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Quimiorreceptor

Un quimiorreceptor , también conocido como quimiosensor , es un receptor sensorial especializado que transduce una sustancia química ( endógena o inducida) para generar una seña...

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Un quimiorreceptor , también conocido como quimiosensor , es un receptor sensorial especializado que transduce una sustancia química ( endógena o inducida) para generar una señal biológica. [ 1 ] Esta señal puede ser en forma de potencial de acción , si el quimiorreceptor es una neurona , [ 2 ] o en forma de neurotransmisor que puede activar una fibra nerviosa si el quimiorreceptor es una célula especializada, como los receptores del gusto , [ 3 ] o un quimiorreceptor periférico interno , como los cuerpos carotídeos . [ 4 ] En fisiología , un quimiorreceptor detecta cambios en el entorno normal, como un aumento en los niveles de dióxido de carbono en sangre (hipercapnia) o una disminución en los niveles de oxígeno en sangre (hipoxia), y transmite esa información al sistema nervioso central que activa respuestas corporales para restaurar la homeostasis .

En las bacterias , los quimiorreceptores son esenciales en la mediación de la quimiotaxis . [ 5 ] [ 6 ]

Quimiorreceptores celulares

En procariotas

Las bacterias utilizan proteínas helicoidales largas y complejas como quimiorreceptores, lo que permite que las señales viajen largas distancias a través de la membrana celular. Los quimiorreceptores permiten que las bacterias reaccionen a los estímulos químicos de su entorno y regulen su movimiento en consecuencia. [ 7 ] En las arqueas , los receptores transmembrana comprenden solo el 57 % de los quimiorreceptores, mientras que en las bacterias el porcentaje aumenta al 87 %. Esto indica que los quimiorreceptores desempeñan un papel fundamental en la detección de señales citosólicas en las arqueas. [ 8 ]

En eucariotas

Los cilios primarios , presentes en muchos tipos de células de mamíferos , funcionan como antenas celulares . [ 9 ] La función motriz de estos cilios se pierde en favor de su especialización sensorial. [ 10 ]

Quimiorreceptores vegetales

Las plantas poseen diversos mecanismos para percibir el peligro en su entorno. Son capaces de detectar patógenos y microbios mediante quinasas receptoras de superficie (PRK). Además, las proteínas similares a receptores (RLP), que contienen dominios de unión a ligandos, capturan patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) y patrones moleculares asociados a daños (DAMP), lo que desencadena la respuesta inmunitaria innata de la planta para una defensa. [ 11 ]

Las quinasas receptoras de plantas también se utilizan para el crecimiento y la inducción hormonal, entre otros procesos bioquímicos importantes. Estas reacciones se desencadenan por una serie de vías de señalización iniciadas por receptores sensibles a sustancias químicas en las plantas. [ 12 ] Los receptores de hormonas vegetales pueden estar integrados en las células vegetales o situados fuera de ellas, para facilitar la estructura y composición química. Existen cinco categorías principales de hormonas exclusivas de las plantas que, una vez unidas al receptor, desencadenan una respuesta en las células diana. Estas incluyen auxina , ácido abscísico , giberelina , citoquinina y etileno . Una vez unidas, las hormonas pueden inducir, inhibir o mantener la función de la respuesta diana. [ 13 ]

Clases

Existen dos clases principales de quimiorreceptores: directos y de distancia.

