transdução sensorial aula 01- Olho e Orelha

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Aula 05:
Transdução sensorial
PARTE I
Dr. Edmar Costa (etcosta@ufpa.br)
LaNEx - HUJBB
PCI SISTEMA NERVOSO E LOCOMOTOR
1
Transdução sensorial
RECEPTORES SENSORIAIS convertem ENERGIA AMBIENTAL em SINAIS NEURAIS
 Sensação
 Receptores sensoriais e a interface com o mundo
 Variedade de sentidos ou modalidades sensoriais (sintonizados para tipos particulares de energia ambiental): visão, audição, tato, olfato, paladar, dor, equilíbrio, posição do corpo e movimento.
 Além desses: sistemas sensoriais que monitoram o milieu interno.
Transdução sensorial
Transdução sensorial usa adaptações de mecanismos comuns de sinalização molecular:
 Conservação dos mecanismos moleculares de transdução (Evolution is a conservative enterprise).
 Receptores acoplados a proteínas-G e segundos mensageiros
 Mecanorreceptores utilizam canais iônicos modificados.
 Especificidade pode ser obtida com uso de estruturas celulares especializadas. (Receptores podem ser células epiteliais modificadas; alguns utilizam cílios, outros utilizam músculos ou fibras de colágeno. Muitos são neurônios, enquanto outros são neurônios que “perdem” seus axônios para se comunicar com o SNC. 
	Consciência	Subconsciência
	Sentidos Especiais	Estímulos somáticos
	Visão	Extensão e tensão muscular
	Audição	Estímulos viscerais
	Gustação	Pressão arterial
	Olfação	pH e oxigênio do sangue
	Equilíbrio	pH do LCR
	Sentidos somáticos	Enchimento dos pulmões
	Pressão ao toque	Osmolaridade
	Temperatura	Temperatura
	Dor	Glicose no sangue
	Propriocepção	Distensão do TGI
Processamento da informação pela divisão sensitiva do SN:
Transdução sensorial
	Tipo de receptor	Estímulo
	Quimiorreceptores	Oxigênio, pH, moléculas orgânicas (e.g., glicose)
	Mecanorreceptores	Pressão (barorreceptores), estiramento celular (osmorreceptores), vibração, som 
	Fotorreceptores	Fótons de luz
	Termorreceptores	Graus variados de calor
	Nociceptores	Dano tecidual (dor)
Tipos de receptores sensitivos:
Transdução sensorial
Transdução sensorial
Transdução sensorial requer detecção e amplificação, geralmente seguidos por um Potencial Receptor Local
 Passos comuns na transdução:
 detecção da energia do estímulo, com seletividade e velocidade. 
 transdução também precisa ocorrer com um ou mais passos de amplificação – detecção de pequenos estímulos. 
 Alteração na estrutura de canais iônicos, que levam a alterações no Vm  um POTENCIAL DO RECEPTOR (mesmas características das respostas locais ou eletrotônicas).
 PR pode modular outros canais ou disparar potenciais de ação na mesma célula.
 PR determinam a taxa e o padrão de disparo dos PAs em um neurônio sensorial. 
Transdução sensorial induz um POTENCIAL RECEPTOR no terminal periférico de um neurônio sensorial aferente primário. 
Um POTENCIAL RECEPTOR é, em geral, um evento despolarizante que resulta de influxo de corrente iônica, e isto pode trazer o opotencial de membrana do receptor sensorial em direção ou além do limiar necessário para gerar o impulso nervoso. 
Transdução sensorial
Transdução sensorial
RECEPTORES SENSORIAIS SOMÁTICOS, PROPRIOCEPÇÃO E DOR
 Sensação somática ou somestesia (soma = “corpo" em Grego): receptores distribuídos na pele, tecido subcutâneo, músculo esquelético, ossos e articulações, principais órgãos internos, epitélio e sistema cardiovascular. 
Transdução sensorial
RECEPTORES SENSORIAIS SOMÁTICOS, PROPRIOCEPÇÃO E DOR
 Uma variedade de terminações sensoriais na pele estímulos mecânicos, Térmicos e químicos
 Variam desde simples terminações nervosas livres até combinações complexas de nervos, músculos, tecido conectivo e células de suporte. 
 Nos outros sistemas sensoriais, como iremos ver, existe apenas um tipo de receptor sensorial ou um conjunto de subtipos similares. 
RECEPTORES SENSORIAIS SOMÁTICOS, PROPRIOCEPÇÃO E DOR
 Mecanorreceptores: sensíveis à distorção fisica (inclinação ou estiramento). 
 monitoram: contato físico com a pele, pressão sanguínea, estiramento do intestino e da vesícula, e pressão nos dentes. 
 sítio de transdução: uma ou mais ramificações axonais não-mielínicas. 
 Termorreceptores: respondem melhor a mudanças em temperatura.
 Quimiorreceptores: sensíveis a vários tipos de alterações químicas. 
Exemplo: Mecanorreceptores da pele
Transdução Sensorial na Periferia:
Princípios de fisiologia sensorial
 NO TUTORIAL A SEGUIR:
 Transdução sensorial no corpúsculo de Pacini.
 O conceito de adaptação do receptor: adaptação rápida e adaptação lenta
 Discriminação entre dois pontos
Tutorial 1: sensação tátil
 Mecanorreceptores na pele – sensiblidade a VIBRAÇÃO e PRESSÃO
 Pele: além de proteção também porporciona nosso contato mais direto com o mundo. 
 2 principais tipos de pele: Glabra – palmas e solas, coxins – e Com pêlos – maior parte.
 Epiderme + Derme + Receptores sensoriais.
 Receptores sensoriais sensíveis a diversos tipos de estímulos e respondem à vibração, pressão, picada, carícia, ou quando os pêlos são tocados. 
 Apesar de serem energias distintas, podemos facilmente senti-las e diferenciá-las todas.
 Sensibilidade extrema: ponta dos dedos (ponto com 0,006 mm altura x 0,04 mm extensão) – Um ponto Braille é 167 vezes maior! 
Mecanorreceptores
Mecanorreceptores
 Mecanorreceptores na pele – Corpúsculo de Pacini
 Receptor + estudado: 2 mm extensão x quase 1 mm em diâmetro
 tecido subcutâneo (2 tipos de pele) 
 cápsula ovóide com 20-70 camadas concêntricas de tecido conectivo com um terminal nervoso no meio
 cápsula x adaptação rápida
 cápsula  especializa o corpúsculo na detecção de sensação de vibração e torna-o quase não resonsivo à pressão constante.
 C. de Pacini é mais sensível a vibrações de 200 a 300 Hz, e seu limiar aumenta dramaticamente abaixo dos 50 Hz e acima de 500 Hz. 
Mecanorreceptores
Mecanorreceptores
Propriedades do C. de Pacini
 Mecanorreceptores na pele – Outros mecanorreceptores
 Corpúsculo de Meissner: sulcos de pele glabra – 1/10 do tamanho dos c. de Pacini.
 adaptação rápida (menos do que CP). 
 Corpúsculo de Ruffini: versão “mini” dos CP's, tecido subcutâneo de ambos os tipos de pele.
 vibração em "flutter”. 
 adaptação lenta  respondem melhor a baxas frequências.
 Discos de Merkel: células epiteliais que fazem sinapse em um terminal nervoso, na borda derme/epiderme de pele glabra.
 adaptação lenta. 
 Terminais de Krause (bulbos terminais em forma de nó). Inervm a borda de pele seca e membranas mucosas (e.g., ao redor dos lábios e genitália externa) – provavelmente de adaptação rápida.
