từ các mẫu hoạt động trên các tế bào có phạm vi điều chỉnh rộng đã được tranh luận; bằng chứng phân tử và chức năng đã ủng hộ một sơ đồ phần lớn theo đường dẫn truyền riêng biệt (labeled-line) cho các đặc tính cơ bản, mặc dù sự tích hợp xảy ra ở trung tâm.

Key figures

• Linda Buck
• Richard Axel
• Charles Zuker
• Nicholas Ryba
• Bernd Lindemann

Seminal works

• buck-axel-1991
• lindemann-2001
• chandrashekar-2006
• yarmolinsky-2009

Frequently asked questions

Làm thế nào mũi phân biệt được nhiều mùi như vậy với một bộ thụ thể hạn chế?

Mùi được mã hóa theo cách kết hợp: mỗi chất tạo mùi kích hoạt một tập hợp con cụ thể của nhiều loại thụ thể chất tạo mùi, và não bộ đọc mẫu thụ thể được kích hoạt đó như một mùi riêng biệt.

Có phải tất cả các vị đều được dẫn truyền theo cùng một cách không?

Không. Vị ngọt, umami và đắng sử dụng các thụ thể liên kết với protein G và các chuỗi truyền tin thứ cấp, trong khi vị mặn và chua phụ thuộc nhiều hơn vào các cơ chế ion trực tiếp trong màng tế bào vị giác.