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O estudo oferece vistas moleculars em como os receptors olfactivos funcionam

Todos os sentidos devem contar com a riqueza do mundo, mas nada combina o desafio enfrentado pelo sistema olfactivo que é a base de nosso sentido de cheiro. Nós precisamos somente três receptors em nossos olhos de detectar todas as cores do arco-íris; isso é porque as matiz diferentes emergem como as luz-ondas que variam através de apenas uma dimensão, sua freqüência. O mundo colorido vibrante, contudo, empalidece em comparação com a complexidade do mundo químico, com seus muitos milhões de odores, de cada um compor das centenas de moléculas, variando toda extremamente na forma, no tamanho e nas propriedades. O cheiro do café, por exemplo, emerge de uma combinação de mais de 200 componentes químicos, cada qual são estrutural diversos, e de nenhuns de que cheira realmente como o café no seus próprios.

O sistema olfactivo tem que reconhecer um grande número de moléculas com somente alguns receptors ou mesmo menos de cem odores. É claro que teve que evoluir um tipo diferente da lógica do que outros sistemas sensoriais.”

Ruta de Vanessa, neurocientista de Rockefeller

Em um estudo novo, o Ruta e seus colegas oferecem respostas à pergunta de há décadas do reconhecimento do odor fornecendo as primeiras-nunca vistas moleculars de um receptor olfactivo no trabalho.

Os resultados, publicados na natureza, revelam que os receptors olfactivos seguem certamente uma lógica vista raramente em outros receptors do sistema nervoso. Quando a maioria de receptors forem dados forma precisamente para se emparelhar com somente algumas moléculas seletas em uma forma da fechamento-e-chave, a maioria de receptors olfactivos cada ligamento a um grande número moléculas diferentes. Sua promiscuidade no emparelhamento com uma variedade de odores permite que cada receptor responda a muitos componentes químicos. De lá, o cérebro pode figurar para fora o odor considerando o teste padrão da activação das combinações de receptors.

Reconhecimento holístico

Os receptors olfactivos foram descobertos 30 anos há. Mas os cientistas não puderam vê-los acima do fim e decifrar realmente seus funcionamentos estruturais e mecanicistas, na parte porque estes receptors não se emprestaram aos métodos moleculars geralmente disponíveis da imagem lactente. Complicando a matéria, não parece haver nenhuma rima ou razão às preferências dos receptors; um receptor individual do odor pode responder aos compostos que são estrutural e quimicamente diferentes.

“Para formar uma compreensão básica do reconhecimento que do odorante nós precisamos de saber um único receptor pode reconhecer produtos químicos diferentes do múltiplo, que seja uma característica chave de como o sistema olfactivo trabalha e foi um mistério,” diz Josefina del Mármol, um postdoc no laboratório do Ruta.

Assim Ruta e del Mármol, junto com Mackenzie Yedlin, um assistente de pesquisa no laboratório, expor para resolver a estrutura de um receptor do odor que aproveita-se de avanços recentes na microscopia do cryo-elétron. Esta técnica, que envolve irradiar elétrons em um espécime congelado, pode revelar construções moleculars extremamente pequenas em 3D, para baixo a seus átomos individuais.

A equipe girada para o bristletail de salto, um insecto da terra-moradia cujo o genoma recentemente fosse arranjado em seqüência e tenha somente cinco tipos dos receptors olfactivos. Embora o sistema olfactivo de bristletail de salto seja simples, seus receptors pertencem a uma grande família dos receptors com dez de milhões de pensamento das variações para existir nas centenas de milhares de espécies diferentes do insecto. Apesar de sua diversidade, função destes receptors a mesma maneira: Formam um canal do íon; um poro por que as partículas cobradas passam; isso abre somente quando o receptor encontra seu odorante do alvo, finalmente ativando as pilhas sensoriais que iniciam o sentido de cheiro.

Os pesquisadores escolheram OR5, um receptor do bristletail de salto com a capacidade larga do reconhecimento, respondendo a 60 por cento de moléculas que pequenas testaram.

Examinaram então a estrutura de OR5 apenas e igualmente limitam a um produto químico, eugenol, uma molécula comum do odor, ou DEET, o repelente de insectos. “Nós aprendemos muito de comparar estas três estruturas,” o Ruta diz. “Uma das coisas que bonitas você pode ver está aquela na estrutura desatada o poro é fechado, mas na estrutura aonde limitou com eugenol ou DEET, o poro dilatou-se e fornece um caminho para íons ao fluxo.”

Com as estruturas à disposição, a equipe olhou mais perto de vê exactamente onde e como as duas moléculas quimicamente diferentes ligam ao receptor. Houve duas ideias sobre as interacções dos receptors do odor com moléculas. Um é que os receptors evoluíram para distinguir grandes áreas das moléculas respondendo a um parcial mas definindo a característica de uma molécula, tal como uma parte de sua forma. Outros pesquisadores propor que cada receptor embalasse bolsos múltiplos em sua superfície imediatamente, permitindo que acomode um número de moléculas diferentes.

Mas que Ruta encontrou o ajuste nenhumas daquelas encenações. Despejou que DEET e o eugenol ligam no mesmo lugar e cabem inteiramente dentro de um bolso simples dentro do receptor. E surpreendentemente, os ácidos aminados que alinham o bolso não formaram ligações químicas fortes, selectivas com os odorante, mas somente ligações fracas. Considerando que na maioria outros de sistemas, os receptors e suas moléculas do alvo são bons fósforos químicos, aqui eles pareceram mais como conhecimentos amigáveis. “Estes tipos de interacções químicas não específicas permitem que os odorante diferentes sejam reconhecidos,” o Ruta diz. “Desta maneira, o receptor não é selectivo a uma característica química específica. Um pouco, está reconhecendo a natureza química mais geral do odorante, o” Ruta diz.

E porque a modelagem computacional revelada, o mesmo bolso poderia acomodar muitas outras moléculas do odor apenas na mesma maneira.

Mas a promiscuidade do receptor não significa que não tem nenhuma especificidade, o Ruta diz. Embora cada receptor responda a um grande número moléculas, é insensível a outro. Além disso, uma mutação simples nos ácidos aminados do local obrigatório reconfiguraria amplamente o receptor, mudando as moléculas com que prefere ligar. Este último que encontra igualmente ajuda a explicar como os insectos puderam evoluir muitos milhões de variedades do receptor do odor seridas para a vasta gama de estilos de vida e de habitat que encontra.

Os resultados são representante provável de muitos receptors olfactivos, o Ruta diz. “Apontam aos princípios chaves no reconhecimento do odorante, não somente nos receptors dos insectos mas igualmente nos receptors dentro de nossos próprios narizes que devem igualmente detectar e discriminam o mundo químico rico.”

Source:
Journal reference:

del Mármol, J., et al. (2021) The structural basis of odorant recognition in insect olfactory receptors. Nature. doi.org/10.1038/s41586-021-03794-8.