Mecanorreceptores
Mecanorreceptores
 Variação em tamanho dos campos receptivos: discriminação tátil e resolução espacial:
 C. de Pacini: campos receptivos extremamente grandes
 C. de Meissner e Discos de Merkel: campos receptivos muito pequenos
 Medida da resolução espacial: limiar de discriminação entre dois pontos.
Mecanorreceptores
 Campos Receptivos e discriminação espacial
Mecanorreceptores
 Discriminação entre 2-pontos através da pele
Mecanorreceptores
 Determinantes para discriminação espacial:
 Tamanho dos CRs
 Densidade de inervação periférica
Mecanorreceptores
Anatomia das vias sensoriais ascendentes: TATO / PRESSÃO / PROPRIOCEPÇÃO.
(A) Sistema coluna dorsal lemnisco medial:
Aferentes (1a. ordem) de grande diâmetro (Aα – Aβ) na medula espinhal  sinapse nos núcleos (grácil e cuneiforme) da coluna dorsal  decussação  sinapse (2a. ordem) no núcleo VPL do tálamo  axônios talamocorticais via lemnisco medial  área SI no córtex cerebral. 
 Termorreceptores distintos detectam calor e frio
 Sensibilidade a temperatura: neurônios do SNC de mamíferos especialmente vulneráveis a mudanças na temperatura. 
 Temperatura da pele pode variar de 20°C a 40°C sem desconforto ou dano, mas a temperatura do encéfalo precisa estar ~ 37°C a fim de evitar disfunção. 
 Termorreceptores: neurônios extremamente sensíves a temperatura (variações de até 0.01°C na T média na pele).
 RESPOSTAS TÔNICAS 
 Receptores de calor: disparam desde ~ 30°C e aumentam a taxa dedisparo até ~44°C a 46°C, além do que esta taxa cai e começa a sensação de dor (terminações nociceptivas). 
 Receptores de frio: sem disparo a temperatura de ~40°C; aumentam a taxa de disparo com T de 24°C a 28°C. Reduções adicionais na T causam diminuição da taxa de descarga até que a temperatura cai ara ~ 10°C, abaixo do qu os disparos cessam e o frio se torna um anestésico local muito efetivo.
Termorreceptores
 Termorreceptores distintos detectam calor e frio
RESPOSTAS FÁSICAS DE RECEPTORES DE FRIO: permite a detecção de mudanças na temperatura. 
 Queda súbita de 20.5°C a 15.2°C (pontos à esq do pico na figura A): aumento transitório na taxa de disparo (i.e., resposta “fásica”)  o novo nível constante de disparo é menor (par de pontos à “esquerda" na Fig A). 
 “shift” de 35°C a 31.5°C (pontos à direita do pico na Fig. A), a taxa de disparo aumenta transitoriamente, e o novo nível constante é mior (par de ponto à direita na Fig. A). 
Termorreceptores
Temperature sensitivity of cutaneous thermoreceptors. A, The orange curve represents the mean, steady firing rate of neurons from warmth receptors as a function of temperature. The blue curve represents the mean, steady firing rate of neurons from cold receptors. B, These two experiments on cold receptors show the effects of two cooling steps of nearly identical magnitude starting from different temperatures (20.5°C and 35°C). In both instances, the transient ("phasic") responses are the same: an increase in the firing rate. When the starting temperature is 20.5°C (to the left of the peak of the blue curve in A), the final firing rate is less than the initial one. However, when the initial temperature is 35°C (to the right of the peak of the blue curve in A), the final rate is greater than the initial one. (Data from Somjen GG: Sensory Coding in the Mammalian Nervous System. New York, Appleton-Century-Crofts, 1972.)
Termorreceptores
 Termorreceptores distintos detectam calor e frio
 Mapa corporal de sensibilidade à temperatura: 
 Pontos (~ 1mm) especialmente sensiveis à sonda quente ou fria, não a ambos.
 Além disso, algumas áreas intermediárias são relativamente insensíveis. 
 A dissociação espacial de mapas de frio e de calor mostra que são submodalidades diferentes, com receptores distintos.
 Em sua maioria: terminações nervosas livres, axônios finos (fibras C ou Aδ).
 Neurônios termossensíveis tb formam grupos no hipotálamo e na medula espinhal  regulação das respostas fisiológicas que mantêm a temperatura corporal estável.
Termorreceptores
 Nociceptores: terminações nervosas que transduzem estímulos dolorosos
 Estímulos informativos x destrutivos: intensidade. 
 Nociceptores (nocere = doer; recipere = receber) variam em sua seletividade: 
 Mecânicos: forte pressão, em particular de objetos finos.
 Térmicos: queimação (T acima de 45°C, tecido começa a ser destruído) ou frio nocivo. 
 Químicos: inúmeros agentes (K+, extremos de pH, substâncias neuroativas endógenas – histamina e bradicinina – e do meio ambiente.
 Polimodais: terminações nervosas sensíveis a combinações de estímulos. 
 Axônios nociceptivos: Fibras Aδ (dor rápida/primária) e C (dor lenta/secundária).
Nociceptores
Anatomia das vias sensoriais ascendentes: DOR.
(A) Tracto espinotalâmico:
Aferentes (1a. ordem) de pequeno diâmetro diâmetro (A - C) fazem sinapses na medula espinhal  decussação dos axônios (2a. ordem)  sinapses no núcleo VPL (e outros núcleos) do tálamo  axônios talamocorticais via lemnisco medial  área SI no córtex cerebral + colaterais para a formação reticular (ponte) e bulbo. 
Alguns tipos de dor…
DOR NOCICEPTIVA
DOR INFLAMATÓRIA
DOR NEUROPÁTICA
Estímulos nocivos  canais iônicos sensíveis a calor, estímulo mecânico, prótons e frio ou receptores específicos  transdução  atividade elétrica em terminais periféricos de fibras amielínicas tipo C ou mielínicas tipo Ad. 
Esta atividade é conduzida à medula e, após passar por vias centrais, ao córtex, onde é gerada a sensação de dor. 
Scholz and Woolf. (2002) Can we conquer pain? Nature Neuroscience, 5:1062-1067
DOR NOCICEPTIVA
Dor primária
Sensação aguda, localizada em uma parte bem definida da superfície do corpo
Nociceptores de elevado limiar
Dor secundária (Visceral)
Estimulação de receptores teciduais
Dor lenta, pobremente localizada, persistente, algumas vezes referida a à superfície corporal
Receptores polimodais
 Modulação das sensações de dor: 
a) hiperalgesia – limiar reduzido para dor, intensidade aumentada do estímlo doloroso, ou dor espontânea. 
	- Primária – dentro da área do tecido lesado. Cerca de 20’ após a lesão, ocorre sensibildade do tecido vizinho  hiperalgesia secundára. 
Envolve mecanismos:
	a) periféricos: 
	- liberação de substâncias químicas (bradicinina, serotonina, substância P, K+, H+, etc)  inflamação  edema  vermelhidão. 
	- Mastócitos  histamina  nociceptores
	- Ramificações de nociceptores  liberação de substâncias sensibilizantes (redução de limiar). 
DOR INFLAMATÓRIA
Tecido lesado, células de inflamação e de tumor  mediadores químicos (“sopa de inflamação)  ativam ou modificam as propriedades de resposta de nociceptores aferentes (ativação direta ou sensibilização  fácil ativação da via dolorosa até que o tecido sare.
