Бесплатно скачать, заказать диплом, курсовую, диссертацию Гетерогенность обонятельной рецепции

У нас уже 176407 рефератов, курсовых и дипломных работ

Сделать закладку на сайт

Заказать диплом, курсовую, диссертацию

Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Книга жалоб
и предложений

Название	Гетерогенность обонятельной рецепции

Количество страниц	231

ВУЗ	МГИУ

Год сдачи	2010

Бесплатно Скачать	22958.doc

Содержание	Содержание ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ...6 ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ (КЛЕТОЧНО-МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ОБОНЯТЕЛЬНОЙ ТРАНСДУКЦИИ)...16 1.1.СТРОЕНИЕ ОРГАНА ОБОНЯНИЯ...16 1.2. СТРОЕНИЕ ОБОНЯТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК...21 1.3. МЕХАНИЗМЫ ОБОНЯТЕЛЬНОЙ ТРАНСДУКЦИИ...22 1.3.1. Участие обонятельных рецепторных комплексов в рецепции одорантов...22 1.3.2. Роль внутриклеточной сигнальной системы цАМФ в рецепции одорантов...32 1.3.2.1. Роль аденилатциклазы в обонятельной рецепции...34' 1.3.3. Участие Golf- белка в рецепции одорантов...37 1.3.4. Структура и функция циклонуклеотид-зависимых Са2+-каналов в обонятельных клетках...38 1.3.5. Участие фосфоинозитидного пути передачи сигнала в обонятельных клетках...48 1.3.5.1. Роль фосфолипазы С в обонятельной трансдукции...48 1.3.5.2. Участие протеинкиназы С в обонятельной трансдукции...50 1.3.6.Роль тирозинкиназной сигнальной системы в обонятельной рецепции...53 1.4. ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ОБОНЯТЕЛЬНЫХ ЖГУ ТИКОВ...58 1.5. ВЛИЯНИЕ ОДОРАНТОВ НА МИТОХОНДРИАЛЬНОЕ ДЫХАНИЕ ОБОНЯТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК...64 ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...72 3 2.1. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ...72 2.2. МЕТОДЫ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ МИКРОСКОПИИ...74 v* 2.2.1 .Флуоресцентный анализ мембраносвязанного кальция в обонятельных клетках...74 2.2.2. Флуоресцентный анализ клеточного дыхания обонятельных клеток .. 78 2.2.3. Конфокальная сканирующая иммунофлуоресцентная микроскопия...84 2.3. МЕТОД ПРИЖИЗНЕННОЙ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ МИКРОСКОПИИ . .87 ¦" 2.4. ЭЛЕКТРООЛЬФАКТОГРАФИЯ...90 2.5. МЕТОДИКА СТИМУЛЯЦИИ ОБОНЯТЕЛЬНОЙ ВЫСТИЛКИ...91 2.6. ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ...93 ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...98 3.1. Исследование компонентов внутриклеточных сигнальных систем обонятельных клеток, участвующих в рецепции различных одорантов...98 3.1.1. Исследование компонентов сигнальных систем, участвующих в рецепции амилового спирта...98 3.1.2. Исследование компонентов сигнальных систем, участвующих в рецепции камфоры...111 3.1.3. Исследование компонентов сигнальных систем, участвующих в рецепции цинеола...119 3.1.4. Исследование компонентов сигнальных систем обонятельных клеток, участвующих в рецепции амилацетата...124 3.1.5. Исследование компонентов сигнальных систем обонятельных клеток, участвующих в рецепции ванилина...131 3.1.6. Исследование компонентов сигнальных систем обонятельных клеток, участвующих в рецепции аммиака...136 4 3.1.7. Исследование участия внутриклеточных сигнальных систем обонятельных клеток в рецепции сероводорода...145 v* 3.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОДОРАНТОВ НА МИТОХОНДРИАЛЬНОЕ ДЫХАНИНЕ ОБОНЯТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК...148 3.2.1. Исследование влияния амилового спирта на активность дыхательной цепи митохондрий обонятельных клеток...148 3.2.2. Исследование влияния камфоры на активность дыхательной цепи митохондрий обонятельных клеток...153 3.2.3. Исследование влияния цинеола на активность дыхательной цепи ¦ митохондрий обонятельных клеток...155 3.2.4. Исследование влияния амилацетата на активность дыхательной цепи митохондрий обонятельных клеток...157 3.2.5. Исследование влияния ванилина на активность дыхательной цепи митохондрий обонятельных клеток...161 3.2.6. Исследование влияния аммиака на активность дыхательной цепи. 1 митохондрий обонятельных клеток...163 3.2.7. Исследование влияния сероводорода на активность дыхательной цепи митохондрий обонятельных клеток...168 3.