Uciążliwość zapachowa/Węch człowieka/Receptory węchowe i kodowanie zapachu: Różnice pomiędzy wersjami

Z Wikibooks, biblioteki wolnych podręczników.
Usunięta treść Dodana treść
Lethern (dyskusja | edycje)
mNie podano opisu zmian
usunięcie fragmentu (do wykorzystania w cz. Fizjologia) i dodanie fragmentu z w:Węch#Teorie_dotyczące_mechanizmu_pobudzania_receptorów_węchowych + dr. red.
Linia 1: Linia 1:
<noinclude>
[[Plik:John William Waterhouse - The Soul of the Rose, aka My Sweet Rose.JPG|thumb|200px|[[John William Waterhouse]] (1849–1917); ''The Soul of the Rose or My Sweet Rose'' (1908)<br />[[wrażenie|Wrażenia]] [[węch]]owe szybciej od innych wrażeń [[zmysł]]owych wywołują [[emocja|emocje]] i są na dłużej utrwalane w [[pamięć|pamięci]]]]
{{OzdobnaNawigacja

|Podrecznik=[[Uciążliwość zapachowa]]
[[Plik:Chaoborus crystallinus male as Corethra plumicornis (Walker Insecta Britanica Vol 3 page 397 plate XXV).png|thumb|200px|[[Węch]] [[owady|owadów]] umożliwia im zdobywanie pożywienia lub odnalezienie partnera. Dowodem jego roli są rozbudowane anteny, wychwytujące cząsteczki [[odorant]]ów]]
|PoprzStrona= [[Uciążliwość zapachowa/Wprowadzenie|Wprowadzenie]]

|ObecnaStrona= [[Uciążliwość zapachowa/Węch człowieka|Węch człowieka]]
'''Kodowanie zapachu''', [[kodowanie (psychologia)|kodowanie]] [[informacja|informacji]] o [[bodziec (fizjologia)|bodźcach]] węchowych – jedno z pojęć określających zasady działania [[węch]]u, który jest częścią [[układ nerwowy|układu nerwowego]], odpowiedzialną za [[procesy poznawcze]] związane z [[percepcja|percepcją]] [[zapach]]u, jego [[rozpoznawanie]]m oraz kształtowaniem negatywnych lub pozytywnych [[emocja|emocji]].
|NastStrona= [[Uciążliwość zapachowa/Klasyfikacja zapachów według rodzaju|Klasyfikacja zapachów według rodzaju]]

}}
[[Węch]] odbiera i przetwarza bodźce chemiczne, jakimi są cząsteczki niektórych [[związek chemiczny|związków chemicznych]] ([[odorant]]ów), obecne w powietrzu. Drugim z chemicznych [[zmysł]]ów człowieka jest [[smak (fizjologia)|smak]], niemal nierozłącznie związany z węchem (oba rodzaje wrażeń są odbierane równocześnie). O ile wiedza na temat [[wzrok]]u, [[słuch]]u, [[smak (fizjologia)|smaku]] i innych [[zmysł]]ów jest bogata od dawna, to zasady działania węchu długo pozostawały zagadkowe. Prawdopodobnie było to spowodowane ich większą złożonością, wynikającą z najdłuższej historii [[ewolucja|ewolucji]] tego sposobu „obserwacji” otoczenia przez [[organizm]]y żywe.
{{TopPage|czcionka=100%}}

</noinclude>
Sytuacja zmieniła się dopiero w końcu XX wieku, dzięki postępowi wiedzy na pograniczu nauk ścisłych i przyrodniczych (np. [[biochemia]], [[biofizyka]], [[elektrofizjologia]]<ref group="uwaga">Obszerny artykuł na temat elektrofizjologii jest dostępny na en:wiki: [[:en:Electrophysiology]].</ref> (rozwój [[genetyka|genetyki]] i [[inżynieria genetyczna|inżynierii genetycznej]]). Wykazano (na podstawie badań nabłonka węchowego [[mysz domowa|myszy]]), że liczne węchowe [[białka]] [[receptor]]owe należą do dużej grupy [[receptory sprzężone z białkami G|receptorów GPCR]], oraz opisano „system węchowy” – sposób interpretacji w [[węchomózgowie|mózgu]] wzorów pobudzenia nabłonka węchowego ([[Linda B. Buck]]{{r|L.Buck Nobel lecture}} i [[Richard Axel]]{{r|R.Axel Nobel lecture}}, [[Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny]], rok 2004). Na podstawie baz danych, zgromadzonych w ramach [[Projekt poznania ludzkiego genomu|„Projektu poznania ludzkiego genomu”]] (''Human Genome Project'', HGP), stwierdzono że nadrodzina receptorów węchowych (''Olfactory Receptors'', OR) jest największą rodziną w [[genom człowieka|genomie]]. Białka te są kodowane przez ponad 2% z ok. 30 tys. wszystkich genów{{r|OR na en wiki}}{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}{{r|Potargowicz}}{{r|Obrębowski}}.

W [[błona komórkowa|błonie komórkowej]] receptorowych [[neuron]]ów [[nabłonek węchowy|nabłonka węchowego]] [[Człowiek rozumny|człowieka]] występuje ponad 300 takich białek. Liczba receptorów różnych bodźców chemicznych jest więc wielokrotnie większa od liczby receptorów innych bodźców, np. ponad sto razy większa od liczby różnych [[czopki|czopków]] [[siatkówka (anatomia)|siatkówki oka]] – receptorów [[Promieniowanie elektromagnetyczne#światło widzialne|promieniowania widzialnego]]. Obserwację barwnych obrazów umożliwiają tylko trzy rodzaje [[rodopsyna|rodopsyny]], reagujące na trzy [[barwy podstawowe|podstawowe barwy]].

Jedna komórka węchowa (receptor) człowieka i innych [[ssaki|ssaków]] zawiera tylko jeden OR. Powstająca pod wpływem odorantów mozaika pobudzeń różnych receptorów, rozsianych na powierzchni nabłonka, znajduje odbicie w [[węchomózgowie#opuszka węchowa|opuszce węchowej]]. W jej kłębuszkach grupują się [[neuryt|aksony]] neuronów wyposażonych w taki sam OR. Jest to pierwszy etap identyfikacji chemicznego bodźca, jakim jest odorant (związek chemiczny lub mieszanina związków). Rozkład pobudzeń w opuszce (neurony II rzędu) jest zależny od struktury cząsteczek odorantów i stężeń tych związków{{r|L.Buck Nobel lecture}}{{r|R.Axel Nobel lecture}}{{r|Mori i wsp 1999}}.

Z opuszki [[droga węchowa]] prowadzi sygnał do [[kora mózgu|kory]] zakrętu [[hipokamp]]a, w której znajduje się pole węchowe (ośrodek węchu). Hipokamp jest częścią [[atawizm|atawistycznego]] [[układ limbiczny|układu limbicznego]] (kiedyś kojarzonego wyłącznie z węchem), który uczestniczy w kształtowaniu stanów emocjonalnych, np. [[strach]]u, [[lęk]]u, [[przyjemność|przyjemności]], [[głód|głodu]]. Bierze też udział w procesie [[pamięć|zapamiętywania]] i wpływa na procesy wegetatywne (np. [[choroby psychosomatyczne]], [[zaburzenia somatoformiczne]]).

== Podstawy badań węchu ==
=== Badania poprzedzające wyjaśnienie kodu węchowego ===
[[Plik:Lipid bilayer section.gif|right|thumb|200px|Model [[błona komórkowa|błony komórkowej]] ([[dwuwarstwa lipidowa]]) zbudowanej z [[Lecytyny|fosfatydylocholiny]]]]
[[Plik:Bialka blonowe-grafik.svg|thumb|200px|Schemat organizacji [[białka błonowe|białek błonowych]];<br /> białka transmembranowe (1), monowarstwy zewnętrznej (2), monowarstwy wewnętrznej (3), wewnętrzne (4) i [[białka peryferyjne|peryferyjne]] (niebieskie)]]
[[Plik:Complete neuron cell diagram pl.svg|thumb|200px|[[Neuron|Komórka nerwowa]] i [[synapsa]]]]

Mechanizm działania zmysłu węchu budził zainteresowanie od wieków. Wśród tych naukowców, którzy przyczynili się do rozwoju tej dyscypliny nauki są wymieniani np. [[Karol Linneusz]] (1707–1778), [[Hendrik Zwaardemaker]] (1857–1930), [[Robert H. Wright]] (1906–1985), [[John E. Amoore]] (1930–1998) i [[Luca Turin]] (ur. 1953). Przełomowe znaczenie miały badania dotyczące budowy i funkcji błony komórkowej. Pierwsze takie modele opisano w pierwszej połowie XX w., np. model dwuwarstwy lipidowej (Gortel i Grendel, 1925) lub błony trójwarstwowej z warstwą białkową (Dowson i Danieli, 1935){{r|skrypt UPH IB}}. W ostatnich dziesięcioleciach XX w. i na początku wieku XXI osiągnięto ogromne postępy w tym zakresie, dzięki zaangażowaniu specjalistów z różnych dyscyplin, np. [[biologia|biologii]], [[mikrobiologia|mikrobiologii]] i [[biologia molekularna|biologii molekularnej]], [[fizyka|fizyki]] i [[biofizyka|biofizyki]], [[chemia|chemii]] i [[biochemia|biochemii]], [[medycyna|medycyny]] i [[fizjologia|fizjologii]].

Model dynamicznej płynnej mozaiki został opublikowany przez Singera i Nicolsona w roku 1972{{r|Singer, Nicolson 1972}}{{r|skrypt UPH IB}}. Do osiągnięcia współczesnego poziomu wiedzy na temat funkcji [[białka błonowe|białek błonowych]] w procesach percepcji sygnałów chemicznych przyczyniły się w szczególnie dużym stopniu prace wyróżnione [[Nagroda Nobla|Nagrodą Nobla]].

W dziedzinie [[fizjologia|fizjologii]] lub [[medycyna|medycyny]] wyróżniono np. odkrycia:
* [[enzymy restrykcyjne|enzymów restrykcyjnych]] i ich zastosowanie w [[genetyka molekularna|genetyce molekularnej]] ([[Werner Arber]], [[Daniel Nathans]], [[Hamilton Othanel Smith]]; 1978)
* [[transpozycja (genetyka)|ruchomych elementów genetycznych]] ([[Barbara McClintock]], 1983)
* dotyczące funkcji pojedynczych [[kanał jonowy|kanałów jonowych]] w komórkach ([[Erwin Neher]]; 1991)
* dotyczące [[fosforylacja|fosforylacji]] białek, jako biologicznego mechanizmu regulatorowego ([[Bert Sakmann]], [[Edmond H. Fischer]], [[Edwin G. Krebs]]; 1992)
* [[Gen podzielony|genów nieciągłych]] ([[Richard J. Roberts]], [[Phillip Sharp|Phillip A. Sharp]]; 1993)
* białek G i roli tych białek w przekazywaniu sygnału w komórkach ([[Alfred Gilman|Alfred G. Gilman]], [[Martin Rodbell]]; 1994)
* że białka są wyposażone w [[sekwencja aminokwasów|sekwencje]] sygnalne, które zawiadują ich transportem i lokalizacją komórkową ([[Günter Blobel]]; 1999)
* dotyczące przekazywania sygnału w [[układ nerwowy|układzie nerwowym]] ([[Arvid Carlsson]], [[Paul Greengard]], [[Eric Kandel|Eric R. Kandel]]; 2000)

[[Lista laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie chemii|Nagrody Nobla w dziedzinie chemii]], dotyczące tego samego obszaru wiedzy, otrzymali np.
* w roku 2002 – [[Kurt Wüthrich]], [[John Fenn|John B. Fenn]], [[Kōichi Tanaka]] za badania [[konformacja|przestrzennych struktur]] [[biopolimery|biopolimerów]] (np. białek) metodą [[spektrometria mas|spektrometrii mas]]
* w roku 2003 – [[Peter Agre]], [[Roderick MacKinnon]] za badania kanałów w błonach komórkowych
* w roku 2006 – [[Roger D. Kornberg]] za badania molekularnego mechanizmu [[transkrypcja (genetyka)|transkrypcji]] w [[eukarionty|komórkach eukariotycznych]]
* w roku 2008 – [[Osamu Shimomura]], [[Martin Chalfie]], [[Roger Tsien|Roger Y. Tsien]] za odkrycie i badania [[białko zielonej fluorescencji|białka o zielonej fluorescencji]]

Nagroda Nobla za odkrycia związane z receptorami węchowymi i z organizacją układu węchowego została przyznana w roku 2004 dwojgu amerykańskim naukowcom: [[Linda B. Buck|Lindzie B. Buck]]{{r|L.Buck Nobel lecture}} i [[Richard Axel|Richardowi Axelowi]]{{r|R.Axel Nobel lecture}}{{r|Axel 2005}}.