DOR INFLAMATÓRIA
Scholz and Woolf. (2002) Can we conquer pain? Nature Neuroscience, 5:1062-1067
Plasticidade sem valor adaptativo representa dor exagerada sem papel reparativo ou protetor. 
A dor se torna a patologia (lesão ou disfunção do SNC ou SNP).
DOR NEUROPÁTICA 
(dor sem razão)
Sensibilização e Modulação
Regulação da expressão e função do nociceptor é modificada em resposta a lesão tecidual, inflamação ou lesão no sistema nervoso.
Alterados o limiar, a excitabilidade, as propriedades de transmissão e os níveis de expressão, contribuindo para a hipersensibilidade a dor e para a dor espontânea.
Dor Nociceptiva — Alto limiar
Dor nociceptiva é produzida sob condições fisiológicas apenas por estímulos nocivos agindo em nociceptores de alto limiar.
Scholz and Woolf. (2002) Can we conquer pain? Nature Neuroscience, 5:1062-1067
Sensibilização periférica (hiperalgesia)
Sopa inflamatória = bradicinina ou prostaglandinas
Receptores acoplados a proteína-G  ativação de PKA e PKC  fosforilação de canais iônicos e recetores = LIMIAR DE ATIVACÃO DE RECEPTORES É REDUZIDO (e.g., TRPV1)  AUMENTO DA EXCITABILIDADE DAS MEMBRANAS PERIFÉRICAS 
Sensibilidade aumentada = ‘SENSIBILIZAÇÃO PERIFÉRICA'.
Scholz and Woolf. (2002) Can we conquer pain? Nature Neuroscience, 5:1062-1067
Atividade ectópica após lesão
Após lesão ao nociceptor  aumentos na transcrição de Canais de Na+ + redução na densidade de canais de K+  aumento na excitabilidade da membrana  potenciais de ação gerados espontaneamente (ATIVIDADE ECTÓPICA).
Scholz and Woolf. (2002) Can we conquer pain? Nature Neuroscience, 5:1062-1067
A dor é percebida em um local distante da fonte. Dano visceral
Dor referida
Dor referida
Dor Fantasma
A REGULAÇÃO DA DOR
1. REGULAÇÃO AFERENTE
A DOR NOCICEPTIVA pode ser DIMINUÍDA pela atividade simultânea de mecanorreceptores de baixo limiar (Fibras Aβ). 
Lembram como pode ser relaxante a massagem na “canela” depois de uma contusão?
A REGULAÇÃO DA DOR
2. REGULAÇÃO DESCENDENTE
Regiões encefálicas envolvidas na supressão da dor;
Ex: PAG – substância cinzenta periaquedutal
PAG  Núcleos da rafe (5-HT)  cornos dorsais da medula  deprimem a atividade nociceptiva.
Descending control of pain. Serotoninergic axons arise from neurons in the nucleus raphe magnus and adrenergic axons from neurons in the lateral tegmental nucleus. Neurons in each nucleus are innervated by neurons of the periaqueductal gray area and both form excitatory synapses onto spinal interneurons (E). Those interneurons use opiate-like peptides (enkephalins) as neurotransmitters; release of enkephalins inhibits both the incoming nociceptive axons and the spinothalamic neurons (S) on which they synapse.A REGULAÇÃO DA DOR
3. OPIÓIDES ENDÓGENOS
Ópio – planta da alegria
Ópio e seus ingredientes narcóticos ativos e análogos (morfina, codeína, heroína) amplamente usados e abusados
Opióides – intensa analgesia sistêmica
Receptores próprios
Opióides endógenos - endorfinas
Outros métodos para controle da dor
Redução de Stress
Terapias de Relaxamento
Distrações
Aplicações de calor e frio
Massagem
Exercício
Hipnose
Acupunctura
TRANSDUÇÃO VISUAL
 Animais e os diversos mecanismos para transduzir e detectar a luz. 
 Informação visual útil na relação com o ambiente.
 Olho de vertebrado: uma parte óptica, que recebe e foca a luz para formar a imagem, e uma parte neural (retina) que converte a imagem óptica em um código neural. 
 Componentes ópticos do olho:
TRANSDUÇÃO VISUAL
TRANSDUÇÃO VISUAL: RETINA
 A RETINA como como uma porção deslocada do SNC:
 ∼200 μm espessura, a 3a. e mais profunda camada doolho, contém os fotorreceptores. 
 Fotorreceptores: capturam fótons, convertem a energia luminosa em energia química livre e, por fim, geram um sinal sináptico para outros neurônios na retina. 
 É histologicamente e embriologicamente uma parte do SNC. 
TRANSDUÇÃO VISUAL: RETINA
 Organização laminar da RETINA:
 Tipos celulares em estrutura laminar
 Organização invertida: fotorreceptores dos olhos de vertebrados na superfície mais externa da retina;
 Qual a vantaghem evolutiva?
TRANSDUÇÃO VISUAL: RETINA
 Organização laminar da RETINA:
 Em cada olho: ~100 × 106 fotorreceptors : 1 × 106 células ganglionares  alto grau de convergência. 
 Interneurônios: células bipolares (fluxo radial), horizontais e amácrinas (fluxo horizontal). 
 Glia de Muller: suporte, nutrição e defesa dos neurônios da retina
 Retina delgada  consequência biofísica  eficácia dos potenciais sinápticos (espalhamento eletrotônico). Exceção: células ganglionares. 
TRANSDUÇÃO VISUAL: RETINA
 Os 2 Tipos de Fotorreceptores: Cones e Bastonetes:
 1 tipo de bastonete (inglês = rod) (visão escotópica) : 3 tipos de cones (visão fotópica); [Bastonetes : Cones = pelo menos 16:1]. 
 Fóvea (300 - 700 μm d) - 1 a 2,3 graus de ângulo visual, que coleta luz do centro do ponto de fixação  maior acuidade visual da retina. 
 Adaptações da fóvea: a) Neurônios da camada interna deslocadas lateralmente; b) taxa de fotorreceptores : células ganglionares cai dramaticamente (campo receptivo de célula ganglionar foveal muito pequeno. 
 Na periferia: taxa de receptores : células ganglionares é alta (campo receptivo de células ganglionares são grandes)  redução na resolução espacial da periferia mas aumenta a sensibilidade (mais fotorreceptores coletam luz para uma célula ganglionar). 
 Distribuição heterogênea de fotorreceptores: fóvea x periferia
TRANSDUÇÃO VISUAL: RETINA
 Os 2 Tipos de Fotorreceptores: Cones e Bastonetes:
 Morfologia geral: terminais sinápticos  segmento interno  segmento externo. 
 Segmento interno: núcleo – maquinaria metabólica – síntese de fotopigmentos - mitocôndrias. Afunila fótons para o segmento externo.
 Segmento externo: sítio de transdução. Bastonetes  ~1000 discos membranosos empilhados como organelas intracelulares. Cones  memranas empilhadas como dobras da membrana externa. 
 Discos membranosos contêm os fotopigmentos.
TRANSDUÇÃO VISUAL: Fotorreceptores
TRANSDUÇÃO VISUAL: Fotorreceptores
 BASTONETES:  sensibilidade à luz (visão escotópica). Captam mais luz, mas não respondem bem a estímulos em movimento (tempo de resposta lento). 
 CONES:  sensibilidade à luz (visão fotópica), tempo de resposta rápido (capazes de detectar estímulos em movimento). São capazes de detectar cores – três classes de cones expressam três diferentes fotopigmentos. Mais concentrados na fóvea.
 Fotorreceptores hiperpolarizam em resposta a luz
 Hecht et al., 1942: 5-7 fótons agindo em um único bastonete são suficientes para evocar sensação de luz em humanos. 
