Svět smyslů - úloha mozku.
Paralelní dráhy specializované na určitou vlastnost (kvalitu).
V rámci dráhy ještě specializace na konkrétní hodnotu.
-,. £ Transdukce Transformace
\
Receptorová buňka
Elektrotonické ^
Akční potenciál Generátorový *— áíFení ^Receptorovy
" potenciál potenciál
.J__
.A.
Receptorová buňka převádí energii podnětu na změnu iontové propustnosti.
Receptorová buňka
Elektrotonické ^
Akční potenciál Generátorový *— áíFení ^Receptorovy
" potenciál potenciál
.J__
.A.
Vlastnosti membrány jsou klíčem pro transdukci.
Deformace
Teplota
Chuť
Čich
Trvání podnětu a trvání odpovědi.
Diferenční receptor
Proporcionální receptor
CL
Laterální inhibice: vyšší rozlišovací schopnost
zesílení kontrastů
Osvětleni sítnice
Laterálr inhibice fotoreceptt
Výstu p na zrakovém
nervu
n
Laterální inhibice vláskových buněk ucha
Výstup na sluchovém
Chemorecepce
Vyzkoušené molekulární schéma
Obecná chemorecepce buněk
ATP     cAMP Na*,Ca2
a) kanálová propustnost
b) aktivace enzymů
Enzymatické pochody
\ E
ATP     ADP Exprese genu
Chuť
Různě složité transdukční cesty 5 základních chutí.
kJ Sal L
Extracellular
fluid fte*
Taste bud coli mem b rau ľ
Amiloride-sensitive -cation channel-^
ílu Sour
m
(tí S wee E
Soft
Closed KJ d-ianne!
Receptor
A deny 1 y 1 cyclase
Depolarization
Cvtoplaism
Dtípulari nation
^1
Closed K' channel
t. protein
ATP }
cAMP.
rPKA
De pol ariz a.tion
hŕj Lmŕifríi
Receptor,     /G\]\[ e m *
G ptotein
Decrease in cAMF
Cltiaed K'1' channel
v.
Increase in Ca?
Bitter subs-lance
Depolarization
Endoplasmic reticulum
Increased.
transmitter
release
Cr-
Čich
ba/hus
a/fčctorius regio
offactoris
fíte -
oířsctoria
A. Nosní dutina a čichový orgán
B., Čichový epitel
(podle Andrese)
vune
kationtový kanál
ATP {Ca3+}
čichový podnět-
:™ 200^
ÍL, U
> 1
<s> , *+— u "c
ít3
100-
0-
l l i l
Ti
5
10
15
čas po začátku podnětu [sj
C. Transdukce cíchového podnetu
D. Adaptace čichu
Specifita srovnatelná s imunitní Cis/trans rozlišení
Chůiliiťal .ížrUCdln." A
CluaraLůE ■IjuľLuiľ U
Cufcirjrťl lihnul.-
[>ĽrJLS.-|ĽlJ ll-j. IICllllĽI X ll'.M V
6
NEURQBtOLOGY
a) Savci
b) Hmyz
Čichová brva
Kutikula
Receptorová buňka
olfactory bulb
DORSAL VIEW
olfactory bulb
DORSAL VIEW
cerebral optic ■ . „ ... hemisphere  tectum  cerebellum medulla
cerebral      optic        . „ . „
hemisphere tectum  cerebellum medulla
olfactory bulb
(a)
j
1.6 mm
Čichový lalok koncového mozku ^^^^^^^^^H
ľomi\
Iron ta I ubc
teplům
oU'actojy bulb
SIDE VIEW
(b)
. olfactory
bulb SIDE VIEW
i_I
3 mm
t hakim um
hippocampus
ret ich l ar fommtk>n
spinal corrJ
marnmilhtry body
10,1   The limbic system Uhe main limbic system siruclurcs are shown
Mapa vůní - vzorec aktivovaných Glomerulů
Konvergence neprostorového parametru na prostorový
Antennal lobe
Inhibitory neurons
K Higher process!r>g > centres
Olfactory epithelium
* Olfactory bulb
Odour molecules
Olfactory sensory neurons
Glomeruli
Odour molecules
AA      W\ AAA
0 0 0
Figure 11 Odour images in the olfactory glomerular layer, a, Diagram showing tlie relationship between the olfactory receptor cell sheet in the nose and the glomeruli of the olfactory bulb"1"5, bj fMRI images of the different but overlapping activity patterns seen in the glomerular layer of the olfactory bulb of a mouse exposed to members of the straight-chain aldehyde series, varying from four to six carbon atoms, The lower part of the image in the left panel corresponds to the image on the medial side of the olfactory glomerular layer as shown in a (see asterisk), (Image in a adapted, wTith permission, from ref, 53; image in b adapted, with permission, from ref 10,)
Mechanorecepce Bolest, dotek, Propriorecepce, Zvuk, gravitace, Pohyb, Vlhkost ? Magnetické pole?
