23:59
Comentarii Adauga Comentariu

Studiul relevă modul în care funcționează receptorii mirosului



Studiul relevă modul în care funcționează receptorii mirosului

de Universitatea Rockefeller

Porul canalului (albastru) al unui receptor olfactiv se dilată (roz) atunci când o moleculă de miros leagă receptorul. Credit: Laborator de neurofiziologie și comportament la Universitatea Rockefeller.

Toate simțurile trebuie să țină cont de bogăția lumii, dar nimic nu se potrivește cu provocarea cu care se confruntă sistemul olfactiv care stă la baza simțului mirosului. Avem nevoie doar de trei receptori în ochii noștri pentru a simți toate culorile curcubeului - asta pentru că nuanțe diferite apar ca unde de lumină care variază pe o singură dimensiune, frecvența lor. Lumea plină de culoare vibrantă, totuși, pălește în comparație cu complexitatea lumii chimice, cu numeroasele sale milioane de mirosuri, fiecare compusă din sute de molecule, toate variind foarte mult în formă, dimensiune și proprietăți. Mirosul cafelei, de exemplu, reiese dintr-o combinație de mai mult de 200 de componente chimice, fiecare dintre acestea fiind structural diverse, și niciuna dintre acestea nu miroase ca cafea de la sine.

„Sistemul olfactiv trebuie să recunoască un număr mare de molecule cu doar câteva sute de receptori ai mirosului sau chiar mai puțin”, spune neurologul Rockefeller Vanessa Ruta. "Este clar că a trebuit să evolueze un alt tip de logică decât alte sisteme senzoriale."

Într-un nou studiu, Ruta și colegii ei oferă răspunsuri la întrebarea veche de zeci de ani de recunoaștere a mirosurilor, oferind primele puncte de vedere moleculare ale unui receptor olfactiv la locul de muncă.

Constatările, publicate în Nature, arată că receptorii olfactivi urmează într-adevăr o logică rar întâlnită la alți receptori ai sistemului nervos. În timp ce majoritatea receptorilor sunt formați în mod precis pentru a se împerechea cu doar câteva molecule selectate într-un mod blocat, majoritatea receptorilor olfactivi se leagă fiecare de un număr mare de molecule diferite. Promiscuitatea lor în asocierea cu o varietate de mirosuri permite fiecărui receptor să răspundă la multe componente chimice. De acolo, creierul își poate da seama de miros luând în considerare tiparul de activare al combinațiilor de receptori.

Recunoaștere holistică

Receptorii olfactivi au fost descoperiți acum 30 de ani. Dar oamenii de știință nu au reușit să le vadă de aproape și să le descifreze funcționarea structurală și mecanicistă, în parte, deoarece acești receptori nu s-au împrumutat metodelor de imagistică moleculară disponibile în mod obișnuit. Complicând problema, pare să nu existe nicio rimă sau motiv pentru preferințele receptorilor - un receptor individual al mirosului poate răspunde compușilor care sunt atât structurali cât și chimici diferiți.

„Pentru a forma o înțelegere de bază a recunoașterii mirosurilor, trebuie să știm cum un singur receptor poate recunoaște mai multe substanțe chimice diferite, care este o caracteristică cheie a modului în care funcționează sistemul olfactiv și a fost un mister”, spune Josefina del Mármol, postdoc în Ruta laborator.

Așa că Ruta și del Mármol, împreună cu Mackenzie Yedlin, un asistent de cercetare în laborator, și-au propus să rezolve structura unui receptor de miros profitând de progresele recente în microscopia crio-electronică. Această tehnică, care implică fascicularea de electroni la un specimen înghețat, poate dezvălui construcții moleculare extrem de mici în 3D, până la atomii lor individuali.