=== Elementy ewolucji zmysłów ===
Zgodnie z definicją [[Życie#Definicja życia jako własności obiektu|życia]], które ma ponad 3 mld lat historii, [[ostatni uniwersalny wspólny przodek]] wszystkich [[organizm]]ów dysponował [[błona komórkowa|błoną komórkową]], która była zdolna odbierać sygnały chemiczne. Były one wówczas jedynym źródłem ważnych dla życia informacji. W toku [[ewolucja|ewolucji]] powstały [[organizm wielokomórkowy|organizmy wielokomórkowe]] i [[tkanka|tkanki]], m.in. [[tkanka nerwowa]], składająca się z [[pobudliwość|pobudliwych]] [[neuron|komórek nerwowych]].

W wyniku ewolucyjnych przystosowań do środowiska doszło do wyodrębnienia się komórek o różnej [[morfologia (biologia)|morfologii]], reagujących na bodźce różnego rodzaju (np. [[chemoreceptor]]y, [[fotoreceptory]], [[baroreceptory]], [[termoreceptor]]y). Niektóre z nich stopniowo grupowały się w różnych miejscach ciała, ulegając dalszej specjalizacji. Ewolucyjne doskonalenie struktur zawierających określone receptory doprowadziło do powstania takich [[narząd]]ów jak [[oko]], [[nos]] czy [[ucho]].


== Receptory węchowe i kodowanie zapachu ==
Współczesna klasyfikacja receptorów na podstawie kryterium lokalizacji wyróżnia{{r|Bykow}}:
[[w:kodowanie (psychologia)|Kodowanie]] [[w:informacja|informacji]] o [[w:bodziec (fizjologia)|bodźcach]] węchowych, to jedno z pojęć określających zasady działania węchu, który jest częścią [[w:układ nerwowy|układu nerwowego]], odpowiedzialną za [[w:procesy poznawcze|procesy poznawcze]] związane z [[w:percepcja|percepcją]] zapachu, jego rozpoznawaniem oraz kształtowaniem negatywnych lub pozytywnych emocji (np. ocenę [[w:Jakość hedoniczna|jakości hedonicznej]].
* [[interoreceptor]]y – odbierające bodźce wewnętrzne, np. z innych układów organizmu (odpowiedzialne m.in. za [[Homeostaza|homeostazę]])
* [[eksteroreceptor]]y – odbierające bodźce zewnętrzne


Węch odbiera i przetwarza bodźce chemiczne, jakimi są cząsteczki niektórych związków chemicznych ([[w:odorant|odorantów]]), obecne w powietrzu. Drugim z chemicznych [[w:zmysł|zmysłów]] człowieka jest [[w:smak (fizjologia)|smak]], niemal nierozłącznie związany z węchem (oba rodzaje wrażeń są odbierane równocześnie). O ile wiedza na temat wzroku, słuchu, smaku i innych zmysłów jest bogata od dawna, to zasady działania węchu długo pozostawały zagadkowe. Prawdopodobnie było to spowodowane ich większą złożonością, wynikającą z najdłuższej historii [[w:ewolucja|ewolucji]] tego sposobu „obserwacji” otoczenia przez organizmy żywe.
Chemoreceptory uczestniczą w procesach odbierania sygnałów wewnętrznych (np. [[receptory adrenergiczne]], [[receptory muskarynowe|muskarynowe]], [[receptory opioidowe|opioidowe]]) i zewnętrznych. U różnych gatunków zwierząt chemiczne eksteroreceptory są zlokalizowana na powierzchni ciała, na jej określonych fragmentach lub w wyspecjalizowanych narządach.


=== Z historii poszukiwań "teorii zapachu" ===
[[Plik:Aktionspotential pl.svg|thumb|200px|[[Potencjał czynnościowy]] [[błona komórkowa|błony komórkowej]] [[neuron]]u;<br />zobacz też: [[potencjał błonowy]], [[potencjał spoczynkowy]], [[bodziec (fizjologia)|bodziec]], [[próg pobudliwości]], [[depolaryzacja (biologia)|depolaryzacja]], [[repolaryzacja]], [[hiperpolaryzacja]]]]
W dwudziestym wieku formułowano liczne hipotezy i teorie, dotyczące sposobu detekcji i rozpoznawania bodźców chemicznych przez węch. Wciąż cenione – często cytowane – są pionierskie prace G.M.Dysona (1938){{r|Dyson}}, J.T.Daviesa (1959){{r|Davies}} lub R.W.Moncrieffa (1967){{r|Moncrieff}}. Przeglądu różnych hipotez, formułowanych w tym okresie, dokonał Tim Jacob z Cardiff Univ. UK (Theories of olfaction){{r|Tim Jacob}} (zobacz też – podręcznik "Odory"{{r|odory}}.


[[Plik:Carvone.svg|thumb|200px|Struktura izomerów [[w:karwon|karwonu]]]]
Odbierane z receptorów sygnały są analizowane w sieciach neuronów o różnej złożoności (zobacz np. [[układ nerwowy#Ewolucja układu nerwowego|ewolucja układu nerwowego]], [[układ nerwowy rozproszony]], [[układ nerwowy człowieka]]), ale działających na jednakowych zasadach przenoszenia i przekazywania impulsów.
[[Plik:2-Pentanone V.1.svg|thumb|200px|Pentan-2-on]]
Część koncepcji, dotyczących mechanizmu oddziaływań między receptorami i cząsteczkami odorantów, opiera się na założeniu, że cząsteczki receptorowe są rodzajem anten "nastrojonych" na odbiór określonych [[w:częstotliwość|częstotliwości]] fal. R.H.Wright (1961) przypuszczał, że w [[w:widmo (spektroskopia)|widmie]] cząsteczek odorantów występują tzw. "częstości osmiczne" z zakresu 50 – 500 cm-1. Miały one wywoływać zmiany poziomu energetycznego elektronów w cząsteczkach pigmentów (ok. 20 rodzajów), występujących w śluzie nabłonka węchowego.


Przejściu elektronów z [[w:Metastabilność|metastabilnego stanu]] wzbudzonego do stanu podstawowego miała towarzyszyć zmiana [[w:Elektryczny moment dipolowy|momentu dipolowego]] cząsteczki pigmentu, wywołująca lokalną depolaryzację najbliższego fragmentu błony komórki węchowej{{r|Wright 1961|Wright 1972}}. Pigmenty miały być odpowiedzialne za istnienie ok. 20 zapachów podstawowych (analogicznych do trzech podstawowych barw). Istnienia takich pigmentów doświadczalnie nie potwierdzono.
=== Zasady przenoszenia i przekazywania impulsów nerwowych ===
Przeciw hipotezie Wrighta przemawia fakt, że [[w:izotopy|izotopowe]] wymiany atomów w cząsteczkach odorantów, które wpływają na częstości drgań cząsteczki (zmiana masy), nie powodują zmian zapachu. Hipoteza nie powala też wyjaśnić różnic między zapachem [[w:enancjomery|enancjomerów]], które mają identyczne [[w:Spektroskopia rotacyjna|widma rotacyjne]] i [[w:spektroskopia oscylacyjna|oscylacyjne]] (np. izomery [[w:karwon|karwonu]]).
W każdym układzie nerwowym [[polaryzacja błony komórkowej|spolaryzowana]] błona neuronów charakteryzuje się określonym [[potencjał spoczynkowy|potencjałem]] oraz pobudliwością, polegającą na powstawaniu [[potencjał czynnościowy|potencjału czynnościowego]] (lokalna [[depolaryzacja (biologia)|depolaryzacja]]) po odebraniu [[próg pobudliwości|nadprogowego]] [[bodziec (fizjologia)|bodźca]] przez [[białka błonowe|błonowe]] [[białka receptorowe]]. Neuron ([[receptor]]) odzyskuje pobudliwość wskutek ponownej polaryzacji dzięki działaniu [[pompa sodowo-potasowa|pomp sodowo-potasowych]]), które „[[transport aktywny|tłoczą]]” jony wbrew [[gradient stężeń roztworów|gradientowi stężeń]].


Zbliżona koncepcja [[w:Luca Turin|L. Turina]] (1997) została sformułowana w czasie prób wyjaśnienia różnicy między zapachami enancjomerów. Turin zasugerował nowy mechanizm oddziaływania cząsteczek-bodźców na różne białka-receptory (nie ograniczając się do węchu).
Receptory (neurony I rzędu) przekazują sygnał kolejnym neuronom (neuronom II rzędu) w [[synapsa]]ch. Procesy synaptyczne polegają na wysyłaniu do [[szczelina synaptyczna|szczeliny synaptycznej]] chemicznych [[neuroprzekaźnik|substancji przekaźnikowych]] (neurotransmiterów). Dla komórki postsynaptycznej są one wewnętrznymi chemicznymi sygnałami o obecności [[próg pobudliwości|nadprogowego]] bodźca zewnętrznego.
Zaproponował uznanie wszystkich receptorów za rodzaj [[w:spektroskop|spektroskopów]], które rejestrują określone częstości drgań z zakresu podczerwieni ([[w:Spektroskopia IR|widmo rotacyjno-oscylacyjne]]){{r|Turin}}.
[[Plik:Amoore theory.svg|thumb|200px|Trzy "gniazdka receptorowe" J.E.Amoore'a]]
Za istotne uznał również cechy przestrzennej budowy cząsteczki odoranta, decydujące o tym, czy receptor "odbierze" częstości drgań, charakteryzujące wszystkie fragmenty cząsteczki. Za doświadczalne potwierdzenie hipotezy uznawano udane odtworzenie "kminkowego" zapachu (+)-karwonu przez zmieszanie (-)-karwonu (zapach mięty) z pentan-2-onem. Potwierdziło to wyjściowe założenie eksperymentu, że w czasie oddziaływania (-)-karwonu względy przestrzenne uniemożliwiają wykrycie drgań grupy karbonylowej, które należy "uzupełnić" wprowadzając małe cząsteczki, zawierające tę grupę.


W drugiej połowie XX wieku najbardziej popularna była teoria, sformułowana przez J.E. Amoore'a (1952){{r|Amoore|Amoore 1963}}. Amoore analizował częstość występowania – w fachowym piśmiennictwie – różnych określeń zapachu związków chemicznych, a następnie poszukiwał podobieństwa struktury cząsteczek, których zapach był jednakowo określany. Wyodrębnił 7 woni, uznanych za podstawowe: kamforową, piżmową, kwiatową, miętową, eteryczną, ostrą i gnilną. W poszczególnych grupach zaobserwował podobieństwo kształtu cząsteczek (cieni rzucanych przez ich modele kulowe). Na tej podstawie stwierdził, że zapachy odróżniamy dzięki siedmiu różnym receptorom zapachów podstawowych, w których – zgodnie z modelem klucza i zamka – znajdują się "gniazdka" o odpowiednim kształcie (patrz – Tim Jacob, Theories of olfaction/Molecular shape{{r|Tim Jacob}}).
W układzie nerwowym organizmów najbardziej złożonych, dysponujących [[ośrodkowy układ nerwowy|centralnym układem nerwowym]], przetwarzanie sygnałów zmysłowych odbywa się w specyficznych [[układ nerwowy człowieka#analizatory wrażeń zmysłowych|analizatorach wrażeń zmysłowych]], np. [[wzrok]]owych, [[słuch]]owych, [[dotyk]]owych.


