گیرنده های بویایی چگونه کار می نمایند؟

به گزارش صنایع 90، سیستم بویایی باید تعداد زیادی مولکول با چند صد گیرنده بو یا حتی کمتر تشخیص دهد. واضح است که باید منطق متفاوتی نسبت به سایر سیستم های حسی ایجاد کند

گیرنده های بویایی چگونه کار می نمایند؟

خبرنگاران| هیچ چیز با چالشی که سیستم بویایی در زیر حس بویایی ما نهفته است، مطابقت ندارد. ما برای درک تمام رنگ های رنگین کمان فقط به سه گیرنده در چشمان خود نیاز داریم-این به این علت است که رنگ های مختلف به صورت امواج نوری ظاهر می شوند که فقط در یک بعد، فرکانس آن ها فرق دارد.

دنیا رنگارنگ و پر جنب و جوش، اما در مقایسه با پیچیدگی دنیا شیمیایی رنگ پریده است، با میلیون ها بو، که هر یک از صد ها مولکول تشکیل شده اند، همه از نظر شکل، میزان و خواص بسیار متفاوت هستند. به اسم مثال، بوی قهوه از ترکیبی از بیش از 200 جزء شیمیایی بیرون می آید، که هر کدام از نظر ساختاری متنوع هستند و هیچ کدام در واقع بوی قهوه به تنهایی بو نمی دهند.

ونسا روتا، عصب شناس راکفلر می گوید: سیستم بویایی باید تعداد زیادی مولکول با چند صد گیرنده بو یا حتی کمتر تشخیص دهد. واضح است که باید منطق متفاوتی نسبت به سایر سیستم های حسی ایجاد کند.

در یک مطالعه نو، روتا و همکارانش با ارائه اولین دیدگاه های مولکولی از گیرنده های بویایی در محل کار، به سوال چند دهه ای که در تشخیص بو نامیده می گردد پاسخ می دهند.

یافته های منتشر شده در Nature نشان می دهد که گیرنده های بویایی در واقع منطقی را دنبال می نمایند که به ندرت در سایر گیرنده های سیستم عصبی دیده می گردد. در حالی که بیشتر گیرنده ها دقیقاً به گونه ای شکل گرفته اند که تنها با چند مولکول انتخابی به صورت قفل و کلید جفت شوند، بیشتر گیرنده های بویایی هر یک به تعداد زیادی مولکول مختلف متصل می شوند.

بی پروایی آن ها در ترکیب با انواع بو ها به هر گیرنده اجازه می دهد تا به بسیاری از اجزای شیمیایی پاسخ دهد. از آنجا، مغز می تواند بو را با در نظر گرفتن الگوی فعال سازی ترکیب گیرنده ها تشخیص دهد.

شناخت جامع

گیرنده های بویایی 30 سال پیش کشف شدند. اما دانشمندان نتوانسته اند آن ها را از نزدیک ببینند و عملکرد های مکانیکی و مکانیکی آن ها را رمزگشایی نمایند، تا حدی به این علت که این گیرنده ها خود را به روش های معمول تصویربرداری مولکولی وام نداده اند. با پیچیده شدن موضوع، به نظر می رسد هیچ قافیه یا علتی برای ترجیح گیرنده ها وجود ندارد - یک گیرنده بو می تواند به ترکیباتی که از نظر ساختاری و شیمیایی متفاوت هستند پاسخ دهد.

یک فوق تخصص در این باره می گوید: برای ایجاد یک درک اساسی از تشخیص بو، ما باید بدانیم که چگونه یک گیرنده می تواند چندین ماده شیمیایی مختلف را تشخیص دهد، که این ویژگی اصلی عملکرد سیستم بویایی است و یک راز است.

بنابراین روتا و دل مورمول، به همراه مکنزی یدلین، دستیار تحقیق در آزمایشگاه، با استفاده از پیشرفت های اخیر در میکروسکوپ الکترونی کرایو برای حل ساختار گیرنده بو اقدام کردند. این تکنیک، که شامل پرتو های الکترون در نمونه یخ زده است، می تواند ساختار های مولکولی بسیار کوچک را به صورت سه بعدی، تا اتم های جداگانه آن ها آشکار کند.

تیم به سراغ زبره دُم رفت، حشره ای که ژنوم آن به تازگی توالی یابی شده است و تنها پنج نوع گیرنده بویایی دارد. اگرچه سیستم بویایی زبره دُم ساده است، اما گیرنده های آن متعلق به خانواده بزرگی از گیرنده ها با ده ها میلیون نوع مختلف است که تصور می گردد در صد ها هزار گونه مختلف حشره وجود دارد. علیرغم تنوع، این گیرنده ها به یک شکل عمل می نمایند: آن ها یک کانال یونی را تشکیل می دهند - منافذی که ذرات باردار به وسیله آن جریان می یابند - که تنها زمانی که گیرنده با بوی نامطبوع خود برخورد می نماید باز می گردد و در نهایت سلول های حسی که حس بویایی را شروع می نمایند فعال می گردد.

