Geur en smaak signalen

Geur en smaak wordt opgewekt door elektronische impulsen in de hersenen. Hoe deze waarnemingen precies tot stand komen is nog onbekend, met name het deel dat zich afspeelt in de hersenen. Het traject dat uiteindelijk leidt tot dit signaal is wel voor een groot deel duidelijk. In dit artikel wordt het traject vanaf geur- en smaakmolecuul tot het signaal naar de hersenen besproken.

Geur

Geurmoleculen stimuleren receptoren in de hoogste plek van de nasal cavity, de olfactory region. Het bevat een olfactory epitheel (dun weefsellaagje) dat 10 miljoen olfactory neuronen bevat. De axonen van deze neuronen monden uit in de olfactory bulb. Axonen afkomstig van dezelfde soort receptoren komen daar samen in zogeheten glomeruli waar ze synapseren met tweede orde olfactory neurons. Olfactory tracts verbinden de olfactory bulb met de hersenschors. De dendrieten van de neuronen reiken tot het epitheel en eindigen daar in de vorm van olfactory vesicles. Deze bezitten kleine haartjes, olfactory hairs, die in een muceus laagje zitten.

Pathway van molecuul tot hersensignaal

• Geurmoleculen komen betreden de nasal cavaty en lossen op in het vloeistoflaagje dat het epitheel bedekt
• Sommige moleculen binden aan 7-transmembrane odorant receptors van de olfactory hairs membranen
• G-eiwit wordt actief
• De α-subeenheid bindt aan adenylate cyclase en activeert het hiermee
• Het adenylate cyclase katalyseert de omzetting van ATP tot cAMP
• cAMP opent de Na+ en Ca2+-kanalen

• De plotse toename van ionen in de olfactory hairs veroorzaakt depolarisatie en daarmee actiepotentialen in de olfactory neurons

Soorten geuren

Er zijn zeven soorten geuren: camphoraceous, muskachtig, bloemig, pepermuntachtig, ethereal (ethers), bijtend en rottende geuren. Een receptor kan interacties ondergaan met verschillende geurmoleculen. Ze kunnen verzadigd raken met geurmoleculen waardoor ze niet langer reageren op andere geurmoleculen. Hierdoor wordt een persoon minder gevoelig voor een geur nadat hij een poosje bloot is gesteld aan een bepaalde geur.

Anatomie

Axonen van de olfactory zenuwcellen vormen de olfactory zenuwen. Ze betreden de olfactory bulb waar de axonen van de neuronen van dezelfde receptoren zich verzamelen in glomeruli. Daar synapseren ze met de dendrieten van mitral cells of tufted cells. Hun axonen vormen de olfactory tracts en synapseren met granule cells. Granule, tufted en mitral cellen vormen samen de olfactory bulb neurons.
Elke olfactory tract komt in de olfactory cortex terecht, een gebied van de hersens dat in drie gebieden verdeeld kan worden:

• Lateral olfactory area: betrokken bij bewustwording geur
• Medial olfactory area: verantwoordelijk voor emotionele reacties op geur, staat in contact met limbisch systeem en daarmee ook met de hypothalamus
• Intermediate olfactory area: ontvangt input van de medial en lateral olfactory areas. Axonen van de intermediate olfactory area reiken vervolgens via de olfactory tracts tot de bulb. Daar synapseren ze met de olfactory bulb neurons. De intermediate olfactory area kan door aanpassing op receptor-, olfactory bulb- en CNS-niveau het systeem ongevoelig maken voor een geur na korte blootstelling.

Je kan verschillende geuren herkennen omdat geurmoleculen verschillende eenheden bevatten zodat één molecuul op verschillende receptoren kan binden. Bovendien kunnen receptoren ook verschillende structuren binden. Zo kunnen veel verschillende combinaties ontstaan.

Smaak

Verschillende papillen

Er zijn vier typen papillen

1. Vallate (‘omringd door een muur’)
2. Fungiform (‘paddestoelvormig’)
3. Foliate (‘bladvormig’)
4. Filiform (‘draadvormig’)

• Vallate papillen zijn de grootste, maar komen het minste voor. 8-12 van deze papillen vormen een V-vorm achter op de tong.
• Fungivormige papillen zijn onregelmatig over het hele oppervlak van de tong verdeeld en ogen als rode puntjes.
• Foliate papillen zitten in vouwen aan de zijkant van de tong en bevatten de meest gevoelige taste buds. Het aantal neemt af met de leeftijd.
• Filivormige papillen komen het meest voor, maar zijn de enige papillen die geen taste buds hebben.

Taste buds zijn ovale structuren die zich in het epitheel van de tong en mond bevinden. Er zijn drie soorten:

1. Sensory cells: elke cel bestaat uit ong. 50 taste/gustatory cells
2. Basal cells: kunnen geen smaak detecteren
3. Supporting cells: kunnen geen smaak detecteren

Hoe komt smaak tot stand

Substanties genaamd tastants die opgelost zijn in het speeksel betreden de tast pore en bereiken daar het membraan van de gustatory hairs. De smaken komen op verschillende manieren tot stand.
Zout: Na+ diffundeert door de Na+ kanalen de cel in en veroorzaakt depolarisatie

Zuur: H+ ionen of zuren kunnen depolarisatie op drie manieren veroorzaken.

1. De cel direct betreden door H+ kanalen,
2. binden aan ligand-gated K+ kanalen om het kanaal te sluiten zodat K+ de cel niet meer uit kan,
3. openen van ligand-gated kanalen van andere positieve ionen, zodat die de cel in kunnen

Zoet: Tastants binden aan receptors op de gustatory hairs van de smaakcellen en veroorzaken depolarisatie d.m.v. een G-eiwit mechanisme (α-subeenheid activeert adenylate cylclase wat cAMP produceert. cAMP activeert een kinase die K+ kanalen fosforyleert, K+ kanaal sluit hierdoor)

Bitter: Tastants binden aan receptors op de gustatory hairs van de smaakcellen en veroorzaken depolarisatie d.m.v. een G-eiwit mechanisme (α-subeenheid activeert fosfolipase C wat PIP2 omzet tot IP3. IP3 zorgt voor vrijkomen van Ca2+ uit interne reserves)

Umami: Aminozuren als glutamaat binden aan receptors op de gustatory hairs van smaakcellen en veroorzaken vervolgens depolarisatie d.m.v. een G-eiwit mechanisme (α-subeenheid activeert adenylate cyclase wat de omzetting van ATP tot cAMP katalyseert. cAMP opent Ca2+ kanalen)

Indeling zenuwen

Smaak van het voorste 2/3 deel van de tong wordt geregeld door de chorda tympani, een tak van de gezichtszenuw (VII). Smaak van het achterste 1/3 deel van de tong en de vallate papillen wordt geregeld door de glossopharyngeal nerve (IX). Als aanvulling verzorgt de vagus nerve (X) smaak afkomstig van het strottenklepje. Deze zenuwen reiken vanaf de taste buds tot aan de tractus solitarius van het medulla oblongata. Vezels van de tractus solitarius zijn verbonden met de thalamus. Neuronen van de thalamus reiken weer tot het smaakgebied van de cortex. Geur en smaak hangen samen. Geurmoleculen in je mond bereiken de neus via de neusholte. Smaak is dus een combinatie van geur en proeven.