=== Receptory GCPR ===
=== Receptory GCPR ===
[[Plik:protein 7 domen.svg|thumb|200px|Schemat [[Białka receptorowe|receptora błonowego]] z siedmioma domenami ([[Helisa alfa|helisami]]) transbłonowymi (7TM)]]
[[Plik:protein 7 domen.svg|thumb|200px|Schemat [[w:Białka receptorowe|receptora błonowego]] z siedmioma domenami ([[w:Helisa alfa|helisami]]) transbłonowymi (7TM)]]
[[Plik:ORs and GP.svg|thumb|200px|Schemat pobudzenia [[receptor]]a OR przez cząsteczkę [[odorant]]a z uwolnieniem podjednostki α [[białko G|białka G]]{{r|Ryan McGraf-Hill}}]]
[[Plik:ORs and GP.svg|thumb|200px|Schemat pobudzenia receptora OR przez cząsteczkę odoranta z uwolnieniem podjednostki α [[w:białko G|białka G]]{{r|Ryan McGraf-Hill}}]]


[[Chemoreceptor]]y, czyli receptory reagujące na bodźce chemiczne (np. [[hormon]]y, bodźce [[węch]]owe i [[smak (fizjologia)|smakowe]]) są najliczniejszą grupą receptorów błonowych. Ich struktura jest zakodowana w [[gen]]ach wszystkich organizmów żywych. Są to często białka posiadające siedem [[Helisa alfa|α-helikalnych]] fragmentów, przenikających przez błonę komórkową (7 domen transmembranowych, symbol 7TM). Należą do białek sprzężonych z [[białko G|białkiem G]], oznaczanych symbolem [[receptory sprzężone z białkami G|GPCR]] (''G Protein-Coupled Receptor'').
Zgodnie ze współczesnym stanem wiedzy [[w:Chemoreceptor|chemoreceptory]], czyli receptory reagujące na bodźce chemiczne (np. [[w:hormon|hormony]], bodźce węchowe i smakowe) są najliczniejszą grupą receptorów błonowych. Ich struktura jest zakodowana w [[w:gen|genach]] wszystkich organizmów żywych. Są to często białka posiadające siedem [[w:Helisa alfa|α-helikalnych]] fragmentów, przenikających przez błonę komórkową (7 domen transmembranowych, symbol 7TM). Należą do białek sprzężonych z [[w:białko G|białkiem G]], oznaczanych symbolem [[w:receptory sprzężone z białkami G|GPCR]] (''G Protein-Coupled Receptor'').


Białko G jest zbudowane z trzech podjednostek: ''α'', ''β'' i ''γ''. Do podjednostki ''α'' przyłącza się [[Guanozynodifosforan|guanozynodifosforan (GDP)]]. Skutkiem pobudzenia chemorereceptora jest [[fosforylacja]] GDP. Powstający [[Guanozynotrifosforan|guanozynotrifosforan (GTP)]] jest uwalniany do [[cytoplazma|cytoplazmy]], gdzie uczestniczy w procesach otwierania [[kanał jonowy|kanałów jonowych]] w błonie neuronu ([[biochemiczna kaskada]]). Otwarcie kanałów umożliwia [[dyfuzja|dyfuzję prostą]] jonów potasu z wnętrza na zewnątrz komórki i jonów sodu w przeciwnym kierunku, co powoduje depolaryzację jej błony. Powstający [[potencjał czynnościowy]] przemieszcza się wzdłuż [[neuryt]]u do [[synapsa|synapsy]]. Uwalnia tu do szczeliny synaptycznej neurotransmitery, które mogą wywołać potencjał czynnościowy w błonie sąsiedniego neuronu (neuron II rzędu).
Białko G jest zbudowane z trzech podjednostek: ''α'', ''β'' i ''γ''. Do podjednostki ''α'' przyłącza się [[w:Guanozynodifosforan|guanozynodifosforan (GDP)]]. Skutkiem pobudzenia chemorereceptora jest [[w:fosforylacja|fosforylacja]] GDP. Powstający [[w:Guanozynotrifosforan|guanozynotrifosforan (GTP)]] jest uwalniany do [[w:cytoplazma|cytoplazmy]], gdzie uczestniczy w procesach otwierania [[w:kanał jonowy|kanałów jonowych]] w błonie neuronu ([[w:biochemiczna kaskada|biochemiczna kaskada]]). Otwarcie kanałów umożliwia [[w:dyfuzja|dyfuzję prostą]] jonów potasu z wnętrza na zewnątrz komórki i jonów sodu w przeciwnym kierunku, co powoduje depolaryzację jej błony. Powstający [[w:potencjał czynnościowy|potencjał czynnościowy]] przemieszcza się wzdłuż [[w:neuryt|neurytu]] do [[w:synapsa|synapsy]]. Uwalnia tu do szczeliny synaptycznej neurotransmitery, które mogą wywołać potencjał czynnościowy w błonie sąsiedniego neuronu (neuron II rzędu).


== Odkrycie rodziny OR ==
=== Odkrycie rodziny OR ===
[[Plik:PCR pl.svg|thumb|200px|Schemat [[reakcja łańcuchowa polimerazy|łańcuchowej reakcji polimerazy]] (PCR):<br />1. [[Denaturacja DNA|Denaturacja]] w 96 °C <br /> 2. Wiązanie [[RNA starterowy|starterów]] w 68 °C <br /> 3. Synteza nici [[zasada komplementarności|komplementarnej]] w 72 °C (P – [[polimerazy|polimeraza]])]]
[[Plik:PCR pl.svg|thumb|200px|Schemat [[w:reakcja łańcuchowa polimerazy|łańcuchowej reakcji polimerazy]] (PCR):<br />1. [[w:Denaturacja DNA|Denaturacja]] w 96 °C <br /> 2. Wiązanie [[w:RNA starterowy|starterów]] w 68 °C <br /> 3. Synteza nici [[w:zasada komplementarności|komplementarnej]] w 72 °C (P – [[w:polimerazy|polimeraza]])]]


[[Linda B. Buck]]{{r|L.Buck Nobel lecture}} i [[Richard Axel]]{{r|R.Axel Nobel lecture}} otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w roku 2004 za odkrycia dokonane w wyniku badań rozpoczętych w roku 1985. Według L.B. Buck inspiracją jej badań była opublikowana w roku 1985 praca J. Pevsnera i współpracowników{{r|L.B.Buck_Cell2004}}.
[[w:Linda B. Buck]]{{r|L.Buck Nobel lecture}} i [[w:Richard Axel]]{{r|R.Axel Nobel lecture}} otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w roku 2004 za odkrycia dokonane w wyniku badań rozpoczętych w roku 1985. Według L.B. Buck inspiracją jej badań była opublikowana w roku 1985 praca J. Pevsnera i współpracowników{{r|L.B.Buck_Cell2004}}.
Autorzy pracy badali powinowactwo nabłonka węchowego wołu i szczura do 2-izobutylo-3-[3H]metoksypirazyny (silny zapach papryki). Stwierdzono, że odorant jest specyficznie i silnie wiązany w nabłonku węchowym (nie zaobserwowano tego zjawiska w 11 innych badanych tkankach). Jego [[powinowactwo chemiczne|powinowactwo]] do nabłonka węchowego szczura jest 9 razy większe niż do nabłonka innych części [[układ oddechowy|układu oddechowego]]. Z nabłonka wołu wyizolowano białko wiążące pirazyny, które stanowi około 1% całkowitego białka rozpuszczalnego. Zbadano jego strukturę, wskazując dwa miejsca wiązania odoranta. Wykazano również, że powinowactwo tego białka do homologicznej serii pirazyn jest skorelowane z [[próg węchowej wyczuwalności|progami wyczuwalności ich zapachu]] przez człowieka. Wyciągnięto wniosek, że białko odgrywa istotną fizjologiczną rolę w procesie percepcji zapachu{{r|Pevsner 1985}}.
Autorzy pracy badali powinowactwo nabłonka węchowego wołu i szczura do 2-izobutylo-3-[3H]metoksypirazyny (silny zapach papryki). Stwierdzono, że odorant jest specyficznie i silnie wiązany w nabłonku węchowym (nie zaobserwowano tego zjawiska w 11 innych badanych tkankach). Jego [[w:powinowactwo chemiczne|powinowactwo]] do nabłonka węchowego szczura jest 9 razy większe niż do nabłonka innych części [[w:układ oddechowy|układu oddechowego]]. Z nabłonka wołu wyizolowano białko wiążące pirazyny, które stanowi około 1% całkowitego białka rozpuszczalnego. Zbadano jego strukturę, wskazując dwa miejsca wiązania odoranta. Wykazano również, że powinowactwo tego białka do homologicznej serii pirazyn jest skorelowane z [[w:próg węchowej wyczuwalności|progami wyczuwalności ich zapachu]] przez człowieka. Wyciągnięto wniosek, że białko odgrywa istotną fizjologiczną rolę w procesie percepcji zapachu{{r|Pevsner 1985}}.


Biorąc pod uwagę ogromną liczebność rozpoznawanych zapachów (> 10 tys.) Linda Buck założyła, że{{r|L.Buck Nobel lecture}}{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}:
Biorąc pod uwagę ogromną liczebność rozpoznawanych zapachów (> 10 tys.) Linda Buck założyła, że{{r|L.Buck Nobel lecture}}{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}:

* w nabłonku węchowym występują liczne białka, kodowane przez dużą rodzinę genów
* w nabłonku węchowym występują liczne białka, kodowane przez dużą rodzinę genów
* białka kodowane przez te geny wiążą różne cząsteczki odorantów
* białka kodowane przez te geny wiążą różne cząsteczki odorantów
* geny tych białek ulegają selektywnej [[ekspresja genu|ekspresji]] w neuronach narządu węchu
* geny tych białek ulegają selektywnej [[w:ekspresja genu|ekspresji]] w neuronach narządu węchu

Było też prawdopodobne, że poszukiwane białka receptorowe należą do nowej wówczas grupy – receptorów sprzężonych z białkiem G (w roku 1989 znano 20 należących do GPCR interoreceptorów [[hormon]]ów i [[neuroprzekaźnik|neurotransmiterów]]). Badania zmierzające do potwierdzenia tych założeń Linda Buck prowadziła od roku 1988 w laboratorium kierowanym przez Richarda Axela. Badania polegały na{{r|L.Buck Nobel lecture}}{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}:


Było też prawdopodobne, że poszukiwane białka receptorowe należą do nowej wówczas grupy – receptorów sprzężonych z białkiem G (w roku 1989 znano 20 należących do GPCR interoreceptorów hormonów i [[w:neuroprzekaźnik|neurotransmiterów]]). Badania zmierzające do potwierdzenia tych założeń Linda Buck prowadziła od roku 1988 w laboratorium kierowanym przez Richarda Axela. Badania polegały na{{r|L.Buck Nobel lecture}}{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}:
* wyodrębnieniu [[Kwasy rybonukleinowe|RNA]] z węchowego nabłonka myszy<ref group="uwaga">Według L. Białaczewskiego badano nabłonek węchowy szczura. Prawdopodobnie autor miał na myśli badania prowadzone w laboratorium R. Axela nieco później, których wyniki opublikowano w roku 1993.</ref>
* wyodrębnieniu [[w:Kwasy rybonukleinowe|RNA]] z węchowego nabłonka myszy<ref group="uwaga">Według L. Białaczewskiego badano nabłonek węchowy szczura. Prawdopodobnie autor miał na myśli badania prowadzone w laboratorium R. Axela nieco później, których wyniki opublikowano w roku 1993.</ref>
* otrzymaniu [[zasada komplementarności|komplementarnego]] [[kwas deoksyrybonukleinowy|DNA]] (cDNA) za pomocą odwrotnej transkryptazy
* otrzymaniu [[w:zasada komplementarności|komplementarnego]] [[w:kwas deoksyrybonukleinowy|DNA]] (cDNA) za pomocą odwrotnej transkryptazy
* powieleniu cDNA z zastosowaniem [[reakcja łańcuchowa polimerazy|łańcuchowej reakcji polimerazy]] (ang. ''Polymerase Chain Reaction'', PCR)
* powieleniu cDNA z zastosowaniem [[w:reakcja łańcuchowa polimerazy|łańcuchowej reakcji polimerazy]] (ang. ''Polymerase Chain Reaction'', PCR)
* wyodrębnieniu, metodą [[elektroforeza#Elektroforeza żelowa|elektroforezy żelowej]], łańcuchów o długościach 600 – 1300 [[para zasad|par zasad]] (długość charakterystyczna dla spodziewanej rodziny receptorów)
* wyodrębnieniu, metodą [[w:elektroforeza#Elektroforeza żelowa|elektroforezy żelowej]], łańcuchów o długościach 600 – 1300 [[w:para zasad|par zasad]] (długość charakterystyczna dla spodziewanej rodziny receptorów)
* namnożeniu wyodrębnionej [[frakcja (chemia)|frakcji]] metodą PCR
* namnożeniu wyodrębnionej [[w:frakcja (chemia)|frakcji]] metodą PCR
* elektroforezie mieszaniny produktów
* elektroforezie mieszaniny produktów
Uzyskano 64 frakcje łańcuchów DNA, wśród których spodziewano się zidentyfikować poszukiwaną rodzinę genów. [[Sekwencja nukleotydów]], ustalona dla 10 łańcuchów DNA z jednej z tych frakcji, odpowiadała oczekiwanym [[sekwencja aminokwasów|pierwszorzędowym strukturom białek]]. Wyznaczona sekwencja aminokwasów w tych białkach wskazywała, że wyodrębnione łańcuchy DNA są genami białek z siedmioma domenami [[hydrofobowość|hydrofobowymi]] (o zmiennej sekwencji aminokwasów), tworzącymi α-helisy ([[struktura drugorzędowa]] analogiczna do struktury znanych GPCR). Wyniki pracy opublikowano w roku 1991{{r|Białaczewski}}{{r|Buck Axel 1991}}.
Uzyskano 64 frakcje łańcuchów DNA, wśród których spodziewano się zidentyfikować poszukiwaną rodzinę genów. [[w:Sekwencja nukleotydów|Sekwencja nukleotydów]], ustalona dla 10 łańcuchów DNA z jednej z tych frakcji, odpowiadała oczekiwanym [[w:sekwencja aminokwasów|pierwszorzędowym strukturom białek]]. Wyznaczona sekwencja aminokwasów w tych białkach wskazywała, że wyodrębnione łańcuchy DNA są genami białek z siedmioma domenami [[w:hydrofobowość|hydrofobowymi]] (o zmiennej sekwencji aminokwasów), tworzącymi α-helisy ([[w:struktura drugorzędowa|struktura drugorzędowa]] analogiczna do struktury znanych GPCR). Wyniki pracy opublikowano w roku 1991{{r|Białaczewski}}{{r|Buck Axel 1991}}.


Korzystając z bazy danych, zgromadzonych w czasie realizacji „[[Projekt poznania ludzkiego genomu|Projektu poznania ludzkiego genomu]]” (ang. ''Human Genome Project'', HGP), zidentyfikowano 636 analogicznych genów o długości ok. 1000 par zasad. Aktywność wykazuje tylko 339 z nich (ponad 2% z ok. 30 tys. wszystkich genów w [[genom człowieka|genomie]]), a pozostałe są pseudogenami, które nie ulegają ekspresji (u zwierząt udział pseudogenów jest mniejszy)<ref group="uwaga">Poszukiwania OR nie są zakończone, co sprawia, że w piśmiennictwie nie ma całkowitej zgodności danych. W czasie wykładu wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, Linda B. Buck wymieniła wartości [http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf (zobacz: slajd 16)]: <br />* człowiek: liczba genów aktywnych: 363, liczba pseudogenów: 275 (43%)<br />* mysz: liczba genów aktywnych: 910, liczba pseudogenów: 299 (25%).</ref>.
Korzystając z bazy danych, zgromadzonych w czasie realizacji „[[w:Projekt poznania ludzkiego genomu|Projektu poznania ludzkiego genomu]]” (ang. ''Human Genome Project'', HGP), zidentyfikowano 636 analogicznych genów o długości ok. 1000 par zasad. Aktywność wykazuje tylko 339 z nich (ponad 2% z ok. 30 tys. wszystkich genów w [[w:genom człowieka|genomie]]), a pozostałe są pseudogenami, które nie ulegają ekspresji (u zwierząt udział pseudogenów jest mniejszy)<ref group="uwaga">Poszukiwania OR nie są zakończone, co sprawia, że w piśmiennictwie nie ma całkowitej zgodności danych. W czasie wykładu wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, Linda B. Buck wymieniła wartości [http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf (zobacz: slajd 16)]: <br />* człowiek: liczba genów aktywnych: 363, liczba pseudogenów: 275 (43%)<br />* mysz: liczba genów aktywnych: 910, liczba pseudogenów: 299 (25%).</ref>.
Geny receptorów węchowych występują w największej ilości w [[chromosom 11|chromosomie 11]] (318 genów), nie występują w chromosomach [[chromosom 8|8]], [[chromosom 20|20]] i [[chromosom Y|Y]]{{r|OR na en wiki}}.
Geny receptorów węchowych występują w największej ilości w [[w:chromosom 11|chromosomie 11]] (318 genów), nie występują w chromosomach [[w:chromosom 8|8]], [[w:chromosom 20|20]] i [[w:chromosom Y|Y]]{{r|OR na en wiki}}.


Wszystkie receptory węchowe uznano za nadrodzinę '''OR''' ('''O'''lfactory '''R'''eceptor), w której wyróżnia się rodziny (zgodność sekwencji > 40%) oznaczane kolejnymi numerami 1–56 oraz podrodziny (zgodność sekwencji > 60%) oznaczane symbolami literowymi, np. A, AG, C{{r| klasyfikacja OR}}. Ostatni element symbolu OR jest numerem białka w podrodzinie, np. OR10AG1{{r|OR10AG1}}.
Wszystkie receptory węchowe uznano za nadrodzinę '''OR''' ('''O'''lfactory '''R'''eceptor), w której wyróżnia się rodziny (zgodność sekwencji > 40%) oznaczane kolejnymi numerami 1–56 oraz podrodziny (zgodność sekwencji > 60%) oznaczane symbolami literowymi, np. A, AG, C{{r| klasyfikacja OR}}. Ostatni element symbolu OR jest numerem białka w podrodzinie, np. OR10AG1{{r|OR10AG1}}.


== System węchowy ==
== System węchowy ==
[[Plik:Green fluorescent protein expressed in ciliated olfactory sensory neurons.jpg|thumb|200px|Określenie drogi sygnałów od zakończeń nerwów węchowych do kłębuszków opuszki umożliwiły [[białko zielonej fluorescencji|białka zielonej fluorescencji]]]]
[[Plik:Green fluorescent protein expressed in ciliated olfactory sensory neurons.jpg|thumb|200px|Określenie drogi sygnałów od zakończeń nerwów węchowych do kłębuszków opuszki umożliwiły [[w:białko zielonej fluorescencji|białka zielonej fluorescencji]]]]
[[Plik:Olfactory system.svg|thumb|200px|System węchowy człowieka <br />1. [[Węchomózgowie#Opuszka węchowa|opuszka węchowa]]; 2. komórki mitralne (II neurony [[droga węchowa|drogi węchowej]]; 3. [[kość sitowa]] 4. [[nabłonek węchowy]]; 5. „kłębuszki” [[Węchomózgowie#Opuszka węchowa|opuszki węchowej]]; 6. komórki węchowe (receptory)]]
[[Plik:Olfactory system.svg|thumb|200px|System węchowy człowieka <br />1. [[Uciążliwość zapachowa/Węch człowieka/Anatomia narządu węchu|opuszka węchowa]]; 2. komórki mitralne (II neurony [[w:droga węchowa|drogi węchowej]]; 3. [[w:kość sitowa|kość sitowa]] 4. [[w:nabłonek węchowy|nabłonek węchowy]]; 5. „kłębuszki” opuszki węchowej; 6. komórki węchowe (receptory)]]
[[Plik:Olfactory recept principle.svg|thumb|200px|Zasada dekodowania zapachu odorantów, wiązanych przez różne receptory<ref group="uwaga">Zobacz też: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, [http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf (slajd 26)].</ref> <br />Cechy kształtu pięciu różnych receptorów oraz cząsteczek odorantów reprezentują różne właściwości chemiczne i stereochemiczne, decydujące o wzajemnym powinowactwie. W nabłonku węchowym człowieka znajduje się 339 różnych białek receptorowych OR w milionach komórek nabłonka węchowego. Liczba wzorców pobudzenia tych komórek jest niemal nieograniczona]]
[[Plik:Olfactory recept principle.svg|thumb|200px|Zasada dekodowania zapachu odorantów, wiązanych przez różne receptory<ref group="uwaga">Zobacz też: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, [http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf (slajd 26)].</ref> <br />Cechy kształtu pięciu różnych receptorów oraz cząsteczek odorantów reprezentują różne właściwości chemiczne i stereochemiczne, decydujące o wzajemnym powinowactwie. W nabłonku węchowym człowieka znajduje się 339 różnych białek receptorowych OR w milionach komórek nabłonka węchowego. Liczba wzorców pobudzenia tych komórek jest niemal nieograniczona]]
[[Plik:Model smell recogn.svg|thumb|200px|Model przekazywania sygnałów o zapachu z nabłonka węchowego do ośrodka korowego<ref group="uwaga">Zobacz też: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, [http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf (slajd 46 i 47)].</ref>]]
[[Plik:Model smell recogn.svg|thumb|200px|Model przekazywania sygnałów o zapachu z nabłonka węchowego do ośrodka korowego<ref group="uwaga">Zobacz też: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, [http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf (slajd 46 i 47)].</ref>]]
Linia 108: Linia 72:
Podstawami koncepcji systemu węchowego są{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}{{r|Obrębowski}}{{r|Ponikowska}}:
Podstawami koncepcji systemu węchowego są{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}{{r|Obrębowski}}{{r|Ponikowska}}:
* zidentyfikowanie nadrodziny ponad 1000 węchowych białek receptorowych (OR)
* zidentyfikowanie nadrodziny ponad 1000 węchowych białek receptorowych (OR)
* wykazanie, że poszczególne OR ulegają selektywnej ekspresji w poszczególnych komórkach [[narząd]]ów zmysłu węchu, przy czym w jednym neuronie ulega ekspresji jeden rodzaj OR
* wykazanie, że poszczególne OR ulegają selektywnej ekspresji w poszczególnych komórkach [[w:narząd|narządów]] zmysłu węchu, przy czym w jednym neuronie ulega ekspresji jeden rodzaj OR
* sprawdzenie, jak poszczególne OR reagują na różne związki chemiczne (odoranty)
* sprawdzenie, jak poszczególne OR reagują na różne związki chemiczne (odoranty)
* zbadanie sposobu interpretacji sygnałów o pobudzeniu receptorów (neurony I rzędu) na wyższych piętrach [[układ nerwowy#analizatory wrażeń zmysłowych|analizatora wrażenia zmysłowego]] (zobacz: [[droga węchowa]], [[nerw węchowy]])
* zbadanie sposobu interpretacji sygnałów o pobudzeniu receptorów (neurony I rzędu) na wyższych piętrach [[w:układ nerwowy#analizatory wrażeń zmysłowych|analizatora wrażenia zmysłowego]] (zobacz: [[w:droga węchowa|droga węchowa]], [[w:nerw węchowy|erw węchowy]])


Potwierdzenie spodziewanej lokalizacji receptorów (selektywnej ekspresji genów OR) uzyskano wykorzystując metodę znakowania receptorów [[białko zielonej fluorescencji|z użyciem GFP]] oraz technik [[inżynieria genetyczna|inżynierii genetycznej]] i [[klonowanie|klonowania]]. Otrzymano zdjęcia, np. przekrojów tkanki nerwowej [[Organizm zmodyfikowany genetycznie|transgenicznych]] myszy, na których wyraźną zieloną [[fluorescencja|fluorescencję]] (świadczącą o obecności białek OR) wykazują komórki nabłonka węchowego i opuszki{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}.
Potwierdzenie spodziewanej lokalizacji receptorów (selektywnej ekspresji genów OR) uzyskano wykorzystując metodę znakowania receptorów [[w:białko zielonej fluorescencji|z użyciem GFP]] oraz technik [[w:inżynieria genetyczna|inżynierii genetycznej]] i [[w:klonowanie|klonowania]]. Otrzymano zdjęcia, np. przekrojów tkanki nerwowej [[w:Organizm zmodyfikowany genetycznie|transgenicznych]] myszy, na których wyraźną zieloną [[w:fluorescencja|fluorescencję]] (świadczącą o obecności białek OR) wykazują komórki nabłonka węchowego i opuszki{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}.