Jednotné molekulární schéma
Extracellular anchor
Transduction channel
Extracellular link
Mem hrane
Intracellulai link
Cytoskeieton
Figure 1 General features of mechanosensory transduction. A transduction channel is anchored by intracellular and extracellular
anchors to the cytoskeleton and to an extracellular structure to which forces are applied. The transduction channel responds to tension in the system, which is increased by net displacements between intracellular and extracellular structures.
Vlásková buňka - specialista na jemný pohyb
------>_
Receptor potential
Hype rpolari sat ion
r
Depolarisation
.......L ! l ......JJH1JI1JI1J1L.....JIM IIUJI   I   I   I L I 1 I M J I_i__I-1-1 I I I I I I I I I I I I
Resting discharge
Increased
Impulse
frequency
EXCITATION
Decreased
imputse
frequency
INHIBITION
Viásková buňka - specialista na jemný pohyb
Somatosensorické vnímání
Trnith; vlhmlinfl Rdi|Mh| At 1111 -n 111 q ■ 111 StydirmiL-d iivm
Mctmnw cínpiiK Ic 1'mKh: L-lhiniLnin j. lipilNnN i  ■■■■ ■ ■ ■ ■■
Hafli in Liiry,,.. |L-
I.....H; pne^ui*
Mn'.v jidif^AiHn ShdiruirrJ iiv.uh
FmiL-ti; jm-wHit -i--.    | -.i-My^jirulL-iJ HíLin
Jhlr lútlklL-Etí^l..! llupr ii^lLdlil tall
k-:i|iiJ UjU;i| >lul.....
MwllniluJ UM Dl
rhErmuiTcvpljHrs
( ■ ■ 11J iuiuJLt iriyL-iinjkJ ;iJuiii-^
1 ■ -111 11 i-■ 11     -.1 U
JíiiplJ iKiultn mytfiúMUÍÚ DAMIH
Sirtv 1 UainvuJicLiluJ iit;i 111 ■
l
NEUROBIOLQGY / Gary G. Matihews
Somatosensorické vnímání
ngure j urosopnua on sue-receptor moaei. aP Lateral view of D. melanogastershowing the hundreds of bristles that cover the fly's cuticle. The expanded view of a single bristle indicates the locations of the stereotypical set of cells and structures associated with each mechanosensory organ. Movement of the bristle towards the cuticle of the fly (arrow) displaces the dendrite and elicits an excitatory response in the mechanosensory neuron. b; Transmission electron micrograph of an insect mechanosensory bristle showing the insertion of the dendrite at the base of the bristle. The bristle contacts the dendrite (arrowhead) so that movement of the shaft of the bristle wi II be detected by the neuron, c, Proposed molecular model of transduction for ciliated insect mechanoreceptors, with the locations of NompC and NompA indicated.
Figure G.3 (a) The figure shows the brushwork of sensilla al the articulation of the second leg of the cockroach, Periptanete americans. The thick cuticle of the pleuron (pi) thins to a delicate articular membrane and then thickens again to form the cuticle surrounding the coxa (ex), the first segment of the leg. The brush of sensilia forms a hairpiate (hp). From Pringle, 1938
Endolymph
Neuron
Extracellular anchor (NompA)
M on- adapting transduction channel
Jfif if-
mm
Intracellular link
Extracellulai link
Adapting transduction channel (NompC)
Adaptation machinery
Periferní detektor směru pohybu
rrlniiin-
4Tnnry
.-.I.
HijjIkTHiňlw / [ijlkHDíHffi ]
thiVin | ■ li ň ľ'.i liiiĽĽlJiJii
Eil ĽJ ĽlJhll-J .\llljfl*4-
NEURQ&IQLOGY / Gary G. Matihůws
HúJtptífi Udil
Si m
UUUUUL4
S li IIjiII .1:-
n-_
SleiEiulIb
lij-lli u- h-lr
l_l_lUl_l_
t 1
SHlSIlIlLtlh
SlLIMU]llh
Sli-inu Ju-i niin« frcjui
tli »TH|lJ1L
Gary G. Matihítw&
Proudový smysl -Kanálek přepažený kupulou s receptory
Ryba animace
h
NEUROBfOLOGY Gary G. Ma-thůWE
j-i-i"
Statocysta
fe) 5tatocysE of a scallop (Pec t tin)      (b) S tato cyst of a crab
Receptor cells
Horizontal canal
Statolith
Vertical canal
Vestibulární aparát a sluchový orgán
Fish (Myxine) Frog Bird Mammal
Siuchový aparát savců
Statokinetic ké ústrojí
Kovadlinka
Kladívko
Zvukovod oválné, u okénko
Zevní ucho
Střední | Vnitrní ucho   i ucho
Scala vestibuli
Scala media
Scala tympani
Reissnerova membrána
Tektoriální membrána
Jervova vlákna
Vnitřní Zevní vláskové buňky
Bazilární membrána
(a) A cross section through the cochlea
Sluchový aparát savců Vnitřní ucho
Animace ear.
Tectorial membrane
Scala media
Spiral ganglion
Scala tympani
Inner hair cells
Basilar membrane
Outer hair celts
(b) The organ of Corti
Tectorial membrane
Stcreocilia
Outer hair cells
Basilar Inner membrane    hair cells
Tunnel of Corti
Výška tónu se promítá do prostorově lokalizovaného maxima.
700 Hz
3000 Hz
Oválné Okrouhlé okénko okénko
Rozvinutý hlemýžd
Vyostrení maxima - laterální inhibice
Osvětleni sítnice
Laterálr inhibice fotoreceptt
Výstu p na zrakovém
nervu
Laterální inhibice v leskových buněk ucha
n
Lr
Výstup na sluchovém
Fotorecepce
a) Ploché oko
b) Miskovité oko
c) Komorové oko
d) Složené oko Ornaticlia1
($} Retinal plate   (b) Ľyecup
fjŕjl Camera eye
(d) Compound eye
Photoreceptors
Cornea'
Sítnice Pigment
■Zrakový nerv
Čočka
Sítnice
Pigment ■Zrakový nerv
Čočka
Sítnice
Pigment Zrakový nerv
Čočka Sítnice
Pigment Zrakový nerv
Cornea' ^Lens
Sítnice
Pigmentová vrstva
Receptory
Periferní spoje a dráhy
Membránové disky
Čípky
Mitochondrie Jádro
Axony zrakového nervu
Horizontálníl buňky
Bipolární buňky
Amakrinní buňky
Gangliové buňky
Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu
cGMP
Trans-retinal t
Metarhodopsin II 11 -cis-Retinal
GMP
Cytoplazma
Fosfodiesteráza
Transducin
L, -
Disková membrána
Nitro membránového disku
Fotorepce a chemorecepce - podobný princip
Animace rhodopsin.
■■ lř-.'.:;:i' niJ vit,urin A
Cůmplclc Structured viMmirt A (alí-IAittf) CFtyDH
Cůiuimifl^ slrudure of vi lamin AiflJI-řmn?)