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОДОРАНТОВ НА ДВИГАТЕЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ ОБОНЯТЕЛЬНЫХ ЖГУ ТИКОВ...173 3.3.1. Энергетическое обеспечение двигательной активности обонятельных жгутиков...173 3.3.2. Роль цитоскелета в движениях обонятельных жгутиков...176 ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ...183 4.1. Исследование внутриклеточных сигнальных систем обонятельных клеток, участвующих в рецепции амилового спирта, камфоры, цинеола, амилацетата и ванилина...183 5 4.2. Исследование механизмов обонятельной трансдукции аммиака и сероводорода...196 4.3. Исследование влияния аммиака и сероводорода на активность дыхательной цепи митохондрий...198 4.4. Исследование влияния амилового спирта, камфоры, цинеола, амилацетата и ванилина на активность дыхательной цепи митохондрий обонятельных клеток...209 4.5. Исследование влияния одорантов на двигательную активность обонятельных жгутиков...220 ЗАКЛЮЧЕНИЕ...225 ВЬЮОДЫ...229 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...231 ВВЕДЕНИЕ Актуальность проблемы. Обоняние относится к пяти чувствам, кото-4 рые интересовали человека с незапамятных времен, но успехи в понимании молекулярных механизмов обонятельной рецепции достигнуты в последние годы. Методами биохимического, генетического, иммуноцитохимического анализа идентифицированы рецепторные молекулярные комплексы > в обонятельных жгутиках и показано, что они принадлежат большому семейству рецепторов, сопряженных с G-белками (Boyle et al., 1987; Lancet, 1987; Clyne et al., 1999; Dryer, Berghard,' 1999). ^" Выявлены ключевые ферменты путей сигнальной трансдукции - аде- нилатциклаза и фосфолипаза С (Bakalyar et al., 1990; Menco et al., 1992; Iorgenko, Levin, 2000). Образующиеся при их участии вторичные посредники (соответственно цАМФ и 1Рз) открывают кальциевые каналы в мембране обонятельных жгутиков (Restrepo et al., 1992; Matsuzaki et al., 1999), что обеспечивает сопряжение между конформационными изменениями рецепторных I* молекулярных комплексов и электрическими процессами, осуществляющими передачу информации в центральную нервную систему. Однако достижения в изучении механизмов обонятельной трансдукции, закрыв немало прежних вопросов, поставили еще больше новых. Установлено, что в рецепции одорантов участвует аденилатциклазный путь трансдукции, а в восприятии феромонов - фосфоинозитидный путь. Однако есть данные о том, что последний осуществляет трансдукцию сигналов и в обонятельных клетках, но до сих пор не выяснено, в каких взаимоотношениях находятся эти пути в обеспечении обонятельной рецепции. Нет ответа на вопросы о возможном участии в ней других сигнальных систем, в частности ти-розинкиназной, о возможных различиях в вовлечении тех или иных вторичных мессенджеров в трансдукцию сигналов об одорантах, обладающих каче- ственно разными запахами. Не прослежена последовательность включения в ,~> обонятельную трансдукцию компонентов сигнальной системы, активируемой данным пахучим веществом. Если во вкусовой, каротидной и медуллярной рецепции доказано наличие гетерогенных механизмов восприятия качественно разных агентов (Самойлов и др., 1978; Самойлов и др., 1980; Лотарев, Самойлов, 1986, 1987), то исследователи обонятельной системы до сих пор не задумывались о возможной гетерогенности первичных рецепторных процессов при обонянии веществ, обладающих различными запахами. Нет сведений об энергетическом метаболизме обонятельных клеток, включая обеспечение энергией двигательной активности обонятельных жгутиков, а это тормозит развитие весьма интересных представлений А.А'.Брон-штейна (1966, 1977) о важной роли цилиарной подвижности в активном поиске одорантов, растворенных в обонятельной слизи. Не установлены различия в изменениях движений жгутиков под действием качественно разных одоран- 1* тов. По нашему мнению, изучение механизмов обонятельной рецепции с позиций теории гетерогенности хемосенсорных систем (Самойлов, 1983) может иметь как теоретическое, так и практическое значение для биологии и медицины, животноводства, парфюмерии и бионики. Известна высокая чувствительность, специфичность и широкий диапазон воспринимаемых обонятельными клетками запахов, которые обеспечиваются специфическими механизмами их восприятия. Биофизические механизмы узнавания запахов могут быть основой для создания искусственных обонятельных сенсоров (Минор, Зинкевич, 1997). Предпринимаются попытки использования принципов, лежащих в основе этих специфических для рецепторных клеток свойств, для 8 моделирования сверхчувствительных приборов химического анализа (Ганшин, Зинкевич, 2002). Изучение механизмов действия, воспроизведение и синтез в промышленных масштабах веществ, обладающих отпугивающими или привлекающими запахами, могут сыграть решающую роль в овладении методами активного управления поведением и регулирования численности полезных или вредных для человека животных. Важное практическое значение имеет использование одорантов в качестве инструмента воздействия на эмоции человека. В частности, показано (Villemure et al., 2003), что запахи могут вызывать эмоциональные состояния, снижающие восприятие боли. Знание особенностей строения и работы обонятельных рецепторных клеток необходимо для активного вмешательства при некоторых патологических состояниях органов обоняния. У животных и человека^ известны различного рода аносмии. Электрофизиологический анализ мышей со специфической аносмией показал, что дефект обоняния связан с нарушениями в периферическом отделе анализатора и не влияет на механизм центральной обработки (Lancet, 1986; Griff, Reed, 1995). Одной из причин специфической аносмии может быть дефицит цикли-j ческих нуклеотидов (Winstock et al., 1986). Полагают, что этот феномен является следствием мутации или дефицита гена, кодирующего белок для одного из типов молекулярного обонятельного рецептора (Lancet, 1986). ^ Вместе с тем известно, что нарушения обоняния у человека вызывают развитие состояния тревожности, стойкие депрессивно-подобные изменения поведения вплоть до депрессий, которые вызываются не только повышенной тревожностью, но и отсутствием положительных эмоций, получаемых от сенсорной стимуляции (Макарчук, Калуев, 2000). Показано также (Bello, Rummler, 1980), что при сенсорном обонятельном дефиците возникает ги-покликемия. * В настоящее время предпринимаются попытки помочь пациентам с та- кой патологией. Известно, что люди со специфической аносмией способны приобретать долгосрочную периферическую чувствительность к данному пахучему веществу после повторного длительного воздействия его высоких концентраций. Реакция стабильна и держится до 6 недель. Полагают, что появление чувствительности связано со стимул-зависимой активацией экспрессии специфического рецептора. Длительное воздействие стимула приводит к vw повышению уровней вторичных посредников, которые могут положительно регулировать генную экспрессию для одного или более компонентов сигнального пути (Griff, Reed, 1995). Целью диссертационной работы являлось изучение различий в механизмах обонятельной трансдукции сигналов об одорантах, обладающих разными запахами. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1)с использованием флуориметрического и фармакологического анализов определить участие аденилатциклазного, фосфоинозитидного и тирозин-киназного путей в обонятельной трансдукции амилового спирта, камфоры, цинеола, амилацетата, ванилина, аммиака и сероводорода; 2) исследовать компоненты сигнальных систем, участвующих в рецепции каждого из перечисленных одорантов; 3) изучить влияние пахучих стимулов на активность дыхательной цепи митохондрий рецепторных клеток; 4) выявить характер изменений двигательной активности обонятельных жгутиков при действии одорантов и исследовать роль актинового компонента цитоскелета в этом процессе. ¦ 10 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ Обонятельная рецепция обеспечивается гетерогенными механизмами трансдукции. Гетерогенность обонятельной рецепции проявляется в следующих феноменах: - в рецепторные процессы, обеспечивающие восприятие веществ, обладающих разными запахами, вовлекаются различные сигнальные системы; - если в рецепцию одорантов включаются одинаковые пути трансдук^' ции, то компоненты этих путей различны; __ - в обонятельной рецепции одорантов, имеющих острый и гнилостный запахи, внутриклеточные сигнальные системы не участвуют; - действие на митохондриальное дыхание качественно разных одорантов принципиально различно; - качественно разные одоранты по-разному изменяют двигательную активность обонятельных жгутиков. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Благодаря проведению комплексного исследования механизмов обонятельной трансдукции, клеточного метаболизма, двигательной активности обонятельных жгутиков, роли цитоскелета и электрофизиологических реакций в рецепторных клетках обонятельной выстилки лягушки при стимуляции одорантами, имеющими разные запахи, впервые выявлены гетерогенные механизмы обонятельной рецепции. Гетерогенность проявляется в том, что в рецепторные процессы, обеспечивающие восприятие веществ, обладающих разными запахами, вовлекаются различные сигнальные системы: в рецепцию веществ, обладающих прогорклым, эвкалиптовым и фруктовым запахами, — цАМФ, а в рецепцию одорантов с камфорным и цветочным запахами - 1,4,5-трифосфоинозитиды. При этом у веществ, входящих в одну группу химических соединений, в механиз- 11 ме трансдукции участвуют различные сигнальные системы обонятельных 7 клеток. * Впервые показано, что гетерогенность обонятельной трансдукции про- является и в том, что при участии в рецепции разных одорантов одной и той же сигнальной системы ее компоненты могут быть различными. Так, под действием ванилина и камфоры в обонятельных клетках стимулируется гидролиз фосфоинозитидов. Однако в восприятии ванилина участвует Goif-белок, а ,' камфоры нет. - Впервые выявлено, что для восприятия веществ с камфорным и эвка- ^ липтовым-запахами.необходимо участие тирозинкиназы, передающей сигнал далее на эффекторные белки: фосфолипазу С для камфоры и аденилатцикла-зу - для цинеола. В обонятельную рецепцию одорантов, имеющих острый и гнилостный запахи, внутриклеточные сигнальные системы не вовлекаются. Эти одоранты действуют непосредственно на митохондрии. к Впервые гетерогенность обонятельной рецепции обнаружена в принци- пиальных различиях действия ни активность дыхательной цепи митохондрий одорантов, обладающих разными запахами. Пахучие вещества, обладающие прогорклым, камфорным, эвкалиптовым, фруктовым и цветочным запахами активируют митохондриальное дыхание, но такая активация связана с повышением содержания кальция в цитозоле обонятельных клеток, что, в свою очередь, обусловлено влиянием одорантов на внутриклеточные сигнальные системы: амилового спирта, амилацетата и цинеола- на цАМФ (через аде-нилатциклазу), камфоры и ванилина - на 1Рз (через фосфолипазу С). Одоранты, имеющие острый и гнилостный запахи, оказывают непосредственное действие на окислительный метаболизм обонятельных клеток. При этом аммиак ингибирует транспорт электронов по дыхательной цепи митохондрий обоня- 12 тельных клеток с флавопротеидов на убихинон, тогда как сероводород - на всем ее протяжении. Гетерогенность выявлена и при исследовании изменений двигательной активности обонятельных жгутиков. Показано, что амиловый спирт, камфора, цинеол, амилацетат, ванилин и аммиак инициировали цилиарные движения, тогда как сероводород их останавливал. Поскольку в рецепцию этих одорантов вовлекаются различные сигнальные системы, то и механизмы, участвующие в изменении характера жгутиковой активности, тоже разные, что является еще одним аргументом в пользу неоднородных физических и химических процессов, лежащих в основе биомеханических процессов жгутикового аппарата обонятельных клеток. Это относится и к формированию в них актиновогоцитоскелета, обеспечивающего «им активные движения при стимуляции одорантами, что впервые было нами показано. Таким образом, в диссертационной работе впервые показано, что разнородная рецепция пахучих веществ является сложным процессом,- который включает механизм обонятельной трансдукции, сопряженный с активацией дыхательной цепи митохондрий и биомеханическими преобразованиями жгутикового аппарата обонятельных клеток. При этом рецепция одорантов, обладающих качественно разными запахами, обеспечивается посредством неоднородных физических и химических процессов. Следовательно, не только вкусовой, каротидной, медуллярной, но и обонятельной рецепции присуща гетерогенность механизмов трансдукции. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Теоретическая значение проведенной работы заключается в том, что выявленная гетерогенность обонятельной рецепции существенно дополнила концепцию гетерогенности хеморецепции, распространив ее на все хемосенсор-ные системы. Выявление биофизических, биохимических и физиологических 13 механизмов внутриклеточной сигнализации в обонятельных рецепторах имеет важное значение для понимания процессов, осуществляющих восприятие внешнего сигнала и передачу информации о нем в центральную нервную систему. Самостоятельное теоретическое значение имеют полученные в работе данные о реорганизации актинового цитоскелета в процессе восприятия обонятельного стимула, что расширило представление о роли движений обонятельных жгутиков в активном поиске пахучих веществ, растворенных в обонятельной слизи. Полученные в работе новые данные о неоднородности физических и химических механизмов обонятельной рецепции имеют не только теоретическое, но и практическое значение для медицины, парфюмерии, сельского хозяйства и экологии. Знание особенностей строения и работы, обонятельных рецепторных клеток необходимо для активного вмешательства при некоторых патологических состояниях, в частности, при аносмиях. Изучение механизмов действия, а также синтез в промышленных масштабах веществ, обладающих отпугивающими или привлекающими запахами, могут играть решающую роль в овладении методами активного управления поведением и регулирования численности полезных или вредных для человека животных. Понимание механизмов обонятельной рецепции важно для бионики. Биофизические механизмы узнавания запахов могут быть основой для создания искусственных обонятельных сенсоров при конструировании сверхчувствительных приборов химического анализа. Результаты работы могут быть использованы при чтении курса лекций по физиологии сенсорных систем, биофизике сенсорных систем, а также внутриклеточным сигнальным системам. 14 Апробация работы. Результаты исследований были представлены и обсуждены на: Всероссийской научно-практической конференции, посвящен- ной 30-летию Красноярского легочно-аллергологического центра (Красно- ярск, 1997); VII национальном Конгрессе по болезням органов дыхания (Москва, 1997); Всероссийской научно-практической конференции « Проблемы терапевтической и хирургической пульмонологии» (20 - 22 октября, 1997; Санкт-Петербург, 1997); Международном симпозиуме, посвященном 150-летию И.П.Павлова «Механизмы* адаптивного поведения» (Санкт-Перебург, 1999); X международном симпозиуме «Экологические проблемы v*> адаптации» (Москва, 29-31 января 2001); Международной конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем», посвященной 75 -ле-тию со дня рождения А.М.Уголева (Санкт-Петербург, 14 - 16 марта, 2001); IV Международной конференции'по фундаментальной нейроморфологии. Колосовские чтения 2002 (Санкт-Петербург, 2002); XVII съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001); Всероссийской Конфе- ^ ренции «От современной' фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям» (доклад на тему: «Гетерогенность биофизических механизмов» (Пущино, 11-14 ноября, 2002)); научно-практической конференции, посвященной 40-летию больницы РАН (Санкт-Петербург, 25 декабря, 2002); IV Всесоюзной конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» (Санкт-Петербург, 6-7 июня, 2002); XI Международном симпозиуме «Экологические проблемы адаптации» (Москва, 2003); Научной конференции по итогам работы в 2003 г. в рамках программы «Фундаментальная наука - медицине» (10 - 11 декабря. Москва, 2003); Ш съезде биофизиков России (24 - 29 июня 2004). Воронеж, 2004; Международной конференции «Проблемы интеграции функций в физиологии и медицине» (к 100-летнему юбилею присуждения 15 Нобелевской премии академику И.П.Павлову) (15 - 16 июня 2004). Минск, Республика Беларусь. 2004; Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнические ситемы в XXI веке» Санкт-Петербург. 2004. Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 научных работ в отечественной и зарубежной печати.

Список литературы

Цена, в рублях: (при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)	1425

Скачать бесплатно	22958.doc

Найти готовую работу

ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:

Связаться

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ

15.04.24 Задачи, условия и этапы организации экспериментальной работы

15.04.24 Критерии качества преподавания

15.04.24 Категория нормы в обучающей деятельности

Архив материала для курсовых и дипломных работ

Ссылки:

Счетчики:

© 2006-2022. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.