Главная | Обратная связь

Регистрация и преобразование обонятельного сигнала

Современная теория обоня­тельной рецепции предполагает, что начальным звеном этого процесса могут быть два вида взаимодействия: первое – это кон­тактный перенос заряда при соударении молекул пахучего веще­ства с рецептивным участком и второе – образование молекуляр­ных комплексов и комплексов с переносом заряда. Эти комплек­сы обязательно образуются с белковыми молекулами рецептор­ной мембраны, активные участки которых выполняют функции доноров и акцепторов электронов. [20] Обонятельные рецепторные белки относятся к первичным рецепторным белкам, связывание которых со своими субстратами вызывает в них достаточно большие структурные изменения, вслед за которыми начинается каскад каталитических (фер­ментативных) реакций. Для запахового рецептора это завершается нервным импульсом — электричес­ким сигналом для мозга. Эти белки кодируются генами, расположенные практически во всех хромосомах, кроме аутосомы 20 и поло­вой хромосомы Y. В геноме человека идентифицировано более 900 генов, кодирующих белки обонятельных рецепторов, что практически равно одной тридцатой всего генома. Эти белки относят к семейству связанных с G-белком рецепторов. [12] Но у человека 60% генов белков обонятельных рецепторов неактивно. Судя по всему, мутации, блокирующие активность генов обонятельных рецепторов, стали накапливаться с того времени, когда острое обоняние утратило свою важность для выживания обезьяноподобных предков человека. [17]

Среди набора белков наружной поверхности обонятельного эпи­телия важную роль играют белки – щелочные фосфатазы, обладающие фосфатазной активностью (гидролизуют фосфатные связи фосфорных эфиров) в слабощелочной среде (рН 7,5–9). Это обусловлено тем, что с процессами фосфорилирования и дефосфорилирования связаны за­пуск и остановка каскадов биохимических реакций, к которым относится и запаховое восприятие. [14]

I-ый этап – Первичная дифференциация запаховых молекул. [14]

В ре­зультате фосфатазной реакции происходит гидролиз моноэфиров ортофосфорной кислоты по схеме (1):

R—O—PO₃H₂ + H₂O ^{Фермент} R—OH + Н₃РО₄. (1)

В сенсорном эпителии существуют два вида белков с фосфатазной активностью:

1 - растворимые, сосредоточенные главным образом в обонятельной слизи;

2 - прочно связанные (иммобилизованные) на наружной поверхности сенсорного эпителия.

Последние непосредственно взаимодействуют с молекулярными рецепторами обонятельных нейронов. Источником растворимых фосфатаз является секрет желез Боумена, среди белков которого ведущую роль занимают транс­портные белки (Т). Последние осуществляют пере­нос нерастворимых в воде одорантов (запаховых молекул). Химически состав слизи выглядит следующим образом: это ферменты — щелочная фосфатаза, эстеразы, липазы, цитохромы Р450 и другие, структурные белки, кислые гликопротеиды, нейтральные и кислые мукополисахариды, пигмент, фосфатиды, ионы калия, натрия, хлора, кальция. Функция слизи — несущая среда. Ее структурированная форма полианионной природы создается кислыми гликопротеидами, обеспечивает захват молекул из газовой фазы.

II-ой этап – рецепция одоранта из газовой среды. [14]

Одорант (О) должен сконцентри­роваться в слизи, прореагировать со специфическим белком нейрона и вызвать ответ.

Растворению одоранта в слизи способствует по­стоянный процесс перемешивания, осуществляе­мый волосками нейронов. К тому же в слизи содер­жатся вещества для первичного связывания моле­кул. Поскольку обычные значения констант связы­вания (констант диссоциации) адсорбционными центрами белков составляют 10^-4М, участие белка в связывании одоранта оказывается достаточно эф­фективным (2):

О + Т = ОТ (2)

Белок, растворенный в слизи, играет роль транс­портного, если происходит реакция обмена одорантом между растворимым транспортным белком и белком (R), связанным на мембране рецептором (3).

R + TO = RO + T. (3)

Среди биологически значимых одорантов суще­ствует множество нерастворимых в воде соедине­ний, например андростенон. Перенос его из газовой фазы в водную среду возможен только при участии промежуточного транспортного белка. [4]

III-ий этап – Очищение рецепторных белков [14]

После появления ответа на запаховое воздейст­вие рецепторные белки должны быть очищены для последующей работы. В удалении молекул, заполня­ющих белки-рецепторы, принимают участие также ферменты, такие, как цитохром Р450 2G1, который содержится в обонятельной слизи у млекопитающих. Цитохром Р450 катализирует реакции окисления молекулярным кислородом, при которых органиче­ский субстрат RH гидроксилируется до RH—OH, что повышает его растворимость в слизи. Фактиче­ски цитохром Р450 — это целое семейство похожих белков. В настоящее время известны несколько сот членов этого семейства. Широкая субстратная спе­цифичность и относительно высокая каталитичес­кая эффективность цитохрома Р450 2G1 в стероид­ном метаболизме предполагают участие этого фермента в обонятельном процессе на стадии очист­ки рецепторов от прореагировавших и нераствори­мых в воде неполярных соединений. Работа желез Боумена также контролируется адсорбцией одоранта в их устьицах. Пока обонятельный сигнал усиливает­ся молекулярными механизмами внутри обонятель­ного волоска, порция обонятельной слизи, посту­пившей из желез Боумена, освобождает рецепторы от прореагировавших молекул как ферментатив­ным путем с помощью представителей семейства цитохрома Р450, так и с помощью транспортных белков, удаляющих их вместе со слизью в виде ком­плекса ТО. [14]