Obecná fyziologie smyslů Receptorové buňky jsou brány, kterými vstupují signály do NS Exteroreceptory x interoreceptory Buněčné „oči“ a „uši“ Motorický NS Vegetativní NS Hormonální S Kůra telencefala Vnější podněty: zvuky, vůně… Vnitřní podněty: hladina Glc, apoptotický signál, tah v membráně… VĚDOMÍ PODVĚDOMÍ Reflexní, automatické řízení Buněčná recepce a komunikace Motorický NS Vegetativní NS Hormonální S Kůra telencefala Vnější podněty: zvuky, vůně… Vnitřní podněty: hladina Glc, apoptotický signál, tah v membráně… VĚDOMÍ PODVĚDOMÍ Reflexní, automatické řízení Buněčná recepce a komunikace Klasické smysly propojené s kůrou, mechanismy ale stejné ➢ Nervový systém vsadil na elektricky předávané informace. ➢ Kanály jsou odpovědné za regulaci membránového napětí a tedy klíčové pro vznik a přenášení nervových signálů. ➢ Nervový systém tedy „vidí“ jen to, co změní kanálovou propustnost. Kanály v molekulární fyziologii smyslů Transdukce Transformace Receptorová buňka převádí energii podnětu na změnu iontové propustnosti. Receptorová buňka převádí energii podnětu na změnu iontové propustnosti podobně jako se tvoří potenciál na postsynaptické membráně. Vlastnosti membrány a cesta signálu ke kanálu jsou klíčem pro transdukci. Intenzita podnětu a intenzita odpovědi. Logaritmická závislost je dobrý kompromis mezi potřebou citlivosti a rozsahem. Trvání podnětu a trvání odpovědi. Většina exteroreceptorů se v různé míře adaptuje. Laterální inhibice: vyšší rozlišovací schopnost zesílení kontrastů Smyslové dráhy ▪ Paralelní dráhy (co vidím se zpracovává odděleně od kde) ▪ Specializace analyzátorů smyslové dráhy (od jednoduchých rysů po komplexní) ▪ Úloha mozku integrovat do celku a interpretovat (zkušenost) Chuť Stavba papil a receptorových buněk. Různě složité transdukční cesty 5 základních chutí. Různě složité transdukční cesty 5 základních chutí. Čich Specifita srovnatelná s imunitní Cis/trans rozlišení Specializace receptorů Kombinace cca 350 receptorů člověka 3.000-100.000 vůní (?) Ale: 21 MARCH 2014 VOL 343 SCIENCE 1012 – až trilion vůní ! Čichový lalok koncového mozku je u člověka pod čelním lalokem, ale u žáby nebo aligátora tvoří základ telencefala V čichovém laloku jsou shluky neuronů – glomeruly reagující vždy na jednu vůni. Mapa vůní – vzorec aktivovaných glomerulů Konvergence neprostorového parametru na prostorový Laterální inhibice tedy pomáhá rozlišit i různé vůně! Drosophila savec Mechanorecepce Bolest, dotek, Propriorecepce, Zvuk, gravitace, Pohyb, Vlhkost ? Magnetické pole? Jednotné molekulární schéma Mechanorecepce Bolest, dotek, Propriorecepce, Zvuk, gravitace, Pohyb, Vlhkost ? Magnetické pole? Jednotné molekulární schéma Kožní citlivost - hmat Kožní citlivost - hmat Smysl pro rovnováhu – Statocysta nebo kanálek Vlásková buňka obratlovců – specialista na jemný pohyb Vlásková buňka – specialista na jemný pohyb Proudový smysl Kanálek přepažený kupulou s receptory Ryba animace Proudový smysl Kanálek přepažený kupulou s receptory Ryba animace Evoluce smyslových polí tvořených vláskovými buňkami. Vestibulární aparát a sluchový orgán 3 polokruhové chodby zakončené ampulami hlásí rotační zrychlení https://veteriankey.com/vestibular-system/ „Statocysty“ Utriculus a Sacculus hlásí lineární zrychlení a směr gravitace http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/vestibular.html Sluchový orgán Cortiho orgán: 25.000 vláskových buněk ve dvou řadách Sluchový aparát savců Sluchový aparát savců Vnitřní ucho Animace ear. http://highered.mcgraw- hill.com/olc/dl/120108/bio _e.swf Zvukové vlny způsobí posuny tektoriální a basilární membrány a tím i ohýbání vlásků. Tektorální membrána - animace Bach v kochlei http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/soundtransduction.html Výška tónu se promítá do prostorově lokalizovaného maxima. Vyostření maxima – laterální inhibice Vyostření maxima – laterální inhibice Fotorecepce Inverzní oko Světlo musí projít přepojovacími dráhami než dorazí k recepční membráně RGB čípky, ale jen RG ve fovei. Tyčinky jsou velmi štíhlé 2-5um, čípky v periferii 5-8 mm, ve fovei ale pouze 1,5 um. Fotosensitivní