 Fototransdução: cascata de eventos químicos e elétricos que detectam, amplificam e sinalizam uma resposta à luz. 
 Potencial receptor hiperpolarizante. Baixas intensidades: a amplitude do potencial receptor varia linearmente com a intensidade da luz; Em elevadas intensidades, a resposta satura.
 No escuro: correntes para dentro no segmento externo (Na+/Ca++) e para fora no segmento interno (K+)  Vm = -40 mV.
 Absorção de fóton: fechamento de canais de cátions não seletivos no segmento externo, canais de K+ continuam abertosno segmento interno  hiperpolarização. 
 Número de canais fechados depende do número de fótons absorvido. Bastonetes: 1 – 1000 fótons, mas saturam; Cones são menos sensíveis, mas são mais rápidos e não saturam. 
TRANSDUÇÃO VISUAL: Fotorreceptores
TRANSDUÇÃO VISUAL: Fotorreceptores
TRANSDUÇÃO VISUAL: Fotorreceptores
 No ESCURO, o Vm do bastonete é relativamente despolarizado. 
 A luz causa hiperpolarização quando reduz a gNa+; 
 A corrente de Na+ ocorre através de um canal de cátion dependente de GMPc. 
 Fotorreceptores hiperpolarizam em resposta a luz
 Baylor & col., 1979: mínima quantidade de luz a produzir mudança na corrente do receptor. 
 Absorção de 1 fóton = supressão de corrente grande (> 106 íons Na+ = ~3% da corrente de escuro). 
TRANSDUÇÃO VISUAL: Fotorreceptores
 Rodopsina é um “receptor” para luz acoplado a proteína-G
 Como um único fóton é capaz de parar o fluxo de 1 milhão de íons Na+ na membrana de um bastonete? 
 Abvsorção de fóton pela Rodopsina (30.000 moléculas/µm2 - 1 molécula:60 moléculas de lipídios – 109 moléculas em um bastonete).
 Taxa de captura de fótons otimizada – ainda assim só ~10% da luz é absorvida pelos receptores (e o resto?). 
 Rodopsina: retinal (aldeído da vitamina A, ∼500 Da) + proteína opsina (polipeptídeo ∼41 kDa, com 7 DTM).
 Fóton absorvido por 11-cis retinal  isomerização (1 ps) all-trans retinal  mudanças conformacionais na rodopsina  meta-rodopsina II  ativação da Transducina  redução na condutância do Na+;
 All-trans retinal e opsina se separam (“bleaching”); all-trans retinal convertido a retinol (vitamina A), que é translocada ara o epitélio pigmentado e se torna 11-cis retinal  retorno ao segmento externo onde se recombina com a opsina (alguns minutos). 
TRANSDUÇÃO VISUAL: Fotorreceptores
TRANSDUÇÃO VISUAL: Fotorreceptores
PASSO 1: 
 A luz ativa pigmentos visuais nos fotorreceptores
TRANSDUÇÃO VISUAL: Fotorreceptores
PASSO 2: No escuro os níveis de GMPc são elevados
 Canais de cátions dependentes de GMPc estão abertos
 Luz ativa rodopsina; a cascata resultante ativa a PDE
 Redução dos níveis de GMPc e fechamento dos canais de sódio
PASSO 3: A redução na [GMPc]i é o fechamento de canais de sódio ativados por GMPc promovem hiperpolarização do fotorreceptor.
A. No escuro: Íons Na+ fluem através de canais ativados por GMPc; íons K+ fluem através de canais de K+. Transporte ativo (Na+/K+) mantém as concentrações destes íons em níveis constantes.
C. No repouso, quando ocorre influxo de Na+, o Vm é cerca de – 40 mV. Estímulo luminoso reduz este influxo e a célula torna-se hiperpolarizada (~ -70 mV).
 Rodopsina é um “receptor” para luz acoplado a proteína-G
 Transducina  alfa-GTP  PDE  cGMP to 5‘-GMP.
 Fesenko et al.,1985: primeira descrição de canais de cátion dependentes de cGMP. 
 Grande amplificação: absorção de 1 fóton ativa 1 molécula de metarrodopsina  700 moléculas de transducina em ~100 ms  ativação da PDE  hidrólise de cGMP aumenta ~100X  1 fóton leva a hidrólise de ~1400 moléculas de cGMP  [cGMP]i reduzida em ~8%  fecha ~230 dos 11.000 canais de Na+  corrente de escuro cai ~2-3%. 
TRANSDUÇÃO VISUAL: Fotorreceptores
TRANSDUÇÃO VISUAL: Visão em cores
 Visão em cores depende das sensibilidades espectrais diferentes dos 3 tipos de cones:
1801, Thomas Young - a teoria tricromática
 Aperfeiçoada no século 19 por Hermann von Helmholtz. 
 Visão em cores está baseada em 3 fotopigmentos no olho, cada um absorvendo uma faixa de comprimentos de onda.
TRANSDUÇÃO VISUAL: Visão em coresTRANSDUÇÃO VISUAL: Visão em cores
Transdução auditiva:
 Ouvidos Externo e médio coletam e condicionam ondas de pressão do ar para transdução dentro do ouvido interno:
 O som é produzido por ondas periódicas de pressão através do ar e da água, quevariam em frequência, amplitude e direção. 
 Também podemos interpretar os rápidos e intrincados padrões temporais de frequência e amplitude sonora que constituem palavras e músicas. 
 Distinguimos a direção de um som ao longo do plano horizontal, quando o encéfalo compara sinais dos dois ouvidos.
Transdução auditiva: estrutura do sistema auditivo
 Ouvidos Externo e médio coletam e condicionam ondas de pressão do ar para transdução dentro do ouvido interno:
 Pina – tragus: coletam e focam as ondas sonoras para o canal auditivo externo. 
 Canal auditivo externo - 2.5 cm para o interior do temporal e se inclina até a membrana timpânica  vibração (“eardrum”). 
 Ouvido médio: entre a membrana do tímpano e a janela oval.
 Tubo de Eustáquio: conecta o ouvido médio à nasofaringe – equalização da pressão do ar nos lados opostos da membrana timpânica. 
 Função: transferir as vibrações da memrana do tímpano para a janela oval. 
 Impedâncias distintas entre ar e fluido. 
 Compensação: 	a) área da membrana do tímpano 20X maior do que a membrana da janela oval; b) Sistema de alavancas dos ossículos aumenta a pressão da onda.
Transdução auditiva: estrutura do sistema auditivo
 A sensibilidade a frequência das células ciliadas depende de suas posições na membrana basilar da Cóclea 
 Discriminação tonal em humanos jovens: 20 – 20.000 Hz. (Baleias e morcegos, podem ouvir sons com frequências > 100.000 Hz. 
 Ouvido interno: porção auditiva é a cóclea – tubo ~ 35 mm comprimento, espiralado (2,5 X). 
 Cóclea – milhões de partes móveis tornam-a o mais complexo aparato mecânico no corpo. 
 Inervação:	a) aferente - nervo auditivo ou coclear ramo do NC VIII  axônios auditivos primários em contato com as células ciliadas internas  corpos celulares no gânglio espiral. 
			b) eferente: axônios olivococleares do tronco (complexo olivar superior) fazem sinapses com células ciliadas externas ou, secundariamente, nos axônios aferentes que inervam as células ciliadas internas. 