  • Ejemplos de quimiorreceptores de distancia son:
    • Neuronas receptoras olfativas en el sistema olfativo : La olfacción implica la capacidad de detectar sustancias químicas en estado gaseoso. En los vertebrados, el sistema olfativo detecta olores y feromonas en la cavidad nasal. Dentro del sistema olfativo existen dos órganos anatómicamente distintos: el epitelio olfativo principal (EOP) y el órgano vomeronasal (OVN). Inicialmente se pensó que el EOP era responsable de la detección de odorantes, mientras que el OVN detectaba feromonas. Sin embargo, la visión actual es que ambos sistemas pueden detectar odorantes y feromonas. [ 14 ] La olfacción en invertebrados difiere de la olfacción en vertebrados. Por ejemplo, en los insectos, las sensilas olfativas están presentes en sus antenas. [ 15 ]
  • Algunos ejemplos de quimiorreceptores directos son:
    • Receptores del gusto en el sistema gustativo : La función principal de la gustación, como tipo de quimiorrecepción, es la detección de sustancias gustativas. Los compuestos químicos acuosos entran en contacto con los quimiorreceptores de la boca, como las papilas gustativas de la lengua, y desencadenan respuestas. Estos compuestos químicos pueden provocar una respuesta apetitiva para obtener nutrientes o una respuesta defensiva contra toxinas, dependiendo de qué receptores se activen. Los peces y crustáceos, que viven constantemente en un ambiente acuático, utilizan su sistema gustativo para identificar ciertas sustancias químicas en la mezcla con el fin de localizar e ingerir alimentos.
    • Los insectos utilizan la quimiorrecepción de contacto para reconocer ciertas sustancias químicas, como los hidrocarburos cuticulares y las sustancias químicas específicas de las plantas hospedadoras. La quimiorrecepción de contacto se observa con mayor frecuencia en insectos, pero también interviene en el comportamiento de apareamiento de algunos vertebrados. El quimiorreceptor de contacto es específico para un tipo de sustancia química. [ 15 ]

Órganos sensoriales

  • Olfacción: En los vertebrados terrestres, la olfacción ocurre en la nariz . Los estímulos químicos volátiles entran por la nariz y finalmente llegan al epitelio olfativo , que alberga las células quimiorreceptoras conocidas como neuronas sensoriales olfativas (OSN). Incrustadas en el epitelio olfativo hay tres tipos de células: células de soporte, células basales y OSN. Si bien los tres tipos de células son integrales para el funcionamiento normal del epitelio, solo las OSN actúan como células receptoras, es decir, responden a los químicos y generan un potencial de acción que viaja a través del nervio olfativo hasta llegar al cerebro. [ 2 ] En los insectos, las antenas actúan como quimiorreceptores a distancia. Por ejemplo, las antenas de las polillas están formadas por largos pelos plumosos que aumentan el área de superficie sensorial. Cada pelo largo de la antena principal también tiene sensilas más pequeñas que se utilizan para la olfacción volátil. [ 16 ] Dado que las polillas son principalmente animales nocturnos, el desarrollo de un mayor sentido del olfato les ayuda a orientarse en la noche.
  • Gusto: En muchos vertebrados terrestres, la lengua es el principal órgano sensorial gustativo. Como músculo ubicado en la boca, manipula y distingue la composición de los alimentos en las etapas iniciales de la digestión. La lengua está ricamente vascularizada, lo que permite que los quimiorreceptores situados en su superficie transmitan información sensorial al cerebro. Las glándulas salivales permiten que las moléculas lleguen a los quimiorreceptores en una solución acuosa. Los quimiorreceptores de la lengua pertenecen a dos superfamilias distintas de receptores acoplados a proteínas G (GPCR) . Los GPCR son proteínas intramembrana que se unen a un ligando extracelular (en este caso, sustancias químicas de los alimentos) e inician diversas cascadas de señalización que pueden generar un potencial de acción que se registra como entrada en el cerebro del organismo. Una gran cantidad de quimiorreceptores con dominios de unión a ligando específicos permiten la percepción de los cinco sabores básicos: ácido, salado, amargo, dulce y umami . Los sabores salado y ácido actúan directamente a través de los canales iónicos, los sabores dulce y amargo a través de receptores acoplados a proteínas G , y la sensación de sabor umami se activa por el glutamato . Los quimiorreceptores gustativos no solo están presentes en la lengua, sino también en diferentes células del epitelio intestinal, donde comunican la información sensorial a varios sistemas efectores involucrados en la regulación del apetito, las respuestas inmunitarias y la motilidad gastrointestinal. [ 17 ]
  • Quimiorrecepción por contacto: La quimiorrecepción por contacto depende del contacto físico del receptor con el estímulo. Los receptores son pelos cortos o conos que poseen un único poro en la punta de la proyección o cerca de ella. Se les conoce como receptores uniporosos. Algunos receptores son flexibles, mientras que otros son rígidos y no se doblan al contacto. Se encuentran principalmente en las piezas bucales, pero también pueden aparecer en las antenas o las patas de algunos insectos. Existe un conjunto de dendritas cerca de los poros de los receptores, aunque la distribución de estas dendritas varía según el organismo estudiado. El método de transducción de la señal de las dendritas difiere según el organismo y la sustancia química a la que responde.