Echipa s-a îndreptat spre coada puie sărită, o insectă care locuiește la sol, al cărei genom a fost secvențiat recent și are doar cinci tipuri de receptori olfactivi. Deși sistemul olfactiv al coamei de soare este simplu, receptorii săi aparțin unei mari familii de receptori cu zeci de milioane de variante despre care se crede că există în sutele de mii de specii de insecte diferite. În ciuda diversității lor, acești receptori funcționează la fel: formează un canal ionic - un por prin care curg particule încărcate - care se deschide numai atunci când receptorul își întâlnește mirosul țintă, activând în cele din urmă celulele senzoriale care inițiază simțul mirosului.

Cercetătorii au ales OR5, un receptor din coada puie sărită, cu o capacitate largă de recunoaștere, care răspunde la 60% din moleculele mici pe care le-au testat.

Apoi au examinat structura OR5 singură și, de asemenea, legată de o substanță chimică, fie eugenol, o moleculă obișnuită de miros, fie DEET, insectifug. „Am învățat multe din compararea acestor trei structuri”, spune Ruta. „Unul dintre lucrurile frumoase pe care le puteți vedea este că în structura nelegată porul este închis, dar în structura în care este legat fie cu eugenol, fie cu DEET, porul s-a dilatat și oferă o cale de curgere a ionilor.”

Cu structurile în mână, echipa s-a uitat mai aproape pentru a vedea exact unde și cum se leagă cele două molecule chimic diferite de receptor. Au existat două idei despre interacțiunile receptorilor de miros cu moleculele. Unul este că receptorii au evoluat pentru a distinge porțiuni mari de molecule, răspunzând la o caracteristică parțială, dar definitorie a unei molecule, cum ar fi o parte a formei sale. Alți cercetători au propus ca fiecare receptor să împacheteze mai multe buzunare pe suprafața sa simultan, permițându-i să acomodeze mai multe molecule diferite.

Dar ceea ce a găsit Ruta nu se potrivește niciunui dintre aceste scenarii. S-a dovedit că atât DEET cât și eugenolul se leagă în aceeași locație și se încadrează în întregime într-un simplu buzunar din receptor. Și în mod surprinzător, aminoacizii care căptușesc buzunarul nu au format legături chimice puternice, selective cu odoranții, ci doar legături slabe. În timp ce în majoritatea celorlalte sisteme, receptorii și moleculele lor țintă sunt potriviri chimice bune, aici păreau mai degrabă ca niște cunoscuți prietenoși. „Aceste tipuri de interacțiuni chimice nespecifice permit recunoașterea diferitelor substanțe odorante”, spune Ruta. In acest fel, receptorul nu este selectiv fata de o anumita caracteristica chimica. Mai degraba, recunoaste natura chimica mai generala a mirosului, spune Ruta.

Și după cum a arătat modelarea computerizată, același buzunar ar putea găzdui multe alte molecule de miros în același mod.

Dar promiscuitatea receptorului nu înseamnă că nu are nicio specificitate, spune Ruta. Deși fiecare receptor răspunde la un număr mare de molecule, este insensibil la alții. Mai mult, o mutație simplă în aminoacizii locului de legare ar reconfigura în general receptorul, schimbând moleculele cu care preferă să se lege. Această ultimă descoperire ajută, de asemenea, să explice modul în care insectele au reușit să evolueze multe milioane de soiuri de receptori de miros potrivite pentru gama largă de stiluri de viață și habitate pe care le întâlnesc.

Constatările sunt probabil reprezentative pentru mulți receptori olfactivi, spune Ruta. Aceștia indică principiile cheie ale recunoașterii mirosurilor, nu numai în receptorii insectelor, ci și în receptorii din nasul nostru, care trebuie să detecteze și să discrimineze lumea chimică bogată.

Notă

Legături mai slabe în biologie

Legături de hidrogen

Legăturile ionice și covalente dintre elemente necesită energie pentru a se rupe. Legăturile iconice nu sunt la fel de puternice ca și covalente, ceea ce determină comportamentul lor în sistemele biologice. Cu toate acestea, nu toate legăturile sunt legături ionice sau covalente. Legături mai slabe se pot forma și între molecule. Două legături slabe care apar frecvent sunt legăturile de hidrogen și interacțiunile van der Waals. Fără aceste două tipuri de legături, viața așa cum o știm nu ar exista. Legăturile de hidrogen oferă multe dintre proprietățile critice, care susțin viața apei și stabilizează, de asemenea, structurile proteinelor și ADN-ului, elementul constitutiv al celulelor.