Transdução auditiva: estrutura do sistema auditivo
 A sensibilidade a frequência das células ciliadas depende de suas posições na membrana basilar da Cóclea 
 Estrutura interna da cóclea: tonotopia coclear – a frequência do som determina que parte da membrana basilar vibra mais – altas frequências em uma extremidade e baixas na extremidade oposta – e assim que células ciliadas são estimuladas. 
 Cóclea: essencialmente um analisados espectral no qual um som complexo é analisado de acordo com seus componentes tonais puros, com cada tom puro estimulando uma região especifica da cóclea. 
 2 membranas dividem a cóclea em 3 compartimentos com fluido: membrana de Reissner (escala vestibular / escala média); membrana basilar – onde se situa o órgão de Corti e as células ciliadas (escala média / escala timpânica). 
 Diferentes fluidos: perilinfa (escalas vestibular e timpânica) e endolinfa (escala média). 
 Helicotrema: interconecta escalas vestibular e timânica. 
Transdução auditiva: estrutura do sistema auditivo
 A sensibilidade a frequência das células ciliadas depende de suas posições na membrana basilar da Cóclea 
 Órgão de Corti  4 fileiras de células: 1 com ~ 3.500 células ciliadas internas e 3 com ~ 20.000 células ciliadas externas + matriz de células de suporte . 
 Células ciliadas em matriz de células de suporte, com porção apical ends voltada para a endolinfa da escala média e seus cílios projetand para a membrana tectorial gelatinosa, contendo colágeno. 
 Conexão células ciliadas  axônios do nervo auditivo. Cerca de 95% dos ~ 30.000 axônios de cada nervo inervam as células ciliadas internas; Apenas alguns milhares de axônios inervam as abundantes células ciliadas externas. 
Transdução auditiva: estrutura do sistema auditivo
 Como são estimuladas as células ciliadas auditivas? 
 Movimento do estribo na janela oval  ondas de pressão no fluido coclear  escala vestibular  helicotrema  escala timpânica  janela redonda.
 Membrana basilar (e órgão de Corti) move-se para cima  estereocílios estão conectados à membrana basilar e à membrana tectorial  inclinam-se os estereocílios  Transdução! 
 Georg von Békésy - métodos ópticos e ouvidos de cadáveres  sons de uma determinada frequência geram ondas localizadas na membrana basilar. Estas ondas mudam de posição de acordo com a frequência do som. 
 Baixas frequências: amplitude máxima próximas ao ápice
 Á medida que a frequência aumenta o “envelope” de ondas muda progressivamente em direção à base da cóclea.
 2 fatores: afilamento e dureza criam um gradiente de ressonância. 
Transdução auditiva
 Inclinação dos estereocílios das células ciliadas promove abertura ou fechamento de canais de cátions:
 Células ciliadas: mecanorreceptores polarizados especializados em detectar minúsculos movimento em um eixo. 
 Feixe e cílios apicais: cinocilium (cílio verdadeiro) + 50 - 150 estereocílios (com actina ~ microvillos.
 Estereocilios: diâm. 0.2 - 0.8 μm, altura 4 - 10 μm, finamente arranjados, mais estreitos na base e inserção na membrana apical. No feixe, estão conectados uns aos outros (tip links). 
Transdução auditiva: células ciliadas
Transdução auditiva: células ciliadas
Figure 13-14 Structure of a hair cell. This is a scanning electron micrograph of bullfrog hair cells from the sensory epithelium of the saccule. (Reproduced from Corey DP, Assad JA: In Corey DP, Roper SD [eds]: Sensory Transduction. New York, Rockefeller University Press, 1992.)
 Inclinação dos estereocílios das células ciliadas promove abertura ou fechamento de canais de cáions:
 Estímulo apropriado: inclinação dos cílios em direção ao cinocílio  potencial receptor despolarizante. Ao contrário  hiperpolarização.
 Inclinação mínima (~ 0.5 nm) origina resposta detectável, e satura em menos do que 0.5 μm! 
 Células ciliadas como parte de um epitélio que separa perilinfa de endolinfa. 
 Perilinfa: banha o lado basolateral das células ciliadas, ~ FCE baixa [K+]. Vm basolateral das células ciliadas ~ -60 mV. 
 Endolinfa: banha os estereocílio. Alta [K+] (150 mM) e baixa [Na+] (1 mM). A voltagem é ~ +80 mV relativa à perilinfa.
Transdução auditiva: células ciliadas
Figure 13-15 Mechanotransduction in the hair cell. A, The hair bundle on the apical side of the cell has one large kinocilium, which is a true cilium with a 9 + 2 arrangement of microtubules, as well as 50 - 150 stereocilia, which contain actin and are similar to microvilli. Endolymph, which has a very high [K+], bathes the apical surface. Perilymph, with a much lower [K+], bathes the basolateral surface. Each cell contacts an afferent and efferent axon.
Figure 13-15 Mechanotransduction in the hair cell. B, At rest, a small amount of K+ leaks into the cells, driven by the negative membrane potential and high apical [K+]. Mechanical deformation of the hair bundle towards the kinocilium increases the opening of non-selective cation channels at the tips of the stereocilia, allowing K+ influx, depolarizing the cell, activating voltage-sensitive Ca++ channels on the basal membrane, causing release of synaptic vesicles, and stimulating the postsynaptic membrane of the accompanying sensory neuron. 
Figure 13-15 Mechanotransduction in the hair cell. C, Mechanical deformation of the hair bundle away from the kinocilium causes the non-selective cation channels to close, leading to hyperpolarization and reduced transmitter release. D, The graph shows the relative conductance of a hair cell on the y axis, and the displacement of the hair bundle on the x axis. A displacement of only 0.5 μm, roughly the diameter of a single stereocilium, nearly saturates the conductance change. (D, Data from Crawford AC, Fettiplace R: Auditory nerve responses to imposed displacements of theturtle basilar membrane. Hearing Res 12:199-208, 1983.)
 Canais mecanossensitivos são relativamente grandes, em pequeno número (~100 canais/célula) e não-seletivos. Permitem influxo de K+ e despolarização. Efluxo de K+ ocorre através de canais “normais” no lado basolateral, graças a gradiente eletroquímico favorável.
 Uma célula ciliada não é um neurônio. Membrana próxima à face pré-sináptica (i.e., basolateral) tem canais de Ca2+ dependentes de voltagem que abrem em resposta ao potencial do receptor (despolarização) dacélula ciliada. 
 Influxo de cálcio  neuroexocitose de glutamato  disparo de potenciais de ação no terminal pós-sináptico do neurônio sensorial. 
 Célula ciliada no repouso (i.e., cílios eretos): pequeno mas constante vazamento de corrente despolarizante de K+, que permite que a célula ciliada responda tanto a deflexões positivas (despolarização) como a deflexões negativas (hiperpolarização). 
Transdução auditiva: células ciliadas
 Qual o papel das células ciliadas externas?
 Diferenças entre a variação de ondas de frequência passivas (em cadáveres) e em tecido vivo.
 Elementos responsáveis pela sintonia fina, dependente de energia  “amplificador coclear."  células ciliadas externas do orgão de Corti.
 Linhas de evidência: (a) uso de altas doses de antibióticos  lesão de celulas ciliadas externas (perda de acuidade acústica); (b) células ciliadas externas respondem ao som com resposta elétrica (potencial receptor) e com mudança em sua forma (varia ~ 5% seu comprimento). 
 (1) Som vibra a membrana basilar; (2) CCE respondem ao som; (3) CCE, através de mecanismo elétrico-a-mecânico, geram força encurtando (despolarização) ou aumentando (hiperpolarização) seu soma; (4) Amplificação do movimento da membrana basilar, facilitando a estimulação local das CCI, que liberam sinal para o tronco cerebral.
 Sintonia fina tb sob controle eferente (fibras nervosas olivococleares)  ACh  CCE e axônios aferentes conectados às CCI  PIPS em CCE (mecanismo de controle do ganho no ouvido interno - proteção à hiperestimulação ou regulação de resposta em ambiente barulhento. 
Transdução auditiva: células ciliadas
Figure 13-22 Peak movement of basilar membrane. The graph illustrates the displacement of the basilar membrane-in response to a pure tone-as a function of distance along the base-to-apex axis of the basilar membrane. The blue curve represents the passive response of the basilar membrane (recorded, for example, during anoxia). The orange curve represents the actual response of the living cochlea and includes the contribution of active amplification (the cochlear amplifier) by the outer hair cells. The dotted line indicates the displacement threshold for triggering an electrical response. (Data from Ashmore JF: Mammalian hearing and the cellular mechanisms of the cochlear amplifier. In Corey DP, Roper SD [eds]: Sensory Transduction. New York, Rockefeller University Press, 1992, pp 396-412.)
	
CÉLULAS CILIADAS
	
	CHEMORECEPTION 
	Body_ID: HC013006
	Chemoreceptors Are Ubiquitous, Diverse, and Evolutionarily Ancient 
	Body_ID: HC013008
	Every cell is bathed in chemicals. Molecules can be food or poison, or they may serve as signals of communication between cells, organs, or individuals. The ability to recognize and respond to environmental chemicals can allow cells to find nutrients, avoid harm, attract a mate, navigate, or regulate a physiologic process. Chemoreception has basic and universal advantages. It is the oldest form of sensory transduction, and it exists in many forms. Chemoreception does not even require a nervous system. Single-celled organisms such as bacteria can recognize and respond to substances in their environment. In the broadest sense, every cell in the human body is chemo-sensitive, and chemical signalling between cells is the basis for internal communication through endocrine systems and neurotransmission. In this chapter we restrict ourselves to chemoreception as a sensory system, the interface between the nervous system and the external and internal chemical milieu. 
	Body_ID: P013007
	Chemicals reach the human body by oral or nasal ingestion, contact with the skin, or inhalation, and, once there, they diffuse or are carried to the surface membranes of receptor cells through the various aqueous fluids of the body (e.g., mucus, saliva, tears, cerebrospinal fluid, blood plasma). The nervous system constantly monitors these chemical comings and goings with a diverse array of chemosensory receptors. The most familiar of these receptors are the sensory organs of taste (gustation) and smell (olfaction). However, chemoreception is widespread throughout the body. Chemoreceptors in the skin, mucous membranes, and gut warn against irritating substances, and chemoreceptors in the carotid bodies (p. 723) measure blood levels of O2, CO2, and [H+]. 
	Body_ID: P013008
	Taste Receptors Are Modified Epithelial Cells, Whereas Olfactory Receptors Are Neurons 
	Body_ID: HC013009
	The tasks of gustatory and olfactory receptors appear similar at first glance: Both recognize the concentration and identity of dissolved molecules, and they communicate this information to the CNS. In fact, the two systems operate in parallel during eating, and the flavors of most foods are strongly dependent on both taste and smell. However, the receptor cells of the two systems are quite different. Olfactory receptors are neurons. Each olfactory cell has small dendrites at one end that are specialized to identify chemical stimuli, and at the other end an axon projects directly into the brain. Taste receptor cells are not neurons but rather collections of modified epithelial cells that synapse onto the axons of sensory neurons that communicate with the CNS. 
	
	TASTE RECEPTOR CELLS. 
	Body_ID: HC013010
	Taste receptors are located mainly on the dorsal surface of the tongue (Fig. 13-1A), concentrated within small, but visible projections called papillae (see Fig. 13-1B). Papillae are shaped like ridges, pimples, or mushrooms, and each is a few millimeters in diameter. Each papilla in turn has numerous taste buds (see Fig. 13-1C). One taste bud contains 50 to 150 taste receptor cells, numerous basal and supporting cells that surround the taste cells, plus a set of sensory afferent axons. Most people have 2000 to 5000 taste buds, although exceptional cases range from 500 to 20,000. 
	Body_ID: P013011
	The chemically sensitive part of a taste receptor cell is a small apical-membrane region near the surface of the tongue. The apical ends have thin extensions called microvilli that project into the taste pore, a small opening on the surface of the tongue where the taste cells are exposed to the contents of the mouth. Taste cells form synapses with the primary sensory axons near the bottom of the taste bud. However, processing may be more complicated than a simple receptor-to-axon relay. Receptor cells also make both electrical and chemical synapses onto some of the basal cells, some basal cells synapse onto the sensory axons, and some type of information-processing circuit may be present within each taste bud itself. 
	Body_ID: P013012
	Cells of the taste bud undergo a constant cycle of growth, death, and regeneration. This process depends on the influence of the sensory nerve because if the nerve is cut, taste buds degenerate. 
	Body_ID: P013013
	OLFACTORY RECEPTOR CELLS. 
	Body_ID: HC013011
	We smell with receptor cells in the thin olfactory epithelium, which is placed high in the nasal cavity (Fig. 13-2A). The olfactory epithelium has three main cell types: olfactory receptor cells are the site of transduction; support cells are similar to glia and, among other things, help produce mucus; and basal cells are the source of new receptor cells (see Fig. 13-2B). Olfactory receptors (similar to taste receptors) continually die, regenerate, and grow in a cycle that lasts about 4 to 8 weeks. Olfactory receptor cells are one of the very few types of neurons in the mammaliannervous system that are regularly replaced throughout life. 
	Body_ID: P013014
	As we breathe or sniff, chemical odorants waft through the many folds of the nasal passages. However, to contact the receptor cells, odorants must first dissolve in and diffuse through a thin mucous layer, which has both a viscous and a watery portion. The normal olfactory epithelium exudes a mucous layer 20 to 50 μm thick. Mucus flows constantly and is normally replaced about every 10 minutes. Mucus is a complex, water-based substance containing dissolved glycosaminoglycans (p. 40); a variety of proteins, including antibodies, odorant-binding proteins, and enzymes; and various salts. The antibodies are critical because olfactory cells offer a direct route for viruses (e.g., rabies) or bacteria to enter the brain. Odorant-binding proteins in the mucus probably facilitate the diffusion of odorants toward and away from the receptors. Enzymes may help clear the mucus of odorants and thus speed recovery of the receptors from transient odors. 
	
	Both the absolute size and the receptor density of the olfactory epithelium vary greatly among species, and they help determine olfactory acuity. The surface area of the human olfactory epithelium is only about 10 cm2, but this limited area is enough to detect some odorants at concentrations as low as a few parts per trillion. The olfactory epithelia of some dogs may be over 170 cm2, and dogs have more than 100 times as many receptors in each square centimeter as humans do. The olfactory acuity of some breeds of dog is legendary and far surpasses that of humans. By sniffing the aromatic air above the ground, they can often detect the few molecules left by someone walking there hours before. 
	Body_ID: P013016
	Complex Flavors Are Derived from a Few Basic Types of Taste Receptors, with Contributions from Sensory Receptors of Smell, Temperature, Texture, and Pain 
	Body_ID: HC013012
	Studies of taste discrimination in humans imply that we can distinguish among 4000 to 10,000 different chemicals with our taste buds. However, behavioral evidence suggests that these discriminations represent only four or five primary taste qualities: bitter, salt, sweet, and sour. Many taste researchers also define a fifth primary quality, often called umami ("delicious" in Japanese), which is epitomized by the taste of the amino acid glutamate (monosodium glutamate [MSG] is the familiar culinary form). Unlike the olfactory receptor cells, which contain only one receptor type (see later), taste receptor cells may have several. 
