282: 嗅觉受体（Odorant Receptors）

Author: David S. Goodsell Translator: 于 健（PDBj）

嗅觉受体（红色和紫色）和G蛋白（蓝色和绿色）。一种丙酸气味剂，显示在图的上部。
嗅觉受体（洋红色）和G蛋白（蓝色和绿色）。一种丙酸气味剂显示在图的顶部。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

稍微呼吸一下，感受一下你所闻到的一切。现在，我的办公室里有很多气味。一股酵母味表明细菌培养基正在走廊尽头的实验室里进行高压灭菌。从旧书上传来的明显气味表明我还没有完全迁移到数字媒体上，但一缕淡淡的灰尘表明我已经很久没有阅读这些书了。我桌子上的杯子整天都散发着令人愉快的香气，但在某些日子里，它又被一股强烈的咖啡味所取代。我们的嗅觉不断为我们提供关于周围环境的信息，为我们提供关于近处和远处正在发生什么的线索。许多气味是由一系列嗅觉受体（olfactory odorant receptor）识别的，这些受体监测我们呼吸的空气，告知我们附近有有趣的分子。

有气味的物质和受体

有气味的物质（odorant）通常是小分子，通过空气飘到鼻子里，其化学特性使它们能够进入粘膜（mucous membrane）并达到嗅觉受体。很难确定可能有气味的物质的数量，估计可能存在10000到400亿个不同的有气味的分子。对我们基因组的检查表明，我们的鼻子里大约有400种不同的嗅觉受体。这些受体由鼻子中的专门神经元监控，通常每个神经元中只包含一种类型的嗅觉受体。然而，正是这些组合使我们的嗅觉变得丰富。每种嗅觉受体通常与几种类似类型的气味分子结合，每种有气味的物质与几种不同类型的嗅觉受体结合。然后大脑对所有组合进行分类，并识别出特定的气味。

臭并不总是坏事

这里描述的嗅觉受体（PDB条目8f76）可以识别气味分子丙酸（propionate）。纯粹的丙酸盐有一种刺鼻的难闻气味。然而，瑞士奶酪生产商精心培养了一种能产生丙酸盐的特殊细菌，他们通过添加少量的丙酸盐来增加奶酪的诱人味道。这种受体还能识别乙酸（acetate），这是一种比丙酸略小的分子，使醋具有尖锐的气味。它是一个G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor，GPCR），类似于光感应视紫红质（rhodopsin）或神经递质受体，如肾上腺素能受体（adrenergic receptor）和血清素受体（serotonin receptor）。与其他GPCRs一样，气味分子与受体上的特定细胞外位点结合，导致受体的形状发生变化。这被细胞内的G蛋白（G protein）感知，并最终刺激了神经细胞。

传递有气味的物质

来自猪和蚊子的气味结合蛋白（OBPs）。与气味物质结合点结合的分子以黄色和橙色显示，而驱蚊剂DEET则以绿色显示。
来自猪和蚊子的气味结合蛋白（OBPs）。与气味物质结合位点结合的分子以黄色和橙色表示，而驱蚊剂DEET则以绿色显示。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

许多动物也制造小的蛋白质来捕捉和传递气味分子到嗅觉受体。这里显示的是PDB条目1e00的结构，从猪身上获得。另一方面，昆虫会制造各种气味结合蛋白（odorant-binding protein，OBPs），帮助它们的触角和其他感觉器官捕捉气味物质，PDB档案揭示了一些气味物质结合蛋白的结构，这些蛋白被飞蛾用来寻找交配伙伴，被蚊子用来寻找人类进行叮咬。这里显示的就是这样一个结构，PDB条目3n7h。这里结合了驱蚊剂DEET，它通常会阻挡通道防止有气味的物质进入。请注意，哺乳动物和昆虫的蛋白质以完全不同的方式折叠。这提供了证据，证明它们分别进化出类似的功能。

探索结构

嗅觉受体

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从PDB条目8f76中可以看出，这个嗅觉受体的结合位点围绕着丙酸，利用特定的氨基酸来识别丙酸和类似的酸性小分子。丙酸的一端是一个带负电的酸性基团，所以受体利用带正电的精氨酸（arginine）来捕获它，谷氨酰胺（glutamine）和丝氨酸（serine）与丙酸建立稳定的氢键。丙酸的另一端含有两个疏水的碳原子，被受体中的一个小的疏水氨基酸口袋所包围。少了一个碳原子的乙酸很适合这个口袋，但比丙酸大的酸性分子不适合这里。点击图片下面的按钮，切换到交互式图片，可以看到这个结构的更多细节。

进一步的讨论议题

  1. 哺乳动物使用GPCRs来感知气味，而昆虫则使用气味阀门控离子通道，参见PDB条目7lid，以了解它们的实际工作情况。
  2. 大多数哺乳动物的气味结合蛋白以单体形式发挥作用，但牛的气味结合蛋白以互换的结构域组成二元体，这在PDB条目1pbo中可以看到。

参考文献

  1. 8f76 Billesbolle, C.B., de March, C.A., van der Velden, W.J.C., Ma, N., Tewari, J., Del Torrent, C.L., Li, L., Faust, B., Vaidehi, N., Matsunami, H., Manglik, A. 2023 Structural basis of odorant recognition by a human odorant receptor. Nature 615 742-749
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本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《当月的分子》2023年6月的文章的中文翻译。请参考我们的条款和条件页面。

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