Când se formează legături covalente polare care conțin hidrogen, hidrogenul din această legătură are o sarcină ușor pozitivă, deoarece electronul hidrogenului este tras mai puternic spre celălalt element și e mai departe de hidrogen. Deoarece hidrogenul este ușor pozitiv, va fi atras de sarcinile negative vecine. Când se întâmplă acest lucru, apare o interacțiune slabă între δ + a hidrogenului dintr-o moleculă și sarcina δ– pe atomii mai electronegativi ai altei molecule, de obicei oxigen sau azot, sau în cadrul aceleiași molecule.

LEGĂTURA DE HIDROGEN ÎNTRE MOLECULELE DE APĂ

Diagramă care prezintă legături de hidrogen formate între moleculele de apă adiacente. Într-o singură moleculă de apă, doi atomi de hidrogen sunt legați de un atom de oxigen cu o legătură covalentă. Moleculele de apă adiacente sunt legate împreună cu legături slabe de hidrogen, unde atomii de hidrogen ai moleculelor de apă se leagă împreună cu atomul de oxigen al altei molecule de apă.

Figura 1. Legăturile de hidrogen se formează între sarcini ușor pozitive (δ +) și ușor negative (δ–) ale moleculelor covalente polare, cum ar fi apa.

Această interacțiune se numește o legătură de hidrogen. Acest tip de legătură este comun și apare în mod regulat între moleculele de apă. Legăturile individuale de hidrogen sunt slabe și se rup ușor; cu toate acestea, ele apar în număr foarte mare în apă și în polimeri organici, creând o forță majoră în combinație. Legăturile de hidrogen sunt, de asemenea, responsabile de fixarea împreună a dublei spirale ADN.

interacțiunile van der Waals

La fel ca legăturile de hidrogen, interacțiunile van der Waals sunt atracții slabe sau interacțiuni între molecule. Ele sunt, de asemenea, numite forțe inter-moleculare. Acestea apar între atomii polari, legați covalent în diferite molecule. Unele dintre aceste atracții slabe sunt cauzate de sarcini parțiale temporare formate atunci când electronii se deplasează în jurul unui nucleu. Aceste interacțiuni slabe între molecule sunt importante în sistemele biologice și apar pe baza proximității fizice.


(Fluierul)


Linkul direct catre Petitie

CEREM NATIONALIZAREA TUTUROR RESURSELOR NATURALE ALE ROMANIEI ! - Initiativa Legislativa care are nevoie de 500.000 de semnaturi - Semneaza si tu !

Comentarii:


Adauga Comentariu



Citiți și cele mai căutate articole de pe Fluierul:

New York City va denumi o stradă "Black Lives Matter" în fiecare cartier

Sex oral într-o parcare din Bucureşti. Ea e dezbrăcată, el cu pantalonii în vine IMAGINI XXX

Joe Biden conduce încă în fața președintelui Trump, dar cursa se strânge: sondajul IBD / TIPP

Dacii liberi făceau piepteni din corn de cerb la Pericei

Dolj: 17 angajați ai Ford Craiova, confirmați cu noul coronavirus. Daca va muri cineva dintre ei sau din familiile lor sau dintre rudele și prietenii lor, CINE RĂSPUNDE? Nu angajatorul, în Fabrica căruia s-au infectat, ar trebui să răspundă?

Cristoiu publică un articol al lui Nae Ionescu : "Avem, categoric, (la adresa străinătății), o mentalitate de slugi; nu de robi liberaţi, ci de slugi."

STUDIU - Jackson State University:"Nașterea Prematură, Vaccinarea și Tulburările Neurodezvoltării: un studiu transversal al copiilor vaccinați și nevaccinați de 6-12 ani din Statele Unite"


Pag.1
Nr. de articole la aceasta sectiune: 7, afisate in 1 pagina.