	Body_ID: P013018
	In many cases, there is an obvious correlation between the chemistry of tastants (i.e., chemicals being tasted) and the quality of their taste. Most acids taste sour and most salts taste salty. However, for many other tastants, the linkage between taste and chemical structure is not clear. The familiar sugars (e.g., sucrose and fructose) are satisfyingly sweet, but certain proteins (e.g., monellin) and artificial sweeteners (e.g., saccharin and aspartame, the latter of which is made from two amino acids: L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester) are 10,000 to 100,000 times sweeter by weight than these sugars. Bitter substances are also chemically diverse. They include simple ions such as K+ (KCl actually simultaneously evokes both bitter and salty tastes), larger metal ions such as Mg2+, and complex organic molecules such as quinine. 
	Body_ID: P013019
	If the tongue has only four or five primary taste qualities available to it, how does it discriminate among the myriad complex flavors that embellish our lives? First, the tongue's response to each tastant reflects distinct proportions of each of the primary taste qualities. In this sense, the taste cells are similar to the photoreceptors of our eyes; with only three different types of color-selective photoreceptive cone cells, we can distinguish a huge palette of colors (see later). Second, the flavor of a tastant is determined not only by its taste but also by its smell. Taste and smell operate in parallel, with information converging in the CNS to aid the important discrimination of foods and poisons. For example, without the aid of olfaction, an onion tastes much like an apple-and both are quite bland. Third, the mouth is filled with other types of sensory receptors that are sensitive to texture, temperature, and pain, and these modalities enhance both the identification and enjoyment of foods. A striking example is the experience of spicy food, which is enjoyable to some but painful to others. The spiciness of hot peppers is generated by the chemical capsaicin, not because of its activation of taste receptor cells, but because of its stimulation of pain receptors in the mouth. 
	
	Taste Transduction Involves Many Types of Molecular Signalling Systems 
	Body_ID: HC013013
	The chemicals that we taste have very diverse structures, and taste receptors have evolved a variety of mechanisms for transduction. The taste system has adapted virtually all known types of membrane-signalling systems to its purposes. Tastants may pass directly through ion channels (salt and sour), bind to and block ion channels (sour and bitter), bind to and open ion channels (some sweet amino acids), or bind to membrane receptors that activate second-messenger systems, which in turn open or close ion channels (sweet and bitter). Taste cells have simply used specialized variations of these processes to initiate meaningful signals to the brain. 
	Body_ID: P013021
	The receptor potentials of taste cells are usually depolarizing. At least some taste receptor cells can fire action potentials, similar to those of neurons, but if the membrane is sufficiently depolarized by whatever means, voltage-gated Ca2+ channels open, and Ca2+ enters the cytoplasm and triggers the release of transmitter molecules. The identity of the taste receptor's transmitter or transmitters is unknown. 
	Body_ID: P013022
	More than 90% of receptor cells respond to two or more of the basic taste groups, and many respond to all. What varies is the relative sensitivity of taste cells to the spectrum of basic tastes. Some cells are salt lovers only; others prefer salt and sour; still others have a preference for sweet and sour; and a few respond eagerly to everything. Presumably, single taste cells can express one, some, or all of the various taste transduction mechanisms that are outlined in the following sections. 
	Body_ID: P013023
	The complex diversities of taste transduction are not yet fully understood. Many of the details have come from research on the taste cells of catfish, mudpuppies, mice, and rats. Each animal has certain experimental advantages (e.g., very large taste cells), but the differences among species suggest that we may be surprised when it becomes possible to study human mechanisms directly. The following is a summary of the best-understood transduction processes for the five primary taste qualities (Fig. 13-3). 
	
	SALT. 
	Body_ID: HC013014
	The most common salty tasting chemical is NaCl, or table salt. The taste of salt is mainly the taste of the cation Na+, and transduction of [Na+] in taste cells is relatively simple. Salt-sensitive taste cells have an Na+-selective channel called ENaC (see Fig. 13-3A), common to many epithelial cells, that is blocked by the drug amiloride (p. 779). Unlike the Na+ channel that generates action potentials in excitable cells, the taste channel is relatively insensitive to voltage and stays open at rest. However, transduction of the [Na+] in a mouthful of food is somewhat analogous to the behavior of a neuron during the upstroke of an action potential. When [Na+] rises outside the receptor cell, the gradient for Na+ across the membrane becomes steeper, Na+ diffuses down its electrochemical gradient (i.e., it flows into the cell), and the resultant inward current causes the membrane to depolarize to a new voltage. Neurons depolarize during their action potential by increasing Na+ conductance at a fixedNa+ gradient (see Fig. 7-4). In contrast, Na+-sensitive taste cells depolarize by increasing the Na+ gradient at a fixed Na+ permeability. The resultant graded depolarization of the taste cell is defined as its receptor potential. 
	Body_ID: P013025
	Anions may affect the taste of salts by modulating the saltiness of the cation or by adding a taste of their own. NaCl tastes saltier than Na acetate, perhaps because the larger an anion is, the more it inhibits the salty taste of the cation. Na saccharin is sweet because the anion saccharin activates sweetness receptors; it is not salty because Na+ is present at a very low concentration. 
	Body_ID: P013026
	SOUR. 
	Body_ID: HC013015
	Sourness is evoked by protons (H+ ions). Acidity affects taste receptors in two ways (see Fig. 13-3A). First, H+ can permeate the ENaC Na+ channel, the same channel that mediates the taste of salt. This H+ influx is an inward current and could depolarize the cell. Second, H+ ions can bind to and block a K+-selective channel. The fall in K+ permeability causes the membrane to depolarize. In addition, because pH can affect virtually all cellular processes, it is possible that other less specific influences of low pH are involved in sour transduction. 
	Body_ID: P013027
	SWEET. 
	Body_ID: HC013016
	Sweetness is sensed when molecules bind to specific receptor sites on the taste-cell membrane and activate a cascade of second messengers (see Fig. 13-3B). This mechanism is also quite familiar and resembles the response of many cells to the modulator norepinephrine (p. 97). A tastant (e.g., a sugar molecule) binds to the receptor, activates a G protein that stimulates the formation of cyclic adenosine monophosphate (cAMP) within the cytoplasm, and ultimately blocks a K+-selective channel (apparently a different one from that involved in sourness). As a result, the cell membrane depolarizes. Recent studies suggest that some sweet stimuli can activate a second-messenger pathway that involves inositol 1,4,5-triphosphate (IP3), similar to one of the bitter mechanisms described next. Finally, sugars may also directly gate cation channels without second-messenger intermediaries. 
	Body_ID: P013028
	BITTER. 
	Body_ID: HC013017
	Bitterness usually warns of poison. Perhaps because poisons are so chemically diverse, several mechanisms have evolved for the transduction of bitterness. Similar to the sourness mechanism, some bitter compounds (e.g., calcium and quinine) bind directly to K+-selective channels and block them (see Fig. 13-3C). In addition, at least two types of membrane receptor proteins are specific for bitter substances, both of which activate G-protein-mediated second-messenger cascades that are different from those of the sweet system. In one, the bitter tastant binds to a member of the T2R class of receptors. These couple to a G protein called gustducin, which triggers a decrease in cAMP. Gustducin is very similar to the G-protein transducin, which is important in the transduction of light in photoreceptors (see later). The effect of the lowered [cAMP]i is not entirely clear, but it may affect certain channels that are gated by cyclic nucleotide monophosphates in the taste-cell membrane. The other class of bitter receptors triggers increased production of the intracellular messenger IP3. IP3 releases Ca2+ from intracellular stores (p. 100), and Ca2+ then triggers transmitter release onto the primary sensory axon. 
Cellular basis of taste transduction. A, Salty taste is mediated by an epithelial Na+ channel (ENaC) that is sensitive to amiloride. Sour is mediated by H+ entering through the same ENaC channel or by the effect of low pH inhibiting a K+ channel. The resulting depolarization opens voltage-gated Ca2+ channels, increasing [Ca2+]i and leading to transmitter release. B, Sugar binds to a 7-transmembrane receptor that activates heterotrimeric G protein, stimulating AC, increasing cAMP, and activating PKA, which then closes a K+ channel. The resulting depolarization opens voltage-gated Ca2+ channels, increasing [Ca2+]i and leading to transmitter release. Bitter substances can act via any of three pathways. (1) A bitter compound directly inhibits K+ channels. The resulting depolarization opens voltage-gated Ca2+ channels, increasing [Ca2+]i and leading to transmitter release. (2) A ligand binds to a 7-transmembrane receptor and activates a G protein called gustducin that stimulates phosphodiesterase. The resultant decrease in [cAMP]i somehow leads to depolarization. (3) Ligand binds to a receptor that is linked to a G protein, which activates phospholipase C. The resultant increase in [IP3] releases Ca2+ from stores, raises [Ca2+]i, and leads to transmitter release. D, Glutamate binds to a glutamate-gated, nonselective cation channel and opens it. The resultant depolarization opens voltage-gated Ca2+ channels, increases [Ca2+]i, and leads to transmitter release. AC, adenylyl cyclase; AMP, adenosine monophosphate; cAMP, cyclic adenosine monophosphate; DAG, diacylglycerol; ER, endoplasmic reticulum; IP3, inositol 1,4,5-triphosphate; PDE, phosphodiesterase; PIP2, phosphatidyl in
	
	AMINO ACIDS. 
	Body_ID: HC013018
	Amino acids are critical nutrients that are vital as an energy source and for constructing proteins. Probably as a consequence, many amino acids taste good, although some taste bitter. The umami taste, which we know well from Chinese restaurants, may be generated when glutamate (and perhaps certain other amino acids) binds to and activates a cation channel that is permeable to Na+ and Ca2+ and subsequently causes depolarization (see Fig. 13-3D). This mechanism is very similar to the one mediating most synaptic excitation between CNS neurons; in that case, glutamate opens an ionotropic glutamate receptor that is a nonselective cation channel (p. 313). Glutamate may also activate a particular subtype of metabotropic glutamate receptor and thus lead to a decrease in [cAMP]i and unknown subsequent effects. Other amino acids taste bitter (leucine, for example), and they may trigger either cAMP- or IP3-mediated messenger systems. 
	Body_ID: P013031
	Olfactory Transduction Involves Specific Receptors, G-Protein-Coupled Signalling, and a Cyclic-Nucleotide-Gated Ion Channel 
	Body_ID: HC013019
	Our ability to smell chemicals is better developed than our ability to taste them. By one estimate, we can smell more than 400,000 different substances. Interestingly, about 80% of them smell unpleasant. As with taste, it seems likely that smell evolved to serve important protective functions, such as warning us away from harmful substances. With the ability to discriminate so many different smells, you might also expect many different types of transduction mechanisms, as in the taste system. In fact, olfactory receptors probably use only one second-messenger mechanism. Figure 13-4 summarizes the chain of events that leads to an action potential in the olfactory nerve (i.e., cranial nerve I [CN I]): Step 1: The odorant binds to a specific olfactory receptor protein in the cell membrane of a cilium of an olfactory receptor cell. 
Step 2: Receptor activation stimulates a heterotrimeric G 
protein called Golf (p. 92). 
Step 3: The α subunit of Golf in turn activates adenylyl cyclase, which produces cAMP. 
Step 4: The cAMP binds to a cAMP-gated cation channel. Step 5: Opening of this channel increases permeability to Na+, K+, and Ca2+. 
Step 6: The net inward current leads to membrane depolarization and increased [Ca2+]i. 
Step 7: The increased [Ca2+]i opens Ca2+-activated Cl- channels. Opening of these channels produces more depolarization because of the relatively high [Cl-]i of olfactory receptor neurons. 
Step 8: If the receptor potential exceeds the threshold, it triggers action potentials in the soma that travel down the axon and into the brain.
	
	All this molecular machinery, with the exception of the action-potential mechanism, is squeezed into the thin cilia of olfactory receptor cells. Moreover, additional modulatoryschemes also branch from this basic pathway. 
	Body_ID: P013033
	Olfactory receptor cells express a huge family of perhaps 1000 different olfactory receptor proteins, which means that they belong to the largest family of genes yet discovered! This family of olfactory receptor proteins belongs to the superfamily of G-protein-coupled receptors (p. 92) that also includes the phototransduction protein rhodopsin, as well as the receptors for a wide variety of ligands. The extracellular surfaces of olfactory receptor proteins have odorant-binding sites, each slightly different from the others. Presumably, each receptor protein can bind only certain types of odorants, therefore some degree of selectivity is conferred to different olfactory receptor cells. Each receptor cell expresses only a single gene of the 1000 different odorant-receptor genes. Thus, 1000 different types of olfactory receptor cells are present, each identified by the one receptor gene that it expresses. Because each odorant may activate a large proportion of the different receptor types, the central olfactory system's task is to decode the patterns of receptor-cell activity that signals the identity of each smell. 
	Body_ID: P013034
	The structure of the olfactory cAMP-gated channel is closely related to the light-activated channel in photoreceptors of the retina, which is normally gated by an increase in intracellular cyclic guanosine monophosphate ([cGMP]i). The olfactory channel and the photoreceptor channel almost certainly evolved from one ancestral cyclic nucleotide-gated channel, just as the olfactory receptor and photoreceptor proteins probably evolved from an ancestral receptor with seven membrane-spanning segments. 
	Body_ID: P013035
	Termination of the olfactory response occurs when odorants diffuse away, scavenger enzymes in the mucous layer break them down, or cAMP in the receptor cell activates other signalling pathways that end the transduction process. 
TRANSDUÇÃO VISUAL
 Obstáculos à luz: lágrimas, córnea, humor aquoso, cristalino e humor vítreo. 
 Correlações clínicas I: catarata.
 opacidade e espessamento permanente do cristalino – causa mais comum de deterioração visual na população idosa. 
 Aceleração e ocorrência prematura no diabetes.
 Forma rara ocorre em jovens com diabetes ('snow-flake‘). 
 Indicação cirúrgica: depende do grau de prejuízo causado.
TRANSDUÇÃO VISUAL
 Obstáculos à luz: lágrimas, córnea, humor aquoso, cristalino e humor vítreo. 
 Correlações clínicas II: glaucoma
 Drenagem pobre do humor aquoso. Não-tratado, pode causar cegueira.
 Características: aumento da PIO > 21 mmHg; mudança do fundo (em taça); mudanças no campo visual. 
 Tipos: ângulo aberto (simples) e ângulo fechado. 
 Aberto: doença crônica (congênita?) – drenagem reduzida do humor para o canal de Schlemm. 
 Fechado: Iris periférica bloqueia o canal e toca a parte posterior da córnea, reduzindo o fluxo de humro aquoso entre a córnea e a íris.