buňky a navazující neurony Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu Animace rhodopsin. Cis trans animace Fotorepce a chemorecepce – podobný princip Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu Zpracování začíná už v sítnici. Laterální inhibice První analýza kontrastů Modifikovatelná konvergence Laterální inhibice: Na sekundárních neuronech je zesílen kontrast. Změna velikosti a struktury receptivního pole. Bipolární buňky jsou první rysové analyzátory Laterální inhibice: Na sekundárních neuronech je zesílen kontrast. Změna velikosti a struktury receptivního pole. Bipolární buňky jsou první rysové analyzátory Laterální inhibice: Na sekundárních neuronech je zesílen kontrast. Změna velikosti a struktury receptivního pole. Bipolární buňky jsou první rysové analyzátory Ve zrakové dráze jsou gangliové buňky, které jsou naladěny na určitý jednoduchý obrazec – koncentrickou kruhovou plošku. Ta má buď světlý nebo tmavý střed. Jsou to první rysové analyzátory. Z těchto nejjednodušších rysů se postupně ve zrakové dráze skládají složitější tvary a na každý existuje specializovaný neuron rozeznávající svůj obrazec. http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/receptivefields.html Ve zrakové dráze jsou gangliové buňky, které jsou naladěny na určitý jednoduchý obrazec – koncentrickou kruhovou plošku. Ta má buď světlý nebo tmavý střed. Jsou to první rysové analyzátory. Z těchto nejjednodušších rysů se postupně ve zrakové dráze skládají složitější tvary a na každý existuje specializovaný neuron rozeznávající svůj obrazec. http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/receptivefields.html „Grandmother’s cells“ Na tvář selektivní buňky Barevné vidění založeno na různě absorbujících pigmentech. Trichromatické kódování, Young-Helmhotz Oponentní kódování, Hering R,G,B a Bl,Wh se konvertuje na R/G, B/Y a Bl/Wh Prostorové vidění (co je blíže a co dál) založeno na schopnosti měřit odlišnosti v zobrazení pravé a levé sítnice. Další metody konstrukce prostoru. Zraková dráha Z primární zrakové kůry dvě cesty: Kde dráha a Co dráha Biologické rytmy Rytmické děje jsou přirozenou součástí funkce organizmu. Bez vnějších korelátů: nervové vzruchy, srdeční rytmus, dechový rytmus... Rytmické děje jsou přirozenou součástí funkce organizmu. Předpovídají pravidelné změny bez ohledu na přechodné výkyvy denní nebo sezónní. 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. Rytmicita s vazbou na prostředí Cirkadiánní = asi 24 hod perioda S vnějšími koreláty: Synchronizátory (Zeitgebery): Silné, slabé 24 hodinové, lunární, anuální Bez synchronizace se vnitřní rytmus rozejde s vnějším. Jak se měří? Běhací kolo (mlýnek) Suprachiasmatické jádro a řízení motorické aktivity. Po vyřazení SCN se rytmus rozpadá Molekulární hodiny a zpětnovazebná smyčka synchronizovaná světlem. „Zeitgeber“ – synchronizátor, fotosensitivní element T. Merbitz-Zahradnik, E. Wolf / FEBS Letters 589 (2015) 1516–1529 Centrální a periferní oscilátory Circ. hodiny jsou v různých orgánech odpovědných za řízení metabolismu a pohybu. Master clock v SCN je synchronizuje. SCN a pineální orgán citlivé na světlo. Význam hodin pro orientaci v prostoru Orientovat se podle Slunce, znamená znát přesný čas. Solární kompas využívali mořeplavci a využívají živočichové Chronopatologie Pracovní výkon, učení soustředění, ale i účinnost léků závislá na denní době. Při konfliktu hodin nebezpečí poruch spánku (jet lag), příjmu potravy (obezita, diabetes, metabolický syndrom), psychiky (deprese), onkologických a kardiovaskulárních poruch… Chronopatologie Pracovní výkon, učení soustředění, ale i účinnost léků závislá na denní době. Při konfliktu hodin nebezpečí poruch spánku (jet lag), příjmu potravy (obezita, diabetes, metabolický syndrom), psychiky (deprese), onkologických a kardiovaskulárních poruch… Příklady testovacích otázek ke zkoušce z Fyziologie živočichů http://www.sci.muni.cz/ksfz/texty/fyztest.htm Základní studijní literatura: skripta Srovnávací fyziologie živočichů 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) s měkkým 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.