CHtf
SENSORY PftOCE'
ftltLT S^im-nít 0:11 m^inbr.irir1
I       M i   ■ ií>r
Figure 15-13 Shodnp^in is a photopigment composed] of two parts: retinal and opsin | fpJChfmifgJ Structure* Of viramm A And of r*[irtal. Vitamin a is innvvn boEn as a compile-
imcujrk>iwp>irid d* <j ik«l*r.on itruaure luiWdle). ViTami^ a is converted to retinal, I uhkhiiatlwo isomeri (1T-cii and dJI-(rtiJi j). fiW Thre^irnensiofia.1 structure of the pro-I tein lopsinl portion of vertebrate rhodop&in. Seven oi-helical regions of the protein ipin
the Tidrr&unt.rciir:ftl is JLUChed to An amino acid residue within the seventh! menv
tH&n*-s(Mnnmp, region.
■!!■■! I.i'-.!-.i
^ \.-.' I I !■ iz; I IL'I
Pigmentová vrstva
Membránové disky
Čípky
Mitochondrie Jádro
Axony zrakového nervu
Horizontál n íl buňky
Bipolární buňky
Amakrinní buňky
Gangliové buňky
Si Jc vie*
Zraková dráha
B
SfirínUf íim=K
MJCEinil
t.J.K!Ml 11 l" 11Í l uhlĽ1
nik iĽLhí Liľ LhuLuiTiK
Pitíhf primnn
\ll 1.1
■ -•=! I finru-TV
Biologické rytmy
Rytmické děje jsou přirozenou součástí funkce organizmu.
Předpovídají pravidelné změny bez ohledu na přechodné výkyvy.
Rytmické děje jsou přirozenou součástí funkce organizmu.
Bez vnějších korelátů: nervové vzruchy, srdeční rytmus, dechový rytmus...
Rytmické děje jsou přirozenou součástí funkce organizmu.
Bez vnějších korelátů: nervové vzruchy, srdeční rytmus, dechový rytmus...
Negativní zpětná vazba je zdrojem kmitů - regulace homeostázy.
Rytmické děje jsou přirozenou součástí funkce organizmu.
Bez vnějších korelátů: nervové vzruchy, srdeční rytmus, dechový rytmus...
Negativní zpětná vazba je zdrojem kmitů - regulace homeostázy.
Aferentní neuron
I
Tlakové receptory
Centrální nervový systém
Eferentní neuron
I
Respirační svaly
Plicní tkáň
Rytmicita s vazbou na prostředí Cirkadiánní = asi 24 hod perioda
18J00    6.00  18J00    6.00   18J00 6.00
6.00     12.00   18.00   24.00   6.00     12.00 18.00
(O
Aktivita
Spánek
12h posun času ve 12 dnech: cirkadiánní perioda 25 hodin
Jak se měří? Běhací kolo (mlýnek)
2        i        4 5 Day of recording
|— A. Circadian rhythm generator in suprachiasmatic nucleus (SCN)
1 Genetic feedback
loop in SCN cells (oscillator)
Neuron ofSCN
CLOCK FftS motif BMAL1
Transcription
\
Translation
E-box
J*_[per?
E^ox
Intracellular CI" concentration
■v*
2 Zeitgeber
4 Effector syst ems inCNS
Thalamus
Bright light
t
Retina, etc
Melatonin secretion
3 Coupled oscillators in SCN
Sleep-wa-ke rhythm
Core
tern per at u re
Circadian rhythms of:
- CRH secretion -Core temperature,
- Sleep-wake cycle (see B), etc.
Molekulární hodiny a zpětnovazebná smyčka synchronizovaná světlem.
GurrentOpinian in Genetica & Devslopmflnt
Centrälni a periferni oscilätory
Intercellular Interlocking loop
Metabolites, hormones
Systemic cues, feeding behaviours
ID	
! Metabolites,	
! biochemical loop ]	
	i
	J J
00
Intracellular interlocking
1 loop
\
i
Figure 41 Loops surrounded by Loops: whole organism oscillations in humans. Intracellular dock regulation which consists of multiple interlocking transcriptional and translational loops, exists in all the cells, including those Located in the clock master, the supra chiasm a tic nucleus (SCN), and the peripheralorgans such asthe liver.The SCNn however, possesses an additional intercellular regu let ion that synchronizes individual neurons into a robust pacemaker, which integrates environmental signals such as light, governs the rhythmic behaviour and sends out systemic cues to synchronize the whole body. By contrast, small molecules such as metabolites and hormones may feed hack to reaulate the oerinheral and central clocks.
Suprachiasmatické jádro a řízení motorické aktivity
Location of the SCM
Sagittal section
Cortex
Optic
ievelot
corona, section
Cerebellum
Coronal section
Cortex
Optic chiasm
(b) Loss of free-running rhythms upon destruction of the SCN 1 r
15 -
o
-Q S
20
25 -
■ ■■	■		Iflll B B Bi   IIMIIIB 1	1	■	b	■BI 1 ■
II1111 111 1111«    t 1	I ■		IBL IB IIBBB1 1 1111 ■ 1 1			1	1 BB II
1             L11« III 1 1	f ■	1	BIJ IIIBI  1 Bill Bili ■■■ 1	1	1	3 Bi	IBB II
■ i bii nm ■ ma i ■	i tm i		■ BB IflMIB Bi 111 BBBBEII B			1        1 ■	IBi I
111 \m m m mi ■	■       1 B		tm IIBHIIB ■■ t BBBB		1	B	1    IBi 1
■ ibiiiib ii t b bbb	1 ■	1	IB| |1 IIBHltBBII ■ i BI ■ 1			■	■ i m\i\
II IIIHHIB   ib ■ 1	1	■	1   BJIB   ■!■■!! BlBl ■	1	1	■ ii	
■ ■ mim 11 mm i i	r ■ ii		1 ■   I I II lltll BI	t	■	1 1	l
1 l 111 PI Ml  «11 1	i    t t		■    ■■ II tm IBB IBBMI		1	II	aa
L ii tm i mm   lam i	i n		t   BBl Bil BI ii Hill 1 iibb 1		■	1 b	i i i
■       umu i i nu i	1         1 B		1 1 ii1IIil i II IIII II11 IB III		IB	■	bi
u ii m m mi mi m m	ibb Bi		bbiiiii  IB  1 Bi 1 j BI ii		B	B	I 1
■ 1 j If !■ (Illlll	Bi ■		BI B     BI bi f Bil BB	I		B 1	B b
■ ■   ■ ■ ia i     am t	B 1	a     ■■ ii ani ubi m i i ran			B	■	1 II
■ bi ani nam i i mir	■ 1		1   • 1 BB   HI ib   IIIBI 1 IflflH		1	1	1 1
II ■
_ ubi
i n
n i i 11
IBBB ii11bbiiii Mill III ■UHM f BBl 11 ib II
■ ■ J IBBB lili III Bili
IB   IIBIfll    III I Ml I B fllllfll BIBB L IIBB IBI B BBl IIBii B IB IB llflilB
■ ii ■ ii fll ■ !!■■!
■
i III
i I
■ i i
I I
■ I
ii b
30 b 11! ■ I
40
■ IBI
i rr
ii i
ji ii
i i t i
i ■
i ii
I ib
tl II I I I
IIIIIBBI IBB 11 ib II
m   m i itm \uimm*i
BB   iib1b1     llll BBl Bil i lit BI Bi I IBB IBI BB mm MB IIB IBI II IBB I III ■ ■ I BB T BI I IBBB
í III
Bl
■ i
I i i
11 b I All fl Bl i I i I I i b
B 1
I Bl
I   BB I   B B II ii   11 BB       BB i mm      HUM      III II BB i DB BIM    IIIIBilB I    iii    IB lilt IBB    I    I IB 1   B Bi    B BBl IB ■    IM   II IB      I Bll     BIB      I BBl BIB    BB 111  Bit    BBl      IBBB     IIBB II    B I I IBB     Bi llll    I  BBB I   II I
(■■in  tm ■■!   mi IBM
I IIBIIBBl ■ III B ■ BB I ■■■ ■ I   BBl     BB     1mb    BB  BB 11 ■■
_[_L_L__L_I_L
fli ill III
I ■
i ■■    BI  B     i    I Bi ■ ■       fl  Bit     i  BI II I Bf IBB      BB       fl BB BBl I  ■ B fl I ib    II BB
IIIBB     IIBB ...... BP i
■ «    Bflfl■ Bl i    Iflfl iii
i liar bib  a bi
i a ■
-SCN destroyed
n i
■ a
BBl     11
flflia   mmi
i   ai hi
ii IBI III BBB IIUIBflfli 1   II Bflflfl
_J._
-L
■III BB II IB I
mm
fl BB i
III IB
HI
_I_
12
24
Number of hours
36
Figure 10.17 The suprachiasmatic nucleus in the hypothalamus of the brain is the major circadian clock of mammals   (a) The location of the SCN in the ventral hypothalamus, above the optic chiasm (the crossing of the optic nerves).The sagittal section shows a side view near the midline (anterior to the right), (b) A free-running circadian activity is lost following destruction of a mammals SCN.
