Cold Spring Harb Perspect Biol. 2012 ; 4(1): a005991. doi: 10.1101/cshperspect.a005991

12.3 GPCRs in Vision, Olfaction, and Gustation

Gosto (doce e amargo)

Gosto (azedo)

Cold Spring Harb Perspect Biol. 2012 ; 4(1): a005991. doi: 10.1101/cshperspect.a005991

(A) fotorecepção em cones e bastonetes

(B) olfato no epitélio olfatório principal;

(C) sal (à esquerda) e gosto doce (à direita)

(D) audição e equilíbrio

Nos feixes de células ciliadas vestibulares e auditivas, não se sabe se os canais de transdução residem em ambas as extremidades ou em apenas uma extremidade dos elementos elásticos extracelulares (ligações de ponta); no painel D, os canais são mostrados em ambas as extremidades.

(E) dor / termosensibilidade.

Na dor / termossensibilidade mediada pelo TRPV1, a figura mostra agentes inflamatórios (prótons extracelulares, lipídios bioativos, peptídeos e neurotrofinas) atuando para aumentar a abertura do canal como moduladores alostéricos diretos do TRPV1 ou através de vias de sinalização do segundo mensageiro

http://www.cochlea.org/en/hear/human-auditory-range

http://www.cochlea.org/en/hear/human-auditory-range

Pequena molécula orgânica ~400 D. Variam: -Forma, -Tamanho -Grupo funcional -Carga elétrica

Ácidos, álcoois, aldeídos, cetonas, ésteres, moléculas com anel aromático, etc.

Feromônio Substancia química produzida por um organismo vivo que transmite uma mensagem a outros indivíduos da mesma espécie.

-Sexual -Social -Desenvolvimento

Odor

Sistema Epitélio Olfatorio

Órgão vomeronasal

Odor

Feromônio

Epitélio Olfatório

Receptores

Odor Feromônio

~1000 ~150 ~35

~350 ~140 ~120

Camundongo

Humano

Na+, Ca2+

Na+, Ca2+

Membrana plasmática

Célula despolarizada Transdução

Canal iônico aberto

Proteína G

Adenilciclase

Sinal

Malnic, et al. 1999

Código combinatórial de receptores de odor

1 Receptor

Vários odores

1 Odor

Combinação de vários

receptores

ODOR RECEPTORES

EMBO Rep, Volume: 11, Issue: 3, Pages: 173-179, January 2010, DOI: (10.1038/embor.2010.8)

Signalling mechanisms of mammalian and insect odorant receptors. A schematic of the molecular basis of olfactory signal transduction in the mouse and fruit fly. ACIII, type III adenylyl cyclase; ATP, adenosine triphosphate; cAMP, cyclic adenosine monophosphate; ANO2, anoctamin 2 channel; CNG, cyclic nucleotide‐gated channel;.Gαolf, olfactory G protein α‐subunit; OR, odorant receptor.

MICROSCOPY RESEARCH AND TECHNIQUE 58:135–141 (2002)

LUZ → FÓTON

Fótons

Segmento externo

Segmento interno

Discos contendo Rodopsina

Microtúbulos

Mitocôndrias RER

Golgi

Núcleo

Sinapse

Célula bastonete humano

Rhodopsin is a light-activated GPCR found in the rod cells of the eye. Rhodopsin molecules are located within membrane disks in the outer segments of rod cells. About 107 copies of rhodopsin occur per cell. Rod cells are important in capture of low intensity light having a broad range of wavelengths. Closely related color pigment receptors that respond to more limited regions of the visual spectrum (i.e., blue, green, & red light) are present in cone cells.

Compartimento do disco

Proteína G transducina

Citosol

-Opsina (40 kD) – 7 hélices transmembrana.

+ -Cromóforo: 11-cis-retinal (ligado a sétima helice: Lys257)

Cromóforo Opsina Rodopsina

Receptor

Mechanism of Rhodopsin Activation by Light

Rhodopsin consists of the protein opsin bound to the visual pigment, 11-cis-retinal. Like other GPCR family members, rhodopsin is a 7-transmembrane segment protein. Rhodopsin signaling is initiated when the retinal chromophore absorbs a photon of light. Light absorption causes an electronic rearrangement and isomerization from 11-cis- to all-trans-retinal. The isomerization triggers a conformational change in opsin, leading to activation of a bound G protein known as transducin (Gt). All-trans-retinal is released and recycled to 11-cis-retinal which later recombines with opsin.

Mechanism of Rhodopsin Signaling I

Light absorption by rhodopsin triggers GTP/GDP exchange on the transducin Gαt subunit, and dissociation of this trimeric G protein (Steps 1 & 2). Gαt-GTP binds to and activates a cGMP phosphodiesterase, reducing intracellular cGMP level (Steps 3 & 4).