Techniki inżynierii genetycznej zastosowano również czasie badań roli kłębuszków (''glomerule'') opuszki węchowej w interpretacji sygnałów węchowych. Opuszka człowieka i innych ssaków (''bulbus olfactorius'', BO) mieści się bezpośrednio nad blaszką sitową [[kość sitowa|kości sitowej]] (''lamina cribrosa ossis ethmoidale''), stanowiącą sklepienie jamy nosowej. Przez blaszkę przenikają aksony komórek węchowych nabłonka, który pokrywa tę część jamy (ok. 2×2,5 cm², ok. 2×50 mln komórek czuciowych {{r|Potargowicz}}).
Techniki inżynierii genetycznej zastosowano również czasie badań roli kłębuszków (''glomerule'') opuszki węchowej w interpretacji sygnałów węchowych. Opuszka człowieka i innych ssaków (''bulbus olfactorius'', BO) mieści się bezpośrednio nad blaszką sitową [[w:kość sitowa|kości sitowej]] (''lamina cribrosa ossis ethmoidale''), stanowiącą sklepienie jamy nosowej. Przez blaszkę przenikają aksony komórek węchowych nabłonka, który pokrywa tę część jamy (ok. 2×2,5 cm², ok. 2×50 mln komórek czuciowych {{r|Potargowicz}}).


W kłębuszkach BO znajdują się liczne synapsy, w których sygnał o pobudzeniu neuronów I rzędu (receptorów) jest przekazywany neuronom II rzędu (komórki mitralne). Aby zbadać szlak informacji przekazywanych z receptorów zawierających jeden rodzaj OR, wyhodowano mysz transgeniczną, w której komórkach następowała równoczesna ekspresja OR i lektyny jęczmienia. Obecność lektyny w komórkach badanych tkanek stwierdzano metodami [[immunohistochemia|immunohistochemicznymi]]. Uzyskano barwne obrazy mikroskopowe wskazujące, że w jednym kłębuszku opuszki myszy zbiega się kilka tysięcy aksonów komórek nabłonka. Powoduje to znaczne wzmocnienie sygnału o istnieniu zewnętrznego bodźca, który jest rejestrowany przez określony rodzaj OR. Rozmieszczenie kłębuszków odbierających sygnały z różnych OR jest charakterystyczne dla gatunku. Nie zmienia się w czasie, mimo że komórki nabłonka żyją zaledwie 2 miesiące (są zastępowane przez nieustannie powstające nowe komórki).
W kłębuszkach BO znajdują się liczne synapsy, w których sygnał o pobudzeniu neuronów I rzędu (receptorów) jest przekazywany neuronom II rzędu (komórki mitralne). Aby zbadać szlak informacji przekazywanych z receptorów zawierających jeden rodzaj OR, wyhodowano mysz transgeniczną, w której komórkach następowała równoczesna ekspresja OR i lektyny jęczmienia. Obecność lektyny w komórkach badanych tkanek stwierdzano metodami [[w:immunohistochemia|immunohistochemicznymi]]. Uzyskano barwne obrazy mikroskopowe wskazujące, że w jednym kłębuszku opuszki myszy zbiega się kilka tysięcy aksonów komórek nabłonka. Powoduje to znaczne wzmocnienie sygnału o istnieniu zewnętrznego bodźca, który jest rejestrowany przez określony rodzaj OR. Rozmieszczenie kłębuszków odbierających sygnały z różnych OR jest charakterystyczne dla gatunku. Nie zmienia się w czasie, mimo że komórki nabłonka żyją zaledwie 2 miesiące (są zastępowane przez nieustannie powstające nowe komórki).


Informacja o pobudzeniu określonych stref opuszki jest przekazywana do neuronów rozsianych w korze węchowej. Z określonym zapachem wiąże się odpowiednia grupa pobudzonych neuronów kory, podobna u różnych osobników gatunku.
Informacja o pobudzeniu określonych stref opuszki jest przekazywana do neuronów rozsianych w korze węchowej. Z określonym zapachem wiąże się odpowiednia grupa pobudzonych neuronów kory, podobna u różnych osobników gatunku.
Linia 138: Linia 102:
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Zapach'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Zapach'''
|-
|-
| [[Kwas kapronowy]] (heksanowy)||0||0||0||x||0||0||0||0||0||0||nieprzyjemny
| [[w:Kwas kapronowy|Alkohol heksanowy]]||0||0||0||x||0||0||0||0||0||0||nieprzyjemny
|-
|-
| [[Heksanol]]||0||x||0||0||x||0||0||0||0||0||przyjemny
| [[w:Heksanol|Heksanol]]||0||x||0||0||x||0||0||0||0||0||przyjemny
|-
|-
| colspan=12|
| colspan=12|
|-
|-
| [[Kwas entanowy]] (heptanowy)||x||0||x||x||0||x||0||x||0||0||nieprzyjemny
| [[w:Kwas entanowy|Alkohol heptanowy]]||x||0||x||x||0||x||0||x||0||0||nieprzyjemny
|-
|-
| [[Heptanol]]||0||x||0||x||x||0||0||0||0||0||przyjemny
| [[w:Heptanol|Heptanol]]||0||x||0||x||x||0||0||0||0||0||przyjemny
|-
|-
| colspan=12|
| colspan=12|
|-
|-
| [[Kwas kaprylowy]] (oktanowy)||x||0||x||x||0||x||x||x||x||x||nieprzyjemny
| [[w:Kwas kaprylowy|Alkohol oktanowy]]||x||0||x||x||0||x||x||x||x||x||nieprzyjemny
|-
|-
| [[Oktanol]]||0||0||x||x||0||x||0||x||0||0||przyjemny
| [[w:Oktanol|Oktanol]]||0||0||x||x||0||x||0||x||0||0||przyjemny
|}
|}


Badania systemu węchowego, zainicjowane odkryciem OR, są intensywnie kontynuowane w wielu laboratoriach świata. W laboratorium Richarda Axela{{r|Axel Lab 2011}} badano np. węch transgenicznej myszy, wyhodowanej z komórki jajowej której jądro zastąpiono jądrem komórki węchowej. Stwierdzono, że węch tej myszy nie odbiega od węchu myszy grupy porównawczej. W komórkach jej nabłonka węchowego powstały wszystkie rodzaje OR myszy i mapa pobudzeń tych receptorów jest poprawnie rozpoznawana w mózgu{{r|Białaczewski}}. W laboratorium Lindy B. Buck wyhodowano np. klon myszy ze znaczonymi białkami na całej długości drogi węchowej, co ułatwia badania organizacji systemu węchowego{{r|Białaczewski}}. Wykazano też, że niektóre bezwonne związki mogą wywoływać wrażenia węchowe, jeżeli występują w mieszaninach{{r|Linda Buck 2006}}. W innych laboratoriach prowadzone są np. badania systemów nerwowych innych organizmów, np. porównania systemów węchowych człowieka i [[szympans]]a i inne analizy zmian systemu węchowego w procesie ewolucji{{r|Stettler Axel 2009}}{{r|Evolution}}.
Badania systemu węchowego, zainicjowane odkryciem OR, są intensywnie kontynuowane w wielu laboratoriach świata. W laboratorium Richarda Axela{{r|Axel Lab 2011}} badano np. węch transgenicznej myszy, wyhodowanej z komórki jajowej której jądro zastąpiono jądrem komórki węchowej. Stwierdzono, że węch tej myszy nie odbiega od węchu myszy grupy porównawczej. W komórkach jej nabłonka węchowego powstały wszystkie rodzaje OR myszy i mapa pobudzeń tych receptorów jest poprawnie rozpoznawana w mózgu{{r|Białaczewski}}. W laboratorium Lindy B. Buck wyhodowano np. klon myszy ze znaczonymi białkami na całej długości drogi węchowej, co ułatwia badania organizacji systemu węchowego{{r|Białaczewski}}. Wykazano też, że niektóre bezwonne związki mogą wywoływać wrażenia węchowe, jeżeli występują w mieszaninach{{r|Linda Buck 2006}}. W innych laboratoriach prowadzone są np. badania systemów nerwowych innych organizmów, np. porównania systemów węchowych człowieka i [[w:szympans|szympansa]] i inne analizy zmian systemu węchowego w procesie ewolucji{{r|Stettler Axel 2009}}{{r|Evolution}}.



{{Uwagi}}
{{Uwagi}}
Linia 162: Linia 125:
== Przypisy ==
== Przypisy ==
{{Przypisy-lista|1=
{{Przypisy-lista|1=

* <ref name="Dyson">{{cytuj pismo |nazwisko = Dyson|imię = G.M.|tytuł = The scientific basis of odour|url = |czasopismo = Chem. Ind.|adres czasopisma = |oznaczenie = |wolumin = 57|wydanie = |strony = 647-651|rok = 1938 |język = en|data dostępu =}}</ref>

* <ref name="Davies">{{cytuj pismo |nazwisko = Davies|imię = J.T.|nazwisko2 = Taylor|imię2 = F.H.|tytuł = The role of adsorption and molecular morphology in olfaction: the calculation of olfactory thresholds|url = |czasopismo = Biol. Bull. Marine Lab, Woods Hole|adres czasopisma = |oznaczenie = |wolumin = 117|strony = 222-238|rok = 1959|język = en|data dostępu =}}</ref>

* <ref name="Moncrieff">{{cytuj pismo |nazwisko = Moncrieff|imię = R.W.|czasopismo = The Chemical Senses|wolumin = 117|wydanie = |strony = 381-382|data = |rok = 1967|język = en|data dostępu =}}</ref>

* <ref name="Tim Jacob">{{cytuj stronę |nazwisko = Jakob|imię = Tim|url = http://www.cardiff.ac.uk/biosi/staffinfo/jacob/teaching/sensory/olfact1.html#Theories |tytuł =
Smell (Olfaction)/Theories of olfaction|opublikowany = www.cardiff.ac.uk| data dostępu = 2010-09-07|język = en}}</ref>

* <ref = name="Amoore">{{Cytuj pismo | nazwisko = Amoore | imię = J.E. | tytuł = The stereochemical specificities of human olfactory receptors.| czasopismo = Perfumery & Essential Oil| wolumin = 43| strony = 321-330| rok = 1952| doi = | pmid =}}</ref>

* <ref name="odory">{{cytuj książkę | autor = [[w:Joanna Kośmider|Joanna Kośmider]]| autor2 = Barbara Mazur-Chrzanowska | autor3 = Bartosz Wyszyński| tytuł = Odory |url = http://www.zut.edu.pl/index.php?id=5483 | wydanie = 1 | wydawca = Wydawnictwo Naukowe PWN | miejsce = Warszawa| data = | rok = 2002| isbn = 978-83-01-14525-5|}}</ref>

* <ref name="Wright 1961">{{cytuj pismo |nazwisko = Wright|imię = R.H.|tytuł = Odour and Molecular Wibration |url = |czasopismo = Nature|adres czasopisma = |oznaczenie = |wolumin = 190|wydanie = |strony = 1101-1102|data = |rok = 1961 |miesiąc = |odpowiedzialność = |wydawca = |miejsce = |issn = |doi = |doietykieta = |pmid = |oclc = |bibcode = |id = |cytat = |język = en|data dostępu =}}</ref>

* <ref name="Wright 1972">{{cytuj książkę |nazwisko = Wright | imię = R.H. | tytuł = Nauka o zapachu| wydawca = PWN| miejsce = Warszawa| data = 1972 | rok = 1972| język = pl}}</ref>
<ref name="Turin">{{cytuj pismo |nazwisko = Turin|imię = L.| tytuł = A spectroscopic mechanizm for primary olfactory reception|url = |czasopismo = Chemical Senses |wolumin = 7|wydanie = |strony = 217-229|data = |rok = 1997|język = en}}</ref>

* <ref name="Amoore 1963">{{Cytuj pismo | nazwisko = Amoore | imię = J.E. | tytuł = Stereochemical Theory of Olfaction. | czasopismo = Nature | wolumin = 199 | strony = 912-913 | rok = 1963 | doi = 10.1038/199912b0 | pmid = 14079907}}</ref>


* <ref name="Ryan McGraf-Hill">{{cytuj stronę|url=http://accessscience.com/content/Molecular%20shape%20and%20the%20sense%20of%20smell/YB100116|tytuł=Molecular shape and the sense of smell|nazwisko=Ryan|imię=Kevin |nazwisko2=Ryan|imię2=Xiaozhou P. |data= |praca=Inspiring Science Discovery|opublikowany=AccessScience from McGraf-Hill|data dostępu=2011-05-27|język=en}}</ref>
* <ref name="Ryan McGraf-Hill">{{cytuj stronę|url=http://accessscience.com/content/Molecular%20shape%20and%20the%20sense%20of%20smell/YB100116|tytuł=Molecular shape and the sense of smell|nazwisko=Ryan|imię=Kevin |nazwisko2=Ryan|imię2=Xiaozhou P. |data= |praca=Inspiring Science Discovery|opublikowany=AccessScience from McGraf-Hill|data dostępu=2011-05-27|język=en}}</ref>
Linia 168: Linia 151:


* <ref name = "OR na en wiki">Informacje na temat niektórych receptorów węchowych (''OR, olfactory receptors'') można znaleźć na stronach en:wiki, np. [[:en:Olfactory receptor]], [[:en:OR52M1|OR52M1]], [[:en:OR10A3|OR10A3]], [[:en:OR10A4|OR10A4]], [[:en:OR10A5|OR10A5]],[[:en:OR10A6|OR10A6]], [[:en:OR10A7|OR10AD1]], [[:en:OR10AG1|OR10AG1]], [[:en:OR10C1|OR10C1]],[[:en:OR10G2|OR10G2]] i wiele innych, zebranych w [[:en:Category:G protein coupled receptors]]</ref>
* <ref name = "OR na en wiki">Informacje na temat niektórych receptorów węchowych (''OR, olfactory receptors'') można znaleźć na stronach en:wiki, np. [[:en:Olfactory receptor]], [[:en:OR52M1|OR52M1]], [[:en:OR10A3|OR10A3]], [[:en:OR10A4|OR10A4]], [[:en:OR10A5|OR10A5]],[[:en:OR10A6|OR10A6]], [[:en:OR10A7|OR10AD1]], [[:en:OR10AG1|OR10AG1]], [[:en:OR10C1|OR10C1]],[[:en:OR10G2|OR10G2]] i wiele innych, zebranych w [[:en:Category:G protein coupled receptors]]</ref>

* <ref name="Axel 2005">{{Cytuj pismo | nazwisko = Axel | imię = R. | tytuł = Scents and sensibility: a molecular logic of olfactory perception (Nobel lecture)|czasopismo = Angew Chem Int Ed Engl | wolumin = 44 | numer = 38 | strony = 6110–6127 | miesiąc = Wrzesień | rok = 2005 | doi = 10.1002/anie.200501726 | pmid = 16175526|język=en}}</ref>


* <ref name="Stettler Axel 2009">{{cytuj pismo|nazwisko=Stettler|imię=Dan D.|nazwisko2=Axel|imię2=Richard |tytuł=Representations of Odor in the Piriform Cortex|czasopismo=Neuron|wydanie=6|wolumin=63|strony=854–864|data=2009-09-24|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627309006849|doi=10.1016/j.neuron.2009.09.005|język=en}}</ref>
* <ref name="Stettler Axel 2009">{{cytuj pismo|nazwisko=Stettler|imię=Dan D.|nazwisko2=Axel|imię2=Richard |tytuł=Representations of Odor in the Piriform Cortex|czasopismo=Neuron|wydanie=6|wolumin=63|strony=854–864|data=2009-09-24|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627309006849|doi=10.1016/j.neuron.2009.09.005|język=en}}</ref>
Linia 178: Linia 159:


* <ref name="R.Axel Nobel lecture">{{cytuj stronę|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/axel-lecture.pdf|tytuł=Scents and Sensibility: A Molecular Logic of Olfactory Perception|nazwisko=Axel|imię=Richard|data=2004-12-08|opublikowany=The Nobel Foundation|data dostępu=2011-06-03|język=en}}</ref>
* <ref name="R.Axel Nobel lecture">{{cytuj stronę|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/axel-lecture.pdf|tytuł=Scents and Sensibility: A Molecular Logic of Olfactory Perception|nazwisko=Axel|imię=Richard|data=2004-12-08|opublikowany=The Nobel Foundation|data dostępu=2011-06-03|język=en}}</ref>

* <ref name="Mori i wsp 1999">{{cytuj pismo|autor=Kensaku Mori, Hiroshi Nagao, Yoshihiro Yoshihara|tytuł=The Olfactory Bulb: Coding and Processing of Odor Molecule Information|czasopismo=Science|wydanie=5440|wolumin=286|strony=711–715|data=22 October 1999|doi=10.1126/science.286.5440.711|język=en}}</ref>


* <ref name="Axel Lab 2011">{{cytuj stronę|url=http://www.hhmi.org/research/investigators/axel.html|tytuł=Representations of Olfactory Information in the Brain|autor=The Axel Laboratory|opublikowany=cpmcnet.columbia.edu/dept/neurobeh|język=en|data dostępu=2011-05-27}}</ref>
* <ref name="Axel Lab 2011">{{cytuj stronę|url=http://www.hhmi.org/research/investigators/axel.html|tytuł=Representations of Olfactory Information in the Brain|autor=The Axel Laboratory|opublikowany=cpmcnet.columbia.edu/dept/neurobeh|język=en|data dostępu=2011-05-27}}</ref>
Linia 198: Linia 177:


* <ref name="Obrębowski">{{cytuj pismo|nazwisko=Obrębowski|imię=Andrzej |tytuł=Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny za rok 2004|czasopismo =Medycyna Praktyczna|rok = 2005 | wydanie=03|odpowiedzialność = Uniwersytet Adama Kopernika, Wydział Informatyki, Katedra i Klinika Foniatrii i Audiologii AM im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu|język=pl|data=2005-04-11|url=http://www.mp.pl/artykuly/index.php?aid=26055&_tc=126CC645AB454EB8B32F2AE28CDF673B}}</ref>
* <ref name="Obrębowski">{{cytuj pismo|nazwisko=Obrębowski|imię=Andrzej |tytuł=Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny za rok 2004|czasopismo =Medycyna Praktyczna|rok = 2005 | wydanie=03|odpowiedzialność = Uniwersytet Adama Kopernika, Wydział Informatyki, Katedra i Klinika Foniatrii i Audiologii AM im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu|język=pl|data=2005-04-11|url=http://www.mp.pl/artykuly/index.php?aid=26055&_tc=126CC645AB454EB8B32F2AE28CDF673B}}</ref>

* <ref name = Bykow>{{cytuj książkę|nazwisko=Bykow|imię=K.M.|tytuł=Podręcznik fizjologii|wydawca=PZWL|miejsce=Warszawa|data=1957|strony= 859–861 |nazwisko2=Władimirow |imię2=G.E. |nazwisko3=Diełow |imię3=W.J. |nazwisko4=Konradi |imię4=G.P. |nazwisko5=Słonim |imię5=A.D. |rozdział=Ewolucja urządzeń odbiorczych|język=pl}}</ref>

* <ref name="skrypt UPH IB">{{cytuj stronę|url=http://www.ib.uph.edu.pl/bk_blony.htm|tytuł=Błony komórkowe|autor=Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy w Siedlcach, Instytut Biologii|praca=Skrypt: Biologia komórki|opublikowany=www.ib.uph.edu.pl|język=pl|data dostępu=2011-06-02}}</ref>

* <ref name="Singer, Nicolson 1972">{{cytuj pismo |autor=Singer S.J., Nicolson G.L. |tytuł=The fluid mosaic model of the structure of cell membranes |czasopismo=Science |wolumin=175 |wydanie=23 |strony =720–731 |rok = 1972 |miesiąc=Luty |pmid=4333397 |url=http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/175/4023/720 |doi=10.1126/science.175.4023.720|język=en}}</ref>


* <ref name="klasyfikacja OR">{{cytuj pismo | autor = G. Glusman, A. Bahar, D. Sharon, Y. Pilpel, J. White, D. Lancet | tytuł = The olfactory receptor gene superfamily: data mining, classification, and nomenclature | czasopisno = Mamm. Genome | wolumin = 11 | wydanie = 11 | strony = 1016–1023 | rok = 2000 | pmid = 11063259 | doi = 10.1007/s003350010196|język=en}}</ref>
* <ref name="klasyfikacja OR">{{cytuj pismo | autor = G. Glusman, A. Bahar, D. Sharon, Y. Pilpel, J. White, D. Lancet | tytuł = The olfactory receptor gene superfamily: data mining, classification, and nomenclature | czasopisno = Mamm. Genome | wolumin = 11 | wydanie = 11 | strony = 1016–1023 | rok = 2000 | pmid = 11063259 | doi = 10.1007/s003350010196|język=en}}</ref>
Linia 209: Linia 182:
* <ref name="OR10AG1">{{cytuj stronę|url=http://www.genenames.org/data/hgnc_data.php?hgnc_id=19607 OR10AG|tytuł=OR10AG1|autor=HGNC; HUGO Gene Nomenclature Committee|praca=Gene Symbol Report|opublikowany=www.genenames.org |język=en|data dostępu=2011-06-04}}</ref>
* <ref name="OR10AG1">{{cytuj stronę|url=http://www.genenames.org/data/hgnc_data.php?hgnc_id=19607 OR10AG|tytuł=OR10AG1|autor=HGNC; HUGO Gene Nomenclature Committee|praca=Gene Symbol Report|opublikowany=www.genenames.org |język=en|data dostępu=2011-06-04}}</ref>
}}
}}

<noinclude>----
<center>'''[[Uciążliwość zapachowa|Powrót do spisu treści]]'''</center>{{BottomPage}}</noinclude>

Wersja z 10:44, 9 lut 2012

Szablon:TopPage


Receptory węchowe i kodowanie zapachu

Kodowanie informacji o bodźcach węchowych, to jedno z pojęć określających zasady działania węchu, który jest częścią układu nerwowego, odpowiedzialną za procesy poznawcze związane z percepcją zapachu, jego rozpoznawaniem oraz kształtowaniem negatywnych lub pozytywnych emocji (np. ocenę jakości hedonicznej.

