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Un quimiorreceptor , también conocido como quimiosensor , es una célula receptora sensorial especializada que transduce una sustancia química ( endógena o inducida) para generar una señal biológica. [1] Esta señal puede estar 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 sanguíneos de dióxido de carbono (hipercapnia) o una disminución en los niveles sanguíneos de oxígeno (hipoxia), y transmite esa información al sistema nervioso central que compromete las respuestas corporales para restaurar la homeostasis .

Quimiorreceptores de plantas [ editar ]

Las plantas tienen varios mecanismos para percibir el peligro en su entorno. Las plantas pueden detectar patógenos y microbios a través de las quinasas receptoras a nivel de superficie (PRK). Además, las proteínas de tipo receptor (RLP) que contienen dominios de receptor de unión a ligando capturan patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPS) y patrones moleculares asociados a daños (DAMPS) que, en consecuencia, inician la inmunidad innata de la planta para una respuesta de defensa. [5]

Las cinasas receptoras de plantas también se utilizan para el crecimiento y la inducción de hormonas, entre otros procesos bioquímicos importantes. Estas reacciones son desencadenadas por una serie de vías de señalización que son iniciadas por receptores de plantas químicamente sensibles. [6] Los receptores de hormonas vegetales pueden integrarse en las células vegetales o ubicarse fuera de la célula, para facilitar la estructura y composición química. Hay 5 categorías principales de hormonas que son exclusivas de las plantas que, una vez que se unen al receptor, desencadenarán una respuesta en las células diana. Estos incluyen auxina , ácido abscísico , giberelina , citoquinina y etileno.. Una vez unidas, las hormonas pueden inducir, inhibir o mantener la función de la respuesta objetivo. [7]

Clases [ editar ]

Hay dos clases principales de quimiorreceptores: directo y a distancia. [ cita requerida ]

  • Ejemplos de quimiorreceptores a distancia son:
    • Neuronas receptoras olfativas en el sistema olfativo : El olfato 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 olfatorio hay dos órganos anatómicamente distintos: el epitelio olfatorio principal (MOE) y el órgano vomeronasal (VNO). Inicialmente se pensó que el MOE es responsable de la detección de olores, mientras que el VNO detecta feromonas. Sin embargo, la opinión actual es que ambos sistemas pueden detectar olores y feromonas. [8] El olfato en los invertebrados difiere del olfato en los vertebrados. Por ejemplo, en los insectos, la sensilla olfativa está presente en sus antenas.[9]
  • Ejemplos de quimiorreceptores directos incluyen:
    • Receptores del gusto en el sistema gustativo : el uso principal del gusto como un tipo de quimiorrecepción es para la detección de los gustos. Los compuestos químicos acuosos entran en contacto con los quimiorreceptores en la boca, como las papilas gustativas de la lengua, y desencadenan respuestas. Estos compuestos químicos pueden desencadenar una respuesta apetitiva por los nutrientes o una respuesta defensiva contra las toxinas, dependiendo de qué receptores se activen. Los peces y crustáceos, que se encuentran constantemente en un entorno acuoso, utilizan su sistema gustativo para identificar ciertos productos químicos en la mezcla con el fin de localizar e ingerir alimentos.
    • Los insectos usan la quimiorrecepción de contacto para reconocer ciertos químicos como los hidrocarburos cuticulares y los químicos específicos de las plantas hospedadoras. La quimiorrecepción por contacto se observa con mayor frecuencia en insectos, pero también participa en el comportamiento de apareamiento de algunos vertebrados. El quimiorreceptor de contacto es específico para un tipo de sustancia química. [9]

Órganos sensoriales [ editar ]

  • Olfato: en los vertebrados terrestres, el olfato ocurre en la nariz . Los estímulos químicos volátiles ingresan a la nariz y finalmente alcanzan el epitelio olfatorio que alberga las células quimiorreceptoras conocidas como neuronas sensoriales olfativas, a menudo denominadas OSN. Incrustados en el epitelio olfatorio hay tres tipos de células: células de soporte, células basales y OSN. Si bien los tres tipos de células son parte integral del funcionamiento normal del epitelio, solo las OSN sirven como células receptoras, es decir, responden a las sustancias químicas y generan un potencial de acción que viaja por el nervio olfatorio para llegar al cerebro. [2] En insectos, antenas actúan como quimiorreceptores a distancia. Por ejemplo, las antenas de las polillas están formadas por largos pelos plumosos que aumentan la superficie sensorial. Cada cabello largo de la antena principal también tiene sensillas más pequeñas que se utilizan para el olfato volátil. [10] Dado que las polillas son principalmente animales nocturnos, el desarrollo de un mayor olfato les ayuda a navegar la noche.
  • Gustación: en muchos vertebrados terrestres, la lengua sirve como el principal órgano sensorial gustativo. Como músculo ubicado en la boca, actúa para manipular y discernir la composición de los alimentos en las etapas iniciales de la digestión. La lengua es rica en vasculatura, lo que permite que los quimiorreceptores ubicados en la superficie superior del órgano transmitan información sensorial al cerebro. Las glándulas salivales de la boca permiten que las moléculas lleguen a los quimiorreceptores en una solución acuosa. Los quimiorreceptores de la lengua se dividen en dos superfamilias distintas de receptores acoplados a proteína G. Los GPCR son proteínas intramembrana que se unen a un ligando extracelular, en este caso productos químicos de los alimentos, y comienzan una serie diversa de cascadas de señalización que pueden dar como resultado un registro de potencial de acción como entrada en el cerebro de un organismo. Grandes cantidades de quimiorreceptores con dominios de unión a ligandos discretos proporcionan los cinco sabores básicos: ácido, salado, amargo, dulce y sabroso . Los sabores salado y ácido funcionan directamente a través de los canales iónicos, el sabor dulce y amargo funcionan a través de los receptores acoplados a la proteína G , y la sensación salada es activada por el glutamato . [ cita requerida ]Los quimiosensores 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. [11]
  • Quimiorrecepción de contacto: La quimiorrecepción de contacto depende del contacto físico del receptor con el estímulo. Los receptores son pelos cortos o conos que tienen un solo 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 con el contacto. Se encuentran principalmente en las piezas bucales, pero también pueden aparecer en las antenas o patas de algunos insectos. Hay una colección de dendritas ubicadas cerca de los poros de los receptores, sin embargo, la distribución de estas dendritas cambia según el organismo que se esté examinando. El método de transducción de la señal de las dendritas difiere según el organismo y la sustancia química a la que responde.
  • Antenas celulares: dentro de las disciplinas biológicas y médicas , descubrimientos recientes han señalado que los cilios primarios en muchos tipos de células dentro de los eucariotas sirven como antenas celulares . Estos cilios juegan un papel importante en la quimiosensación. La comprensión científica actual de los orgánulos de cilios primarios los ve como "antenas celulares sensoriales que coordinan un gran número de vías de señalización celular, a veces acoplando la señalización a la motilidad ciliar o alternativamente a la división y diferenciación celular". [12]

Cuando las entradas del medio ambiente son importantes para la supervivencia del organismo, se deben detectar las entradas. Como todos los procesos de la vida se basan en última instancia en la química , es natural que la detección y transmisión de la entrada externa implique eventos químicos. La química del medio ambiente es, por supuesto, relevante para la supervivencia, y la detección de insumos químicos del exterior bien puede articularse directamente con los químicos celulares. [ cita requerida ]

La quimiorrecepción es importante para la detección de alimento, hábitat, congéneres, incluidos compañeros y depredadores. Por ejemplo, las emisiones de la fuente de alimento de un depredador, como olores o feromonas, pueden estar en el aire o en una superficie donde ha estado la fuente de alimento. Las células de la cabeza, generalmente las vías respiratorias o la boca, tienen receptores químicos en su superficie que cambian cuando entran en contacto con las emisiones. Pasa en forma química o electroquímica al procesador central, el cerebro o la médula espinal . La salida resultante del SNC ( sistema nervioso central ) realiza acciones corporales que involucrarán la comida y mejorarán la supervivencia. [ cita requerida ]

Fisiología [ editar ]

  • Los cuerpos carotídeos y aórticos detectan cambios principalmente en la concentración de iones pCO2 y H +. También detectan una disminución en la presión parcial de O2, pero en menor grado que para la concentración de iones pCO2 y H +.
  • La zona desencadenante de los quimiorreceptores es un área de la médula en el cerebro que recibe impulsos de fármacos u hormonas transmitidos por la sangre y se comunica con el centro del vómito (área postrema) para inducir el vómito . [ cita requerida ]

Control de la respiración [ editar ]

Quimiorreceptores particulares, llamados ASIC , detectan los niveles de dióxido de carbono en la sangre. Para hacer esto, controlan la concentración de iones de hidrógeno en la sangre, que disminuyen el pH de la sangre. Esto puede ser una consecuencia directa de un aumento en la concentración de dióxido de carbono, porque el dióxido de carbono acuoso en presencia de anhidrasa carbónica reacciona para formar un protón y un ion bicarbonato . [ cita requerida ]

La respuesta es que el centro respiratorio (en la médula) 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. [ cita requerida ]

  • Los quimiorreceptores centrales se encuentran 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 ( CO elevado
    2    , disminución de O2) 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. [13] Son sensibles al pH y al CO.
    2    . [14]
  • Quimiorreceptores periféricos : está formado por los cuerpos aórtico y carotídeo. El cuerpo aórtico detecta cambios en el oxígeno y el dióxido de carbono en sangre, pero no el pH, mientras que el cuerpo carotídeo detecta los tres. No desensibilizan. Su efecto sobre la frecuencia respiratoria es menor que el de los quimiorreceptores centrales. [ cita requerida ]

Frecuencia cardíaca [ editar ]

La respuesta a la estimulación de los quimiorreceptores de la frecuencia cardíaca es complicada. Los quimiorreceptores del corazón o las arterias grandes cercanas, así como los quimiorreceptores de los pulmones, pueden afectar la frecuencia cardíaca. La activación de estos quimiorreceptores periféricos al detectar una disminución de O2, un aumento de CO2 y una disminución del pH se transmite a los centros cardíacos por los nervios vago y glosofaríngeo a la médula del tronco encefálico. Esto aumenta la estimulación nerviosa simpática en el corazón y el correspondiente aumento de la frecuencia cardíaca y la contractilidad en la mayoría de los casos. [15] 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 se detiene la actividad respiratoria (p. Ej., En un paciente con una lesión de la médula espinal cervical alta), el reflejo cardíaco primario a la hipercapnia e hipoxia transitorias es una bradicardia profunda y vasodilatación coronaria por estimulación vagal y vasoconstricción sistémica por estimulación simpática. [16] 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.

Ver también [ editar ]

  • Receptor de superficie celular
  • Grupos quimiosensoriales
  • Zona de activación de quimiorreceptores
  • Sistema quimiosensorial difuso
  • Tecnología háptica
  • Sensor molecular
  • Olor
  • Olfato
  • Células quimiosensoriales solitarias
  • Receptor sensorial
  • Sabor
  • Órgano vomeronasal

Referencias [ editar ]

  1. ^ Kumar, Prem; Prabhakar, Nanduri R. (1 de enero de 2012). "Quimiorreceptores periféricos: función y plasticidad del cuerpo carotídeo" . Fisiología integral . 2 (1): 141–219. doi : 10.1002 / cphy.c100069 . ISSN  2040-4603 . PMC  3919066 . PMID  23728973 .
  2. ↑ a b Rawson, Nancy E .; Yee, Karen K. (2006). "Transducción y Codificación". Sabor y Olor . Avances en Oto-Rino-Laringología. 63 . págs. 23–43. doi : 10.1159 / 000093749 . ISBN 3-8055-8123-8. PMID  16733331 .
  3. ^ Saunders, CJ; Christensen, M; Dedo, TE; Tizzano, M (2014). "La neurotransmisión colinérgica vincula las células quimiosensoriales solitarias a la inflamación nasal" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 111 (16): 6075–80. Código bibliográfico : 2014PNAS..111.6075S . doi : 10.1073 / pnas.1402251111 . PMC 4000837 . PMID 24711432 .  
  4. ^ Enfermera, Colin A. (2013). "Procesamiento de señales en quimiorreceptores del cuerpo carotídeo de mamíferos". Semin Cell Dev Biol . 24 (1): 22–30. doi : 10.1016 / j.semcdb.2012.09.006 . PMID 23022231 . 
  5. ^ Zipfel, Cyril (julio de 2014). "Receptores de reconocimiento de patrones de plantas". Tendencias en inmunología . 35 (7): 345–351. doi : 10.1016 / j.it.2014.05.004 . PMID 24946686 . 
  6. ^ Haffani, Yosr Z; Silva, Nancy F; Goring, Daphne R (1 de enero de 2004). "Receptor quinasa de señalización en plantas". Revista canadiense de botánica . 82 (1): 1-15. doi : 10.1139 / b03-126 .
  7. ^ Lynne, Armitage; Ottoline, Leyser (2014). "Receptores de hormonas vegetales" . Acceso a la ciencia . doi : 10.1036 / 1097-8542.900137 .
  8. ^ 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. 47 . págs. 57–75. doi : 10.1007 / 400_2008_4 . ISBN 978-3-540-69918-7. PMID  19145414 .
  9. ^ a b Chapman RF (1998) "Quimiorrecepción" en Los insectos: estructura y función 4ª edición. Prensa de la Universidad de Cambridge, Cambridge. 639.
  10. ^ Haupt, S. Shuichi; Sakurai, Takeshi; Namiki, Shigehiro; Kazawa, Tomoki; Kanzaki, Ryohei (2010). "Procesamiento de información olfativa en polillas" . La neurobiología del olfato . CRC Press / Taylor & Francis. ISBN 9781420071979. PMID  21882429 .
  11. ^ Steensels, S; Depoortere, I (2018). "Quimiorreceptores en el intestino". Annu Rev Physiol . 80 : 117-141. doi : 10.1146 / annurev-fisiol-021317-121332 . PMID 29029594 . 
  12. ^ Satir, Peter; Christensen, Søren T. (2008). "Estructura y función de los cilios de mamíferos" . Histoquímica y Biología Celular . 129 (6): 687–93. doi : 10.1007 / s00418-008-0416-9 . PMC 2386530 . PMID 18365235 .  
  13. ^ https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781437716795000259
  14. ^ "Quimiorreceptores centrales" . pathwaymedicine.org . Consultado el 16 de marzo de 2021 .
  15. ^ "Capítulo 4" . www.columbia.edu . Consultado el 29 de enero de 2017 .
  16. ^ Berk, JL; Levy, MN (1 de enero de 1977). "Bradicardia refleja profunda producida por hipoxia o hipercapnia transitoria en el hombre". Investigación quirúrgica europea . 9 (2): 75–84. doi : 10.1159 / 000127928 . ISSN 0014-312X . PMID 852474 .  

Enlaces externos [ editar ]

  • Quimiorreceptores en los títulos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  • Asociación de Ciencias de la Quimiorrecepción http://www.achems.org/