Synchronizace světlem
Chronobiologie
Příklady testovacích otázek ke zkoušce z Fyziologie živočichů http://www.sci.muni.cz/ksfz/texty/fyztest.htm
Základní studijní literatura: skripta Srovnávací fyziologie živočichů (Vácha, Bičík, Petrásek, Šimek, 2002)
1. Vysvětlete existenci klidového membránového potenciálu. Zmiňte roli K+ a Na+.
Příklad správné odpovědi na plný počet bodů: Hlavní roli mají ionty Na+, K+, Cl- a intracelulární fixní anionty bílkovin. Klidový potenciál je asi -90mV. Příčiny vzniku: A) Elektrogenní Na/K pumpa čerpá 2 K+ dovnitř buňky a 3 Na+ ven. B) Propustnost membrány - Sodíková propustnost je nízká, zavřené kanály nedovolují Na+ vracet se do buňky. Elektrická i koncentrační síla působí vysokou hnací sílu sodíku. Draslíková propustnost je vysoká, jeho elektrická a protichůdná koncentrační síla se vyrovnávají - je blízko svému rovnovážnému potenciálu.
2. Popište děje při přenosu vzruchu mezi dvěma neurony přes synaptické spojení.
Příklad správné odpovědi na plný počet bodů: AP dorazí na synaptický knoflík. Depolarizace způsobí otevření napěťově vrátkovaných Ca kanálů. Nárůst intracelulárního Ca2+ vyvolá přesun a exocytózu vezikul s mediátorem do štěrbiny synapse. Mediátor se naváže na receptory postsynaptické membrány. Zde se otevřou kationtové kanály (přímo nebo přes kaskádu G-protein - adenylát cykláza - cAMP). Vzniklá depolarizace zvyšuje pravděpodobnost vzniku nového AP na iniciálním segmentu. Mediátor je ze štěrbiny odstraněn enzymaticky nebo endocytózou.
3. Jaké jsou možné adaptační strategie živočichů na změnu vnějších podmínek? Charakterizujte je.
Příklad správné odpovědi na plný počet bodů: A) Uteč. Např. migrace, diapauza, encystace. Zejména malé organizmy (relativně velký povrch) směkkým tělem nemající izolační nebo regulační mechanizmy nemohou aktivně žít v nevhodném prostředí. B) Akceptuj. Zejména středně velcí s exoskeletem nemohou příliš regulovat vnitřní prostředí, ale mohou přežívat mimo optimum. C) Vyreguluj. Velcí živočichové mohou udržet konstantní optimální vnitřní prostředí.
4. Které hormony mohou ovlivňovat energetický metabolizmus. Jmenujte hlavní z nich, zmiňte místo sekrece a způsob působení.
Příklad správné odpovědi na plný počet bodů: A) Trijodtyronin a Tyroxin ze štítné žlázy zvyšují oxidační děje v mitochodriích a tak i metabolizmus, proteosyntézu, zrání, růst. B) Somatotropin (růstový h.) z adenohypofýzy zvyšuje využívání lipidů a růst. C) Somatostatin z D buněk pankreasu snižuje využívání živin (tlumí sekreci inzulínu a glukagonu, resorpci ve střevě). D) Katecholaminy ze dřeně nadledvin mobilizují energetické rezervy, zvyšují svalový výkon. Podobně E) kortizol z kůry nadledvin.