282: 嗅覺受體（Odorant Receptors）

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

嗅覺受體（紅色和紫色）和G蛋白（藍色和綠色）。一種丙酸氣味劑，顯示在圖的上部。
嗅覺受體（洋紅色）和G蛋白（藍色和綠色）。一種丙酸氣味劑顯示在圖的頂部。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

稍微呼吸一下，感受一下你所聞到的一切。現在，我的辦公室裡有很多氣味。一股酵母味顯示細菌培養基正在走廊盡頭的實驗室裡進行高壓滅菌。從舊書上傳來的明顯氣味表明我還沒有完全遷移到數位媒體上，但一縷淡淡的灰塵表明我已經很久沒有閱讀這些書了。我桌上的杯子整天都散發著令人愉悅的香氣，但在某些日子裡，它又被一股強烈的咖啡味所取代。我們的嗅覺不斷為我們提供周圍環境的訊息，為我們提供關於近處和遠處正在發生什麼的線索。許多氣味是由一系列嗅覺受體（olfactory odorant receptor）識別的，這些受體監測我們呼吸的空氣，告知我們附近有有趣的分子。

有氣味的物質和受體

有氣味的物質（odorant）通常是小分子，透過空氣飄到鼻子裡，其化學特性使它們能夠進入黏膜（mucous membrane）並達到嗅覺受體。很難確定可能有氣味的物質的數量，估計可能存在10000到400億個不同的有氣味的分子。對我們基因組的檢查表明，我們的鼻子裡大約有400種不同的嗅覺受體。這些受體由