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

m
WP:SK, dr.red
(→‎Przypisy: drobne redakcyjne)
m (WP:SK, dr.red)
[[Plik:John William Waterhouse - The Soul of the Rose, aka My Sweet Rose.JPG|thumb|200px|<small>[[John William Waterhouse]] (1849-19171849–1917); ''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]] </small>]]
 
[[Plik:Chaoborus crystallinus male as Corethra plumicornis (Walker Insecta Britanica Vol 3 page 397 plate XXV).png|thumb|200px|<small>[[Węch]] [[owady|owadów]] umożliwia im zdobywanie pożywienia lub odnalezienie partnera. Dowodem jego roli są rozbudowane anteny, wychwytujące cząsteczki [[odorant]]ów</small>]]
[[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.
 
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_widzialneświatło 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}}.
[[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:
* 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)
 
=== 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]].
 
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}}.
 
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>.
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}}.
 
[[Plik:Green fluorescent protein expressed in ciliated olfactory sensory neurons.jpg|thumb|200px|<small>Określenie drogi sygnałów od zakończeń nerwów węchowych do kłębuszków opuszki umożliwiły [[białko zielonej fluorescencji|białka zielonej fluorescencji]]</small>]]
[[Plik:Olfactory system.svg|thumb|200px|System węchowy człowieka <br /> <small>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)</small>]]
[[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 /><small>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</small>]]
[[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>]]
 
Podstawami koncepcji systemu węchowego są{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}{{r|Obrębowski}}{{r|Ponikowska}}:
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){{r|L.Buck Nobel lecture}}{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}.
 
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<ref group="uwaga">Więcej przykładów – zobacz: 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 25)].</ref>.
 
{|class="wikitable"
{{Przypisy-lista|1=
 
* <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="Buck Axel 1991">{{cytuj pismo|nazwisko=Buck|imię=Linda B.|nazwisko2=Axel|imię2=Richard|tytuł=A novel multigene family may encode odorant receptors: a molecular basis for odor recognition|czasopismo=Cell|wolumin=65|data=1991|język=en}}</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="L.Buck Nobel lecture">{{cytuj stronę|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-lecture.pdf|tytuł=Unraveling the Sense of Smell|nazwisko=Buck|imię=Linda B.|data=2004|opublikowany=The Nobel Foundation |język=en|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="Ponikowska">{{cytuj pismo|nazwisko=Ponikowska|imię=Beata |czasopismo=Prace poglądowe w Adv. Clin. Ex. Med.|wydanie=4|wolumin=12|strony=525–528|issn= 1230-025X|język=pl|data=2003 |url= http://www.dbc.wroc.pl/Content/2382/r17_Pani.pdf|tytuł=Nowoczesne metody badania zmysłu węchu}}</ref>
 
* <ref name = "Białaczewski">{{cytuj pismo |nazwisko = Białaczewski |imię =Leszek |tytuł = Nagroda Nobla za rok 2004: odkrycie genów receptorów węchowych |url = http://www.mediton.eu/library/orl_volume-4_issue-4_article-500.pdf |czasopismo = Otorynolaryngologia |wolumin = 4|wydanie = 4|strony = 163–168 |rok = 2005|język=pl}}</ref>
 
* <ref name = "Potargowicz"> {{cytuj pismo |nazwisko = Potargowicz |imię = Elżbieta |tytuł = Węch – niedoceniany zmysł człowieka|url = http://www.phmd.pl/fulltxthtml.php?ICID=834265 |czasopismo = Postepy Hig Med Dosw. |wolumin = 62 |strony = 87–93|data = |rok = 2008|język = pl}}</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="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>
0

edycji