This indirectly results in the closing of non-selective Na+/Ca2+ ion channels in the cytoplasmic membrane and hyperpolarization of the membrane potential (Step 6). This results in decreased release of neurotransmitter from the cells. Thus, light is perceived by the brain due to a decrease in nerve impulses coming from rod cells. Studies have shown that only 5 photons must be absorbed per human rod cell to transmit a signal. A single activated molecule of rhodopsin activates ~500 transducin molecules in a classic example of signal amplification.

Rhodopsin signaling must be rapidly shut down in order for the eye to detect rapid movement and other changes in objects in our surroundings. The shut down of signaling is accomplished in about 50 milliseconds, and involves several contributing processes. First, Gαt-bound GTP is rapidly hydrolyzed.The hydrolysis of GTP by Gαt is stimulated by a dimeric GAP protein consisting of the RGS9/Gß5 subunits (Step 7, preceding slide). Second, Ca2+-sensing proteins that detect a fall in intracellular Ca2+ stimulate the activity of guanylate cyclase, leading eventually to re-opening of ion channels. Finally, the ability of activated rhodopsin to stimulate transducin is down-regulated by the phosphorylation of rhodopsin by rhodopsin kinase. Signaling by triphosphorylated rhodopsin is completely blocked by the binding of a protein called arrestin.

Mechanism of Rhodopsin Signaling II

CROMÓFORO e Vitamina A

Fóton

Luz

Canal iônico aberto Canal iônico

fechado

Transducção Visual

Sinais luminosos Sinais elétricos Cérebro

Célula hiperpolarizada

Célula polarizada

Obscuro

Comprimento de onda (nm)

Abso

rbân

cia

rela

tiva

(%)

Cones verdes

Cones vermelhos

Cones azuis

Rodopsina (Bastonetes)

Visão TRICROMÁTICA

(Short)

(Middle)

(Long)

The change in sensitivity of our eyes to high and low light levels is known as visual adaptation. In the dark, transducin molecule are transported to the outer rod segments, whereas arrestin molecules are transported elsewhere in the cell. In bright light, the distributions of transducin and arrestin are reversed. Through the distribution of these proteins, visual signaling is desensitized at high light levels and sensitized at low light intensities. Visual adaptation allows rod cells to perceive contrast over a 100,000-fold range of ambient light levels.

Visual Adaptation

Daltonismo: Herança ligada ao SEXO X´Y Avô

daltônico

XY Tio

normal

XY Tio

normal

XY Filho

normal

XY Pai

normal

X´Y Filho

daltônico

XX Filha

normal

X´X Avó

portadora

X´X Filha

portadora

X´X Madre

portadora

1a Geração

2a Geração

3a Geração

LUZ ODOR

Canal iônico fechado

Canal iônico aberto

CASCATA

Pensa-se que o sabor amargo protege contra a ingestão de venenos, muitos dos quais com sabor amargo. O sabor doce sinaliza açúcares e carboidratos. O gosto Umami é provocado por l-aminoácidos e nucleotídeos. O sabor salgado é gerado principalmente pelo Na + sabor azedo potentemente pelos ácidos orgânicos. Há evidências de que a gordura também pode ser detectada pelo paladar através de receptores dedicados.

doce

azedo

amargo

salgado

fermentado??

As três principais classes de células gustativas. Essa classificação incorpora características ultraestruturais, padrões de expressão gênica e as funções de cada uma das células gustativas dos Tipos I, II (receptor) e III (pré-sináptica). As células do tipo I (azul) degradam ou absorvem neurotransmissores. Eles também podem eliminar o K + extracelular que se acumula após potenciais de ação (mostrados como rajadas) nas células receptoras (amarelas) e pré-sinápticas (verdes). O K + pode ser extrudado através de um canal K apical como o ROMK. O sabor salgado pode ser transduzido por algumas células Tipo I, mas isso permanece incerto. Os compostos de sabor doce, amargo e umami ativam as células receptoras, induzindo-as a liberar ATP através dos hemicanais pannexin1 (Panx1). O ATP extracelular excita os receptores ATP (P2X, P2Y) nas fibras nervosas sensoriais e nas células gustativas. As células pré-sinápticas, por sua vez, liberam serotonina (5-HT), que inibe as células receptoras.

Proteínas que são expressas de maneira seletiva por tipo de célula.

EMBO Rep, Volume: 11, Issue: 3, Pages: 173-179, First published: 29 January 2010, DOI: (10.1038/embor.2010.8)

The main chemosensory organs, receptors and putative ligands in the mouse and the fruit fly. FPRs, formyl peptide receptors; GRs, gustatory receptors; IRs, ionotropic receptors; ORs, odorant receptors; T1Rs, taste receptors type 1; T2Rs, taste receptors type 2; TAARs, trace amine‐associated receptors; V1Rs, vomeronasal receptors type 1; V2Rs, vomeronasal receptors type 2.