محققان OR5 را انتخاب کردند، گیرنده متعلق به زبره دم که توانایی تشخیص گسترده ای دارد و به 60 درصد از مولکول های کوچک آزمایش شده پاسخ می دهد.

آن ها سپس ساختار OR5 را به تنهایی مورد آنالیز قرار دادند و بعلاوه به یک ماده شیمیایی، یا اوژنول، یک مولکول رایحه رایج، یا DEET، دافع حشرات متصل شدند.

روتا می گوید: ما از مقایسه این سه ساختار چیز های زیادی آموختیم. یکی از نکات جالبی که می توانید مشاهده کنید این است که در این ساختار نامحدود، منافذ بسته شده است، اما در ساختاری که به اوژنول یا DEET متصل است، منافذ متسع شده و مسیری را برای جریان یون ها فراهم می نماید.

با ساختار های در دست، تیم نزدیکتر به نظر می رسید تا دقیقاً ببیند که چگونه دو مولکول شیمیایی متفاوت به گیرنده متصل می شوند. دو ایده در خصوص تعامل گیرنده های بو با مولکول ها وجود دارد. یکی این است که گیرنده ها تکامل یافته اند تا بخش های بزرگی از مولکول ها را با پاسخ به ویژگی جزئی، اما تعیین نماینده یک مولکول، مانند بخشی از شکل آن، تشخیص دهند. محققان دیگر پیشنهاد نموده اند که هر گیرنده به طور همزمان چندین جیب روی سطح خود قرار داده و به آن اجازه می دهد تعدادی مولکول مختلف را در خود جای دهد.

اما آنچه روتا یافت هیچ کدام از آن سناریو ها مناسب نبود. تعیین شد که DEET و اوژنول در یک مکان متصل می شوند و کاملاً در یک جیب ساده در گیرنده قرار می گیرند؛ و در کمال تعجب، اسید های آمینه پوشاننده جیب، پیوند های شیمیایی قوی و انتخابی با بو ها ایجاد نمی نمایند، بلکه فقط پیوند های ضعیفی ایجاد می نمایند. در حالی که در بیشتر سیستم های دیگر، گیرنده ها و مولکول های هدف آن ها مطابقت شیمیایی خوبی دارند، در اینجا آن ها بیشتر شبیه آشنایان محبت آمیز به نظر می رسند.

روتا می گوید: این نوع فعل و انفعالات شیمیایی غیر اختصاصی باعث می گردد که بو های مختلف تشخیص داده شوند. به این ترتیب، گیرنده انتخابی برای یک ویژگی شیمیایی خاص نیست. روتا می گوید، بلکه تشخیص ماهیت شیمیایی کلی بو است؛ و همانطور که مدل های محاسباتی نشان داد، همان جیب می تواند بسیاری از مولکول های بوی دیگر را به طور یکسان در خود جای دهد.

روتا می گوید، اما بی قاعدگی گیرنده به این معنا نیست که ویژگی خاصی ندارد. اگرچه هر گیرنده به تعداد زیادی از مولکول ها پاسخ می دهد، اما نسبت به بقیه حساس نیست. علاوه بر این، یک جهش ساده در اسید های آمینه محل اتصال، گیرنده را مجدداً پیکربندی می نماید و مولکول هایی را که ترجیح می دهد با آن ها متصل شوند، تغییر می دهد. این یافته اخیر بعلاوه شرح می دهد که چگونه حشرات توانسته اند میلیون ها نوع گیرنده بو را برای طیف گسترده ای از شیوه های زندگی و زیستگاه هایی که با آن ها روبرو هستند، تکامل دهند.

روتا می گوید این یافته ها به احتمال زیاد نماینده بسیاری از گیرنده های بویایی هستند. آن ها به اصول کلیدی در تشخیص بو، نه تنها در گیرنده های حشرات، بلکه در گیرنده های داخل بینی خود هم اشاره می نمایند که باید دنیا شیمیایی غنی را هم تشخیص داده و تبعیض قائل شوند.

منبع: Technology.org

منبع: فرادید
انتشار: 22 مرداد 1400 بروزرسانی: 22 مرداد 1400 گردآورنده: sanaye-90.ir شناسه مطلب: 1779

به "گیرنده های بویایی چگونه کار می نمایند؟" امتیاز دهید

امتیاز دهید:

دیدگاه های مرتبط با "گیرنده های بویایی چگونه کار می نمایند؟"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید