Tyto čichové receptory jsou proteiny překlenující lokalizované na apikální pól neuronů čichových receptorů čichového epitelu nebo antény v závislosti na druhu. Detekce chemických stop v životním prostředí má zásadní roli pro přežití většiny zvířat tím, že je informuje o přítomnosti potravy, reprodukčních partnerů predátorů nebo patogenů. Čichové receptory jsou proto vstupním bodem pro molekulární signály z prostředí; umožňují jejich transdukci do elektrické nervové zprávy, kterou může interpretovat centrální nervový systém . Čichové receptory jsou spojeny se jmény D RS Linda B. Buck a Richard Axel , objevitelé1991z rodiny genů kódujících tyto proteiny; tento objev jim vynesl Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu v2004.
Tyto proteiny mají na svém N-terminálním konci receptorovou doménu zaměřenou na extracelulární médium. Tato oblast je specifická pro určité chemické sloučeniny. Rozmanitost čichových receptorů - několik stovek u většiny obratlovců, patřících do nadrodiny proteinů spojených s G proteiny - a jejich rozmanitost umožňují kombinatorické kódování molekulárních druhů, které se k nim dostávají. Jsou jich desítky tisíc, pravděpodobně všechny rozlišené čichovým systémem většiny obratlovců.
Myší genom obsahuje asi 1,500 geny kódující čichové receptory, z nichž 80% jsou transkribovány. U lidí existuje přibližně 950 genů, z nichž 60% není transkribováno ( pseudogeny ) a přibližně 100 zděděno po předcích ryb, přičemž přibližně 350 je funkčních, tuto pseudogenizaci lze interpretovat jako redukci lidského čichového vesmíru nebo sníženou schopnost aby rozlišoval jeho čich. Čichové receptory tvoří největší rodinu genů u savců, což představuje mezi 2% (jako u lidí) a 5% celkových kódujících genů v závislosti na druhu.
Čichové receptorové buňky se obnovují každé dva měsíce.
Rodina čichových receptorových genů u obratlovců se vyvinula prostřednictvím genomových událostí, jako jsou duplikace genů. Tandemové duplikace byly prokázány skutečností, že mnoho genů kódujících receptory patřící do stejné fylogenetické rodiny se nachází na stejném chromozomálním místě. Takový vývoj také zahrnuje eliminaci genů v multigenních rodinných repertoárech mutacemi, které vytvářejí nefunkční pseudogeny. Bylo navrženo, že vývoj barevného vidění u primátů mohl snížit užitečnost čichu u primátů, což by vysvětlovalo uvolňování selektivních tlaků na tyto geny a akumulaci pseudogenních receptorů u primátů.
Ukázalo se, že negativní selekce je u moderních lidí vždy slabá, což umožňuje šíření škodlivých mutací v současných populacích. Výsledkem je, že minimální funkční plošina ještě nebyla u moderních lidí dosažena, a proto by čichová kapacita mohla dále klesat. Toto je považováno za první vědecký vodítko k budoucímu vývoji lidské genetiky.
Čichové receptory mají proměnlivou afinitu k celé řadě pachových molekul. Naopak, jedna vonná molekula se může vázat na několik pachových receptorů vybavených proměnlivými afinitami, které závisí na fyzikálně-chemických vlastnostech molekul, jako jsou jejich objemy a chemické funkce. Jakmile se odorant váže na pachový receptor, receptor prochází strukturálními změnami. Váže a aktivuje čichově podobný G protein umístěný uvnitř neuronu čichového receptoru. S G proteinem (G OLF a / nebo G s ), dále aktivuje lyázy - adenylátcyklázu -, který přeměňuje ATP na cAMP . CAMP vede k otevření iontových kanálů, které umožňují iontům sodíku ( ) a vápníku ( ) vstoupit do buňky, což vede k depolarizaci neuronu. Tato depolarizace je zesílena proudem chloru ( ) aktivovaným vápníkem. Tato depolarizace neboli receptorový potenciál se potom rozšíří až k axonovému kužele čichového receptorového neuronu, kde bude docházet k emisi akčních potenciálů, které budou přenášeny do čichové baňky , což je první přenos čichové informace do nervového systému.
Potenciál receptoru se vrací do klidu díky třem mechanismům. Specifické fosfodiesterázy se účastní degradace cAMP. Le tvoří komplex s kalmodulinem, který se váže na / kanál a snižuje jeho afinitu k cAMP (viz obrázek) . Nakonec je vyloučen z neuronu působením a / výměníku .
Primární sekvence tisíců čichových receptorů (OR) jsou známy z genomů více než tuctu organismů: jsou to transmembránové proteiny se sedmi šroubovicemi, ale existují (od Květen 2016) žádná známá struktura žádného RO . Jejich sekvence vykazují typické motivy GPCR třídy A, užitečné pro konstrukci jejich struktur pomocí molekulárního modelování. Golebiowski, Ma a Matsunami prokázali, že mechanismus rozpoznávání ligandů, i když je podobný jiným GPCR bez zápachu třídy A, zahrnuje zbytky specifické pro receptory zápachu, zejména v šesté šroubovici. Asi ve třech čtvrtinách všech operačních sálů existuje vysoce konzervovaná sekvence, která je vazebným místem pro ionty kovů na trojnože, a Suslick navrhl, že RO jsou ve skutečnosti metaloproteiny (hlavně se zinkem, mědí a případně manganem), které slouží jako Lewisova kyselina místo pro vazbu mnoha pachových molekul. Crabtree v roce 1978 již navrhl, že Cu (I) je „nejpravděpodobnějším kandidátem na místo metaloreceptorů v čichu“ pro silně vonící těkavé látky, které jsou také dobrými koordinačními ligandy pro kovy, jako jsou thioly. Zhuang, Matsunami a Block v roce 2012 potvrdili návrh Crabtree / Suslick pro konkrétní případ myši OU, MOR244-3, což ukazuje, že měď je nezbytná pro detekci určitých thiolů a dalších sloučenin obsahujících síru. Autoři proto ukázali, že použitím chemikálie, která se váže na měď v nose myši, takže měď není k dispozici receptorům, myši nedokázaly detekovat thioly. Tito autoři však také zjistili, že MOR244-3 neměl specifické vazebné místo pro ionty kovů navržené Suslickem, ale vykazovalo jiný motiv v doméně EC2.
Předpokládá se, že dysfunkce metaloproteinů v čichovém systému souvisí s neurodegenerativními chorobami na bázi amyloidů.
Vibrační teorie čichu (en)V kontroverzní studii bylo také navrženo, aby čichové receptory vnímaly různé úrovně vibrační energie z molekuly spíše než strukturní vzorce prostřednictvím mechanismů kvantové koherence. Jako důkaz bylo prokázáno, že ovocné mušky (octové mušky) mohou rozlišovat dvě vůně, které se liší pouze přítomností izotopu vodíku, deuteria (který radikálně upraví hladinu vibrační energie molekuly). Nejen, že mouchy dokázaly rozlišit mezi deuterovanou a nedeuterovanou formou vůně, ale mohly také zobecnit vlastnost „deuterity“ na jiné inovativní molekuly. Kromě toho zobecnili naučené chování vyhýbání se molekulám, které nebyly deuterovány, ale sdílely silný vibrační úsek s deuterovanými molekulami, což diferenciální fyzika deuterace (níže) obtížně zohledňuje.
Deuterace upravuje adsorpční teplo a body varu a mrazu molekul (body varu: 100,0 ° C pro H 2 Ovzhledem k 101.42 ° C D 2 O; Teploty tání: 0,0 ° C H 2 O, 3,82 ° C D 2 O), pKa (například, disociační konstanta: 9,71 x 10 -15 H 2 Ove srovnání s 1,95 × 10 −15 D 2 O, srov. těžká voda) a pevnost vodíkové vazby. Takové izotopové účinky jsou extrémně běžné, a proto je dobře známo, že substituce deuteriem skutečně změní vazebné konstanty molekul k proteinovým receptorům.
Tvrdilo se, že lidské čichové receptory jsou schopny rozlišovat mezi deuterovanými a nedeuterovanými izotopomery cyklopentadekanonu detekcí úrovně vibrační energie. Toto tvrzení však bylo zpochybněno další zprávou, že lidský pižmový rozpoznávací receptor OR5AN1, který silně reaguje na cyklopentadekanon a muskón, nerozlišuje izotopomery těchto sloučenin in vitro . Kromě toho reagoval myší (methylthio) methanthiol-rozpoznávající receptor MOR244-3, stejně jako další vybrané myší a lidské čichové receptory, podobně jako normální, deuterované a izotopomery uhlíku-13 svých příslušných ligandů, přičemž výsledky jsou podobné jako u ty nalezené u pižma receptoru OR5AN1. Byl proto učiněn závěr, že navrhovaná teorie vibrací se nevztahuje na lidský pižmový receptor OR5AN1, myší thiolový receptor MOR244-3 nebo jiné zkoumané čichové receptory. Navrhovaný mechanismus přenosu elektronů vibračních frekvencí vonných látek lze navíc snadno potlačit kvantovými účinky molekulárních vibračních režimů bez zápachu. Mnoho důkazů proto odporuje teorii vibrací čichu. Druhá studie byla kritizována, protože používala „buňky v misce spíše než celé organismy“ a že „exprese pachového receptoru v lidských embryonálních ledvinových buňkách adekvátně neobnovuje složitou povahu organismu. Čich ...“ . V reakci na to autoři druhé studie uvádějí, že „embryonální buňky ledvin nejsou stejné jako buňky v nose ... ale pokud se podíváte na receptory, je to nejlepší systém na světě.“