Węch odbiera i przetwarza bodźce chemiczne, jakimi są cząsteczki niektórych związków chemicznych (odorantów), obecne w powietrzu. Drugim z chemicznych zmysłów człowieka jest smak, niemal nierozłącznie związany z węchem (oba rodzaje wrażeń są odbierane równocześnie). O ile wiedza na temat wzroku, słuchu, smaku i innych zmysłów jest bogata od dawna, to zasady działania węchu długo pozostawały zagadkowe. Prawdopodobnie było to spowodowane ich większą złożonością, wynikającą z najdłuższej historii ewolucji tego sposobu „obserwacji” otoczenia przez organizmy żywe.

Z historii poszukiwań "teorii zapachu"

W dwudziestym wieku formułowano liczne hipotezy i teorie, dotyczące sposobu detekcji i rozpoznawania bodźców chemicznych przez węch. Wciąż cenione – często cytowane – są pionierskie prace G.M.Dysona (1938)[1], J.T.Daviesa (1959)[2] lub R.W.Moncrieffa (1967)[3]. Przeglądu różnych hipotez, formułowanych w tym okresie, dokonał Tim Jacob z Cardiff Univ. UK (Theories of olfaction)[4] (zobacz też – podręcznik "Odory"[5].

Struktura izomerów karwonu
Pentan-2-on

Część koncepcji, dotyczących mechanizmu oddziaływań między receptorami i cząsteczkami odorantów, opiera się na założeniu, że cząsteczki receptorowe są rodzajem anten "nastrojonych" na odbiór określonych częstotliwości fal. R.H.Wright (1961) przypuszczał, że w widmie cząsteczek odorantów występują tzw. "częstości osmiczne" z zakresu 50 – 500 cm-1. Miały one wywoływać zmiany poziomu energetycznego elektronów w cząsteczkach pigmentów (ok. 20 rodzajów), występujących w śluzie nabłonka węchowego.

Przejściu elektronów z metastabilnego stanu wzbudzonego do stanu podstawowego miała towarzyszyć zmiana momentu dipolowego cząsteczki pigmentu, wywołująca lokalną depolaryzację najbliższego fragmentu błony komórki węchowej[6][7]. Pigmenty miały być odpowiedzialne za istnienie ok. 20 zapachów podstawowych (analogicznych do trzech podstawowych barw). Istnienia takich pigmentów doświadczalnie nie potwierdzono. Przeciw hipotezie Wrighta przemawia fakt, że izotopowe wymiany atomów w cząsteczkach odorantów, które wpływają na częstości drgań cząsteczki (zmiana masy), nie powodują zmian zapachu. Hipoteza nie powala też wyjaśnić różnic między zapachem enancjomerów, które mają identyczne widma rotacyjne i oscylacyjne (np. izomery karwonu).

Zbliżona koncepcja L. Turina (1997) została sformułowana w czasie prób wyjaśnienia różnicy między zapachami enancjomerów. Turin zasugerował nowy mechanizm oddziaływania cząsteczek-bodźców na różne białka-receptory (nie ograniczając się do węchu). Zaproponował uznanie wszystkich receptorów za rodzaj spektroskopów, które rejestrują określone częstości drgań z zakresu podczerwieni (widmo rotacyjno-oscylacyjne)[8].

Trzy "gniazdka receptorowe" J.E.Amoore'a

Za istotne uznał również cechy przestrzennej budowy cząsteczki odoranta, decydujące o tym, czy receptor "odbierze" częstości drgań, charakteryzujące wszystkie fragmenty cząsteczki. Za doświadczalne potwierdzenie hipotezy uznawano udane odtworzenie "kminkowego" zapachu (+)-karwonu przez zmieszanie (-)-karwonu (zapach mięty) z pentan-2-onem. Potwierdziło to wyjściowe założenie eksperymentu, że w czasie oddziaływania (-)-karwonu względy przestrzenne uniemożliwiają wykrycie drgań grupy karbonylowej, które należy "uzupełnić" wprowadzając małe cząsteczki, zawierające tę grupę.

W drugiej połowie XX wieku najbardziej popularna była teoria, sformułowana przez J.E. Amoore'a (1952)[9][10]. Amoore analizował częstość występowania – w fachowym piśmiennictwie – różnych określeń zapachu związków chemicznych, a następnie poszukiwał podobieństwa struktury cząsteczek, których zapach był jednakowo określany. Wyodrębnił 7 woni, uznanych za podstawowe: kamforową, piżmową, kwiatową, miętową, eteryczną, ostrą i gnilną. W poszczególnych grupach zaobserwował podobieństwo kształtu cząsteczek (cieni rzucanych przez ich modele kulowe). Na tej podstawie stwierdził, że zapachy odróżniamy dzięki siedmiu różnym receptorom zapachów podstawowych, w których – zgodnie z modelem klucza i zamka – znajdują się "gniazdka" o odpowiednim kształcie (patrz – Tim Jacob, Theories of olfaction/Molecular shape[4]).

Receptory GCPR

Schemat receptora błonowego z siedmioma domenami (helisami) transbłonowymi (7TM)
Schemat pobudzenia receptora OR przez cząsteczkę odoranta z uwolnieniem podjednostki α białka G[11]

Zgodnie ze współczesnym stanem wiedzy chemoreceptory, czyli receptory reagujące na bodźce chemiczne (np. hormony, bodźce węchowe i smakowe) są najliczniejszą grupą receptorów błonowych. Ich struktura jest zakodowana w genach wszystkich organizmów żywych. Są to często białka posiadające siedem α-helikalnych fragmentów, przenikających przez błonę komórkową (7 domen transmembranowych, symbol 7TM). Należą do białek sprzężonych z białkiem G, oznaczanych symbolem GPCR (G Protein-Coupled Receptor).

Białko G jest zbudowane z trzech podjednostek: α, β i γ. Do podjednostki α przyłącza się guanozynodifosforan (GDP). Skutkiem pobudzenia chemorereceptora jest fosforylacja GDP. Powstający guanozynotrifosforan (GTP) jest uwalniany do cytoplazmy, gdzie uczestniczy w procesach otwierania kanałów jonowych w błonie neuronu (biochemiczna kaskada). Otwarcie kanałów umożliwia dyfuzję prostą jonów potasu z wnętrza na zewnątrz komórki i jonów sodu w przeciwnym kierunku, co powoduje depolaryzację jej błony. Powstający potencjał czynnościowy przemieszcza się wzdłuż neurytu do synapsy. Uwalnia tu do szczeliny synaptycznej neurotransmitery, które mogą wywołać potencjał czynnościowy w błonie sąsiedniego neuronu (neuron II rzędu).

Odkrycie rodziny OR

Schemat łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR):
1. Denaturacja w 96 °C
2. Wiązanie starterów w 68 °C
3. Synteza nici komplementarnej w 72 °C (P – polimeraza)

w:Linda B. Buck[12] i w:Richard Axel[13] otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w roku 2004 za odkrycia dokonane w wyniku badań rozpoczętych w roku 1985. Według L.B. Buck inspiracją jej badań była opublikowana w roku 1985 praca J. Pevsnera i współpracowników[14]. Autorzy pracy badali powinowactwo nabłonka węchowego wołu i szczura do 2-izobutylo-3-[3H]metoksypirazyny (silny zapach papryki). Stwierdzono, że odorant jest specyficznie i silnie wiązany w nabłonku węchowym (nie zaobserwowano tego zjawiska w 11 innych badanych tkankach). Jego powinowactwo do nabłonka węchowego szczura jest 9 razy większe niż do nabłonka innych części układu oddechowego. Z nabłonka wołu wyizolowano białko wiążące pirazyny, które stanowi około 1% całkowitego białka rozpuszczalnego. Zbadano jego strukturę, wskazując dwa miejsca wiązania odoranta. Wykazano również, że powinowactwo tego białka do homologicznej serii pirazyn jest skorelowane z progami wyczuwalności ich zapachu przez człowieka. Wyciągnięto wniosek, że białko odgrywa istotną fizjologiczną rolę w procesie percepcji zapachu[15].

Biorąc pod uwagę ogromną liczebność rozpoznawanych zapachów (> 10 tys.) Linda Buck założyła, że[12][16][17]:

  • w nabłonku węchowym występują liczne białka, kodowane przez dużą rodzinę genów
  • białka kodowane przez te geny wiążą różne cząsteczki odorantów
  • geny tych białek ulegają selektywnej ekspresji w neuronach narządu węchu

Było też prawdopodobne, że poszukiwane białka receptorowe należą do nowej wówczas grupy – receptorów sprzężonych z białkiem G (w roku 1989 znano 20 należących do GPCR interoreceptorów hormonów i neurotransmiterów). Badania zmierzające do potwierdzenia tych założeń Linda Buck prowadziła od roku 1988 w laboratorium kierowanym przez Richarda Axela. Badania polegały na[12][16][17]:

Uzyskano 64 frakcje łańcuchów DNA, wśród których spodziewano się zidentyfikować poszukiwaną rodzinę genów. Sekwencja nukleotydów, ustalona dla 10 łańcuchów DNA z jednej z tych frakcji, odpowiadała oczekiwanym pierwszorzędowym strukturom białek. Wyznaczona sekwencja aminokwasów w tych białkach wskazywała, że wyodrębnione łańcuchy DNA są genami białek z siedmioma domenami hydrofobowymi (o zmiennej sekwencji aminokwasów), tworzącymi α-helisy (struktura drugorzędowa analogiczna do struktury znanych GPCR). Wyniki pracy opublikowano w roku 1991[16][18].

Korzystając z bazy danych, zgromadzonych w czasie realizacji „Projektu poznania ludzkiego genomu” (ang. Human Genome Project, HGP), zidentyfikowano 636 analogicznych genów o długości ok. 1000 par zasad. Aktywność wykazuje tylko 339 z nich (ponad 2% z ok. 30 tys. wszystkich genów w genomie), a pozostałe są pseudogenami, które nie ulegają ekspresji (u zwierząt udział pseudogenów jest mniejszy)[uwaga 2]. Geny receptorów węchowych występują w największej ilości w chromosomie 11 (318 genów), nie występują w chromosomach 8, 20 i Y[19].

Wszystkie receptory węchowe uznano za nadrodzinę OR (Olfactory Receptor), w której wyróżnia się rodziny (zgodność sekwencji > 40%) oznaczane kolejnymi numerami 1–56 oraz podrodziny (zgodność sekwencji > 60%) oznaczane symbolami literowymi, np. A, AG, C[20]. Ostatni element symbolu OR jest numerem białka w podrodzinie, np. OR10AG1[21].

System węchowy

Określenie drogi sygnałów od zakończeń nerwów węchowych do kłębuszków opuszki umożliwiły białka zielonej fluorescencji
System węchowy człowieka
1. opuszka węchowa; 2. komórki mitralne (II neurony drogi węchowej; 3. kość sitowa 4. nabłonek węchowy; 5. „kłębuszki” opuszki węchowej; 6. komórki węchowe (receptory)
Zasada dekodowania zapachu odorantów, wiązanych przez różne receptory[uwaga 3]
Cechy kształtu pięciu różnych receptorów oraz cząsteczek odorantów reprezentują różne właściwości chemiczne i stereochemiczne, decydujące o wzajemnym powinowactwie. W nabłonku węchowym człowieka znajduje się 339 różnych białek receptorowych OR w milionach komórek nabłonka węchowego. Liczba wzorców pobudzenia tych komórek jest niemal nieograniczona
Model przekazywania sygnałów o zapachu z nabłonka węchowego do ośrodka korowego[uwaga 4]

Podstawami koncepcji systemu węchowego są[16][17][22][23]:

  • zidentyfikowanie nadrodziny ponad 1000 węchowych białek receptorowych (OR)
  • wykazanie, że poszczególne OR ulegają selektywnej ekspresji w poszczególnych komórkach narządów zmysłu węchu, przy czym w jednym neuronie ulega ekspresji jeden rodzaj OR
  • sprawdzenie, jak poszczególne OR reagują na różne związki chemiczne (odoranty)
  • zbadanie sposobu interpretacji sygnałów o pobudzeniu receptorów (neurony I rzędu) na wyższych piętrach analizatora wrażenia zmysłowego (zobacz: droga węchowa, erw węchowy)

Potwierdzenie spodziewanej lokalizacji receptorów (selektywnej ekspresji genów OR) uzyskano wykorzystując metodę znakowania receptorów z użyciem GFP oraz technik inżynierii genetycznej i klonowania. Otrzymano zdjęcia, np. przekrojów tkanki nerwowej transgenicznych myszy, na których wyraźną zieloną fluorescencję (świadczącą o obecności białek OR) wykazują komórki nabłonka węchowego i opuszki[16][17].