Cuando los estímulos ambientales son importantes para la supervivencia del organismo, deben detectarse. Dado que todos los procesos vitales se basan en la química, es natural que la detección y transmisión de estímulos externos impliquen reacciones químicas. La química ambiental es, por supuesto, relevante para la supervivencia, y la detección de estímulos químicos externos puede estar directamente relacionada con la química celular.

La quimiorrecepción es fundamental para la detección de alimento, hábitat, congéneres (incluidas parejas) y depredadores. Por ejemplo, las emisiones de la fuente de alimento de un depredador, como olores o feromonas, pueden estar presentes en el aire o en la superficie donde se encontraba dicha fuente. Las células de la cabeza, generalmente las de las vías respiratorias o la boca, poseen receptores químicos en su superficie que se modifican al entrar en contacto con estas emisiones. La información se transmite, ya sea química o electroquímicamente, al procesador central, el cerebro o la médula espinal . La respuesta del SNC ( sistema nervioso central ) desencadena acciones corporales que permiten interactuar con el alimento y favorecer la supervivencia.

Fisiología

  • Los cuerpos carotídeos y aórticos detectan cambios principalmente en la pCO₂ y la concentración de iones H⁺ . También detectan la disminución de la presión parcial de O₂ , pero en menor medida que la pCO₂ y la concentración de iones H⁺ .
  • La zona quimiorreceptora desencadenante es un área de la médula oblongada en el cerebro que recibe señales de fármacos u hormonas transportadas por la sangre y se comunica con el centro del vómito (área postrema) para inducir el vómito .
  • Los cilios primarios desempeñan funciones importantes en la quimiosensación. En los tejidos adultos, estos cilios regulan la proliferación celular en respuesta a estímulos externos, como el daño tisular. En los seres humanos, el mal funcionamiento de los cilios primarios se asocia con enfermedades importantes conocidas como ciliopatías . [ 9 ]

Control de la respiración

Ciertos quimiorreceptores, denominados ASIC , detectan los niveles de dióxido de carbono en la sangre. Para ello, monitorizan la concentración de iones de hidrógeno en la sangre, que disminuyen el pH sanguíneo. Esto puede ser consecuencia directa de un aumento en la concentración de dióxido de carbono, ya que el dióxido de carbono acuoso, en presencia de la anhidrasa carbónica, reacciona para formar un protón y un ion bicarbonato . [ 18 ]

La respuesta consiste en que el centro respiratorio (en la médula oblongada) envía impulsos nerviosos a los músculos intercostales externos y al diafragma , a través del nervio intercostal y el nervio frénico , respectivamente, para aumentar la frecuencia respiratoria y el volumen de los pulmones durante la inhalación.

Los quimiorreceptores que regulan la profundidad y el ritmo de la respiración se dividen en dos categorías.

  • Los quimiorreceptores centrales se localizan en la superficie ventrolateral del bulbo raquídeo y detectan cambios en el pH del líquido cefalorraquídeo. También se ha demostrado experimentalmente que responden a la hipoxia hipercápnica ( CO₂ elevado , O₂ disminuido) y, finalmente, se desensibilizan, en parte debido a la redistribución del bicarbonato fuera del líquido cefalorraquídeo (LCR) y al aumento de la excreción renal de bicarbonato. [ 19 ] Estos son sensibles al pH y al CO₂ . [ 20 ]
  • Quimiorreceptores periféricos : se localizan en los cuerpos aórtico y carotídeo. El cuerpo aórtico detecta cambios en el oxígeno y el dióxido de carbono en la sangre, pero no en el pH, mientras que el cuerpo carotídeo detecta los tres. No se desensibilizan. Su efecto sobre la frecuencia respiratoria es menor que el de los quimiorreceptores centrales.

frecuencia cardíaca

La respuesta a la estimulación de los quimiorreceptores sobre la frecuencia cardíaca es compleja. Los quimiorreceptores en el corazón o en las grandes arterias cercanas, así como los quimiorreceptores en los pulmones, pueden afectar la frecuencia cardíaca. La activación de estos quimiorreceptores periféricos por la detección de una disminución de O₂ , un aumento de CO₂ y una disminución del pH se transmite a los centros cardíacos a través de los nervios vago y glosofaríngeo hasta el bulbo raquídeo del tronco encefálico. Esto aumenta la estimulación del sistema nervioso simpático sobre el corazón y, en la mayoría de los casos, un aumento correspondiente de la frecuencia cardíaca y la contractilidad . [ 21 ] Estos factores incluyen la activación de los receptores de estiramiento debido al aumento de la ventilación y la liberación de catecolaminas circulantes.

Sin embargo, si la actividad respiratoria se detiene (por ejemplo, en un paciente con una lesión medular cervical alta), el reflejo cardíaco primario a la hipercapnia e hipoxia transitorias es una bradicardia profunda y vasodilatación coronaria a través de la estimulación vagal y vasoconstricción sistémica por estimulación simpática. [ 22 ] En casos normales, si hay un aumento reflejo de la actividad respiratoria en respuesta a la activación de los quimiorreceptores, el aumento de la actividad simpática en el sistema cardiovascular actuaría para aumentar la frecuencia cardíaca y la contractilidad.

Véase también

Lista de los distintos tipos de células en el cuerpo humano adulto.

Referencias

  1. ↑ Kumar, Prem; Prabhakar, Nanduri R. (enero de 2012). «Quimiorreceptores periféricos: función y plasticidad del cuerpo carotídeo» . Comprehensive Physiology . 2 (1): 141– 219. doi : 10.1002/cphy.c100069 . ISBN 978-0-470-65071-4. PMC 3919066 . PMID 23728973 .  
  2. 1 2 Rawson, Nancy E.; Yee, Karen K. (2006). "Transducción y codificación". Gusto y olfato . Avances en otorrinolaringología. Vol. 63. págs. 23–43 . doi : 10.1159/000093749 . ISBN   3-8055-8123-8. PMID 16733331 . 
  3. ↑ Saunders, Cecil J.; Christensen, Michael; Finger, Thomas E.; Tizzano, Marco (22 de abril de 2014). "La neurotransmisión colinérgica vincula las células quimiosensoriales solitarias con la inflamación nasal" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 111 (16): 6075– 6080. Bibcode : 2014PNAS..111.6075S . doi : 10.1073/pnas.1402251111 . PMC 4000837. PMID 24711432 .  
  4. ↑ Nurse, Colin A.; Piskuric, Nikol A. (enero de 2013). "Procesamiento de señales en los quimiorreceptores del cuerpo carotídeo de mamíferos". Seminars in Cell & Developmental Biology . 24 (1): 22– 30. doi : 10.1016/j.semcdb.2012.09.006 . PMID 23022231 . 
  5. ↑ Hazelbauer, Gerald L.; Falke, Joseph J.; Parkinson, John S. (enero de 2008). "Quimiorreceptores bacterianos: señalización de alto rendimiento en matrices en red" . Trends in Biochemical Sciences . 33 (1): 9– 19. doi : 10.1016/j.tibs.2007.09.014 . ISSN 0968-0004 . PMC 2890293. PMID 18165013 .   
  6. ↑ Bi, Shuangyu; Lai, Luhua (febrero de 2015). " Quimiorreceptores y quimioefectores bacterianos" . Cellular and Molecular Life Sciences . 72 (4 ) : 691– 708. doi : 10.1007/s00018-014-1770-5 . ISSN 1420-9071 . PMC 11113376. PMID 25374297. S2CID 15976114 .    
  7. ↑ Samanta, Dipanjan; P. Borbat, Peter; Dzikovski, Boris; H. Freed, Jack; R. Crane, Brian (9 de febrero de 2015). "La dinámica de los quimiorreceptores bacterianos se correlaciona con el estado de actividad y se acopla a largas distancias" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 112 (8): 2455– 2460. Bibcode : 2015PNAS..112.2455S . doi : 10.1073/pnas.1414155112 . PMC 4345563. PMID 25675479 .  
  8. ↑ Krell, Tino (1 de abril de 2007). " Explorando lo (casi) desconocido: sistemas de dos componentes arqueales" . Journal of Bacteriology . 200 (7). doi : 10.1128/JB.00774-17 . PMC 5847645. PMID 29339416 .  
  9. 1 2 Satir, Peter; Christensen, Søren T. (2008). "Estructura y función de los cilios de los mamíferos" . Histochemistry and Cell Biology . 129 (6): 687– 93. doi : 10.1007/s00418-008-0416-9 . PMC 2386530. PMID 18365235 .  
  10. ↑ R. Mitchell, David (10 de abril de 2012). «La evolución de los cilios y flagelos eucariotas como orgánulos móviles y sensoriales». Membranas y citoesqueleto eucariotas . Avances en medicina y biología experimental. Vol. 607. págs. 130–140 . doi : 10.1007/978-0-387-74021-8_11 . ISBN   978-0-387-74020-1. PMC 3322410 . PMID 17977465 .  
  11. ↑ Zipfel, Cyril (julio de 2014). "Receptores de reconocimiento de patrones en plantas". Trends in Immunology . 35 (7): 345– 351. doi : 10.1016/j.it.2014.05.004 . PMID 24946686 . 
  12. ^ Haffani, Yosr Z.; Silva, Nancy F.; Goring, Daphne R. (2 de febrero de 2011). "Señalización del receptor quinasa en plantas". Revista canadiense de botánica . 82 : 1– 15. doi : 10.1139/b03-126 . S2CID 53062169 . 
  13. ↑ Armitage, Lynne; Leyser, Ottoline (2021). "Receptores de hormonas vegetales". Access Science . doi : 10.1036/1097-8542.900137 .
  14. ↑ Shi, P.; Zhang, J. (2009). "Extraordinaria diversidad de repertorios de genes de receptores quimiosensoriales entre vertebrados". Sistemas quimiosensoriales en mamíferos, peces e insectos . Resultados y problemas en la diferenciación celular. Vol. 47. págs. 57–75 . doi : 10.1007/400_2008_4 . ISBN   978-3-540-69918-7. PMID 19145414 . 
  15. 1 2 Chapman, RF (1998). "Quimiorrecepción" . Los insectos: estructura y función . Cambridge University Press. págs. 636–654 . ISBN  978-0-521-57890-5.
  16. ↑ Haupt, S. Shuichi; Sakurai, Takeshi; Namiki, Shigehiro; Kazawa, Tomoki; Kanzaki, Ryohei (2010). "Procesamiento de la información olfativa en polillas" . La neurobiología de la olfacción . CRC Press/Taylor & Francis. ISBN 9781420071979. PMID 21882429 . 
  17. ↑ Steensels, S.; Depoortere, I. (10 de febrero de 2018). "Quimiorreceptores en el intestino". Annual Review of Physiology . 80 (1): 117– 141. doi : 10.1146/annurev-physiol-021317-121332 . PMID 29029594 . 
  18. ↑ Badger MR, Price GD (1994). "El papel de la anhidrasa carbónica en la fotosíntesis". Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol . 45 : 369–392 . doi : 10.1146/annurev.pp.45.060194.002101 .
  19. ↑ Lumb, Andrew B.; Horner, Deborah (2013). «Fisiología pulmonar». Farmacología y fisiología para la anestesia . págs. 445–457 . doi : 10.1016/B978-1-4377-1679-5.00025-9 . ISBN  9781437716795.
  20. ↑ "Quimiorreceptores centrales" . pathwaymedicine.org . Archivado del original el 13 de abril de 2021. Consultado el 16 de marzo de 2021 .
  21. ↑ "Capítulo 4" . www.columbia.edu . Consultado el 29 de enero de 2017 .
  22. ↑ Berk, James L.; Levy, Matthew N. (1977). "Bradicardia refleja profunda producida por hipoxia o hipercapnia transitoria en el hombre". European Surgical Research . 9 (2): 75– 84. doi : 10.1159/000127928 . PMID 852474 . 
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