Geruchssinneszelle einer Ameise erklären?
Hallo Community!
Im Rahmen des Biologie GK soll ich folgendes erklären:
"Erläutern Sie die Umwandlung von Reiz in Erregung bei der Geruchssinneszelle einer Ameise als Signaltransduktion."
Ich habe wirklich Schwierigkeiten mit dieser Aufgabe, gerade weil wir nur die Aufgabenstellung bekommen haben, ohne das ihr in irgendeiner Weise Informationsmaterial beilag. Wegen des fehlenden Materials habe ich auch andere Leute aus meinem Kurs gefragt, die jedoch genauso überfordert sind wie ich. Es haben sich bereits mehrere Personen an die zuständige Lehrkraft unseres Kurses gewandt und wir bekommen seit Tagen keine Antwort. Laut der Lehrkraft wird es uns negativ angerechnet wenn wir ohne einen Ansatz oder die Lösung in der nächsten Videokonferenz auftauchen.
Ich hoffe es kennt sich jemand gut genug damit aus um mir den Vorgang zu erklären, es liegt mir viel daran keine negative Bewertung zu bekommen. Meiner Meinung nach hätte wenigstens ein kurzer Text oder eine Grafik zur Verfügung gestellt werden sollen, um es uns etwas zu veranschaulichen. Das war wiegesagt nicht der Fall, also hoffe ich wirklich sehr inständig auf Hilfe. Vielen Dank im Voraus.
1 Antwort
Hi,
um die Frage zu beantworten, muss man auf zwei Ebenen recherchieren, nämlich einmal, wie riechen Wirbellose (Insekten)? und zum zweiten, wie sieht die Signaltransduktion bei Insekten aus. Außerdem sollte man sich eine Reihe von Fachbegriffen aneignen (s.u.), deren Eingabe bei Google umgehend zu Treffern führt.
Insekten haben auf ihren Antennen Sinneshaare, die riechen können, sog. Riechsensillen.
Bildquelle: https://invbrain.neuroinf.jp/modules/htmldocs/IVBPF/Ant/Ant_behavior.html
Diese Riechsensillen haben an ihrer Oberfläche Porenkanäle, durch die Duftmoleküle in die Riechsensille gelangen (Olfactory pore). In der haarförmigen Sensille liegt ein cilienartiger Dendrit einer für das Riechen zuständigen Sinneszelle (Dendritic outer segment), einer sog. Riechzelle. Duftmoleküle binden dort an membranständige Rezeptoren, die im Außensegment der Dendritenmembran liegen. Die Riechzellen wandeln den Duftreiz in ein elektrisches Signal der Zelle um und die Riechzelle leitet die Information über eine Nervenfaser (Axon, Aktionspotentiale) dem Zentralnervensystem der Ameise zu, welches aus kugelförmigen Gewebearealen des Insektengehirns besteht, den sog. Glomeruli (hier nicht gezeigt). Das Gehirn verarbeitet die Duftwahrnehmung.
Jetzt kann man sich auf die Riechzelle konzentrieren, um die Signaltransduktion anzuschauen.
Bildquelle: https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/embor.2010.8
Die Duftmoleküle (Odour) binden an membranständige Rezeptorproteine der Dendritenmembran. Ich habe jetzt einmal den menschlichen (Säugetier)-Typ dieser Duftrezeptoren und den Insektentyp nebeneinander gelegt. Früher dachte man, dass die Signaltransduktion bei Insekten im Grunde analog wie bei Menschen ablaufen würde, nämlich Duftmoleküle binden an Rezeptorproteine, diese sind G-Protein-gekoppelt und aktivieren auf der Innenseite der Zellmembran einen Signalweg, bei dem cyclisches cAMP gebildet wird. Dieses öffnet cAMP-aktivierbare Kationenkanäle, die Sinneszelle wird depolarisiert. Die Depolarisation (das positiver werden des Membranpotentials) löst Aktionspotentiale im Axon der Sinneszelle aus. Den Chloridkanal ignorieren wir jetzt mal.
Neuere Untersuchungen legen nahe, dass Insekten einen Rezeptortyp nutzen könnten, der direkt einen unspezifischen Kationenkanal öffnet (rechts). Das Prinzip ist aber gleich, das Öffnen von Kationenkanälen. In älterer Literatur wird man darauf stoßen, dass es so wie links beschrieben wird. Ob oder wo eine cAMP-Signalkasakade zwischengschaltet ist, wie links oder ob die Signalübertragung ohne sie auskommt, wie rechts, ist unklar. Ihr könnt euch auf die ältere Information berufen, weil sie in vielen Lehrbüchern steht, aber auch Bonuspunkte sammeln, indem ihr die Forschungsfront zitiert, die die Allgemeingültigkeit des cAMP-Signalweges aufgrund der Befunde in Frage stellt.
However, recent investigations into the molecular mechanisms of chemosensory signalling have revealed an unexpected dichotomy: mammals (and vertebrates in general) almost exclusively use metabotropic chemosensory receptors—that is, the ligand‐binding receptors indirectly activate ion channels through second messengers—whereas insects (and possibly all arthropods) might predominantly use ionotropic mechanisms, in which the primary chemosensory receptors are ligand‐gated ion channels
https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/embor.2010.8
Trotzdem es sich um eine Ameise handelt, finden sich erstaunliche strukturelle und funktionelle Übereinstimmungen zwischen Insekten und Menschen und das sind zugleich eure Fachbegriffe für die Videokonferenz:
- Riechzelle, Sinneszelle
- Riechsensillen bei Insekten (enthalten Riechzellen, bei uns Nasenschleimhaut)
- Dendriten (bei uns "Riechhärchen" im "Riechschleim")
- membranständige Rezeptorproteine
- Signaltransduktion über Öffnen von Kationenkanälen der Sinneszell(Riechzell-)membran, durch chemische Signalmoleküle ("Duftstoffe"), teils cAMP-vermittelt
- Signalweg über second messenger (cAMP)
- Depolarisation des Membranpotentials der Riechzelle aufgrund des Öffnens
- Bildung von Aktionspotentialen
- Informationsweiterleitung im Axon
- besondere Hirnareale für die Riechwahrnehmung (Glomeruli)
LG
Hallo. Vielen Dank das Sie sich die Zeit genommen haben um mir diesen Aspekt zu erklären. Ich habe dank Ihnen nun die Möglichkeit mir an Hand des Textes, der Bilder und auch der Links ein besseres Verständnis anzueignen. Ihre Antwort ist unglaublich hilfreich, vielen vielen Dank.