Techniki inżynierii genetycznej zastosowano również czasie badań roli kłębuszków (glomerule) opuszki węchowej w interpretacji sygnałów węchowych. Opuszka człowieka i innych ssaków (bulbus olfactorius, BO) mieści się bezpośrednio nad blaszką sitową kości sitowej (lamina cribrosa ossis ethmoidale), stanowiącą sklepienie jamy nosowej. Przez blaszkę przenikają aksony komórek węchowych nabłonka, który pokrywa tę część jamy (ok. 2×2,5 cm², ok. 2×50 mln komórek czuciowych [24]).

W kłębuszkach BO znajdują się liczne synapsy, w których sygnał o pobudzeniu neuronów I rzędu (receptorów) jest przekazywany neuronom II rzędu (komórki mitralne). Aby zbadać szlak informacji przekazywanych z receptorów zawierających jeden rodzaj OR, wyhodowano mysz transgeniczną, w której komórkach następowała równoczesna ekspresja OR i lektyny jęczmienia. Obecność lektyny w komórkach badanych tkanek stwierdzano metodami immunohistochemicznymi. Uzyskano barwne obrazy mikroskopowe wskazujące, że w jednym kłębuszku opuszki myszy zbiega się kilka tysięcy aksonów komórek nabłonka. Powoduje to znaczne wzmocnienie sygnału o istnieniu zewnętrznego bodźca, który jest rejestrowany przez określony rodzaj OR. Rozmieszczenie kłębuszków odbierających sygnały z różnych OR jest charakterystyczne dla gatunku. Nie zmienia się w czasie, mimo że komórki nabłonka żyją zaledwie 2 miesiące (są zastępowane przez nieustannie powstające nowe komórki).

Informacja o pobudzeniu określonych stref opuszki jest przekazywana do neuronów rozsianych w korze węchowej. Z określonym zapachem wiąże się odpowiednia grupa pobudzonych neuronów kory, podobna u różnych osobników gatunku.

Informacja o pobudzeniu jednego typu OR byłaby równoznaczna z identyfikacją zapachu, gdyby te receptory były selektywnymi czujnikami, reagującymi na jeden związek lub na ściśle określoną grupę zanieczyszczeń powietrza, o takim samym lub podobnym zapachu. Ten warunek nie jest spełniony. Badania L.B. Buck i R. Axela wykazały, że jeden OR może reagować na działanie różnych związków chemicznych, a jeden związek wywołuje pobudzenie neuronów z różnymi OR. Dekodowanie niemal nieskończonej liczby zapachów polega więc na ich porównywaniu wzorcami, zachowanymi w pamięci w postaci informacji o reakcjach wszystkich receptorów (przetworzonych i wzmocnionych w opuszce)[12][16][17].

W tabeli przedstawiono przykład ilustrujący w jaki sposób różne receptory węchowe reagują na określone związki chemiczne (odoranty). Symbole S1, S3, S18 itd. oznaczają numery przypisane poszczególnym receptorom. Znak „+” oznacza reakcję receptora na działanie danego związku, zero – brak reakcji[uwaga 5].

Związek chemiczny (odorant) S1 S3 S18 S19 S25 S41 S46 S51 S79 S83 Zapach
Alkohol heksanowy 0 0 0 x 0 0 0 0 0 0 nieprzyjemny
Heksanol 0 x 0 0 x 0 0 0 0 0 przyjemny
Alkohol heptanowy x 0 x x 0 x 0 x 0 0 nieprzyjemny
Heptanol 0 x 0 x x 0 0 0 0 0 przyjemny
Alkohol oktanowy x 0 x x 0 x x x x x nieprzyjemny
Oktanol 0 0 x x 0 x 0 x 0 0 przyjemny

Badania systemu węchowego, zainicjowane odkryciem OR, są intensywnie kontynuowane w wielu laboratoriach świata. W laboratorium Richarda Axela[25] badano np. węch transgenicznej myszy, wyhodowanej z komórki jajowej której jądro zastąpiono jądrem komórki węchowej. Stwierdzono, że węch tej myszy nie odbiega od węchu myszy grupy porównawczej. W komórkach jej nabłonka węchowego powstały wszystkie rodzaje OR myszy i mapa pobudzeń tych receptorów jest poprawnie rozpoznawana w mózgu[16]. W laboratorium Lindy B. Buck wyhodowano np. klon myszy ze znaczonymi białkami na całej długości drogi węchowej, co ułatwia badania organizacji systemu węchowego[16]. Wykazano też, że niektóre bezwonne związki mogą wywoływać wrażenia węchowe, jeżeli występują w mieszaninach[26]. W innych laboratoriach prowadzone są np. badania systemów nerwowych innych organizmów, np. porównania systemów węchowych człowieka i szympansa i inne analizy zmian systemu węchowego w procesie ewolucji[27][28].

Uwagi

  1. Według L. Białaczewskiego badano nabłonek węchowy szczura. Prawdopodobnie autor miał na myśli badania prowadzone w laboratorium R. Axela nieco później, których wyniki opublikowano w roku 1993.
  2. Poszukiwania OR nie są zakończone, co sprawia, że w piśmiennictwie nie ma całkowitej zgodności danych. W czasie wykładu wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, Linda B. Buck wymieniła wartości (zobacz: slajd 16):
    * człowiek: liczba genów aktywnych: 363, liczba pseudogenów: 275 (43%)
    * mysz: liczba genów aktywnych: 910, liczba pseudogenów: 299 (25%).
  3. Zobacz też: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, (slajd 26).
  4. Zobacz też: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, (slajd 46 i 47).
  5. Więcej przykładów – zobacz: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, (slajd 25).

Przypisy

  1. G.M. Dyson. The scientific basis of odour. „Chem. Ind.”. 57, s. 647-651, 1938 (ang.). 
  2. J.T. Davies, F.H. Taylor. The role of adsorption and molecular morphology in olfaction: the calculation of olfactory thresholds. „Biol. Bull. Marine Lab, Woods Hole”. 117, s. 222-238, 1959 (ang.). 
  3. R.W. Moncrieff. „The Chemical Senses”. 117, s. 381-382, 1967 (ang.). 
  4. 4,0 4,1 Tim Jakob: Smell (Olfaction)/Theories of olfaction (ang.). www.cardiff.ac.uk. [dostęp 2010-09-07].
  5. Joanna Kośmider, Barbara Mazur-Chrzanowska, Bartosz Wyszyński: Odory. Wyd. 1. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2002. ISBN 978-83-01-14525-5.
  6. R.H. Wright. Odour and Molecular Wibration. „Nature”. 190, s. 1101-1102, 1961 (ang.). 
  7. R.H. Wright: Nauka o zapachu. Warszawa: PWN, 1972. (pol.)
  8. L. Turin. A spectroscopic mechanizm for primary olfactory reception. „Chemical Senses”. 7, s. 217-229, 1997 (ang.). 
  9. J.E. Amoore. The stereochemical specificities of human olfactory receptors.. „Perfumery & Essential Oil”. 43, s. 321-330, 1952. 
  10. J.E. Amoore. Stereochemical Theory of Olfaction.. „Nature”. 199, s. 912-913, 1963. DOI: 10.1038/199912b0. PMID: 14079907. 
  11. Kevin Ryan, Xiaozhou P. Ryan: Molecular shape and the sense of smell (ang.). W: Inspiring Science Discovery [on-line]. AccessScience from McGraf-Hill. [dostęp 2011-05-27].
  12. 12,0 12,1 12,2 12,3 Linda B. Buck: Unraveling the Sense of Smell (ang.). The Nobel Foundation, 2004. [dostęp 2011-06-03].
  13. Richard Axel: Scents and Sensibility: A Molecular Logic of Olfactory Perception (ang.). The Nobel Foundation, 2004-12-08. [dostęp 2011-06-03].
  14. Linda B. Buck. The search of odorants receptors (commentary). „Cell”, s. 117–119, 2004–01–23. Cell Press (ang.). 
  15. J. Pevsner, R.R. Trifiletti, S.M.Strittmatter, S.H. Snyder. Isolation and characterization of an olfactory receptor protein for odorant pyrazines. „Proc. Natl. Acad. Sci. USA”. 82 (9), s. 3050–3054, maj 1985 (ang.). 
  16. 16,0 16,1 16,2 16,3 16,4 16,5 16,6 16,7 Leszek Białaczewski. Nagroda Nobla za rok 2004: odkrycie genów receptorów węchowych. „Otorynolaryngologia”. 4 (4), s. 163–168, 2005 (pol.). 
  17. 17,0 17,1 17,2 17,3 17,4 Jolanta Skangiel-Kramska, Karolina Rogozińska. Zmysł węchu — kodowanie zapachów — Nagroda Nobla z fizjologii lub medycyny w 2004 roku. „Kosmos. Problemy nauk biologicznych”. 54 (2–3 (267–268)), s. 149–154, 2005 (pol.). 
  18. Linda B. Buck, Richard Axel. A novel multigene family may encode odorant receptors: a molecular basis for odor recognition. „Cell”. 65, 1991 (ang.). 
  19. Informacje na temat niektórych receptorów węchowych (OR, olfactory receptors) można znaleźć na stronach en:wiki, np. en:Olfactory receptor, OR52M1, OR10A3, OR10A4, OR10A5,OR10A6, OR10AD1, OR10AG1, OR10C1,OR10G2 i wiele innych, zebranych w en:Category:G protein coupled receptors
  20. G. Glusman, A. Bahar, D. Sharon, Y. Pilpel, J. White, D. Lancet. The olfactory receptor gene superfamily: data mining, classification, and nomenclature. . 11 (11), s. 1016–1023, 2000. DOI: 10.1007/s003350010196. PMID: 11063259 (ang.). 
  21. HGNC; HUGO Gene Nomenclature Committee: OR10AG OR10AG1 (ang.). W: Gene Symbol Report [on-line]. www.genenames.org. [dostęp 2011-06-04].
  22. Andrzej Obrębowski. Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny za rok 2004. „Medycyna Praktyczna”, 2005-04-11. Uniwersytet Adama Kopernika, Wydział Informatyki, Katedra i Klinika Foniatrii i Audiologii AM im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu (pol.). 
  23. Beata Ponikowska. Nowoczesne metody badania zmysłu węchu. „Prace poglądowe w Adv. Clin. Ex. Med.”. 12 (4), s. 525–528, 2003. ISSN 1230-025X (pol.). 
  24. Elżbieta Potargowicz. Węch – niedoceniany zmysł człowieka. „Postepy Hig Med Dosw.”. 62, s. 87–93, 2008 (pol.). 
  25. The Axel Laboratory: Representations of Olfactory Information in the Brain (ang.). cpmcnet.columbia.edu/dept/neurobeh. [dostęp 2011-05-27].
  26. Zhihua Zou, Linda B. Buck. Combinatorial effects of odorant mixes in olfactory cortex.. „Science”. 311, s. 1477–1481, 2006. ISSN 0036-8075 (ang.). [dostęp 2010-10-17]. 
  27. Dan D. Stettler, Richard Axel. Representations of Odor in the Piriform Cortex. „Neuron”. 63 (6), s. 854–864, 2009-09-24. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.09.005 (ang.). 
  28. H.L. Eisthena, G. Polesea. Evolution of Nervous Systems. „Evolution of Nervous Systems”, s. 355–406, 2007-02-02 (online). DOI: 10.1016/B0-12-370878-8/00142-7 (ang.). 

Powrót do spisu treści

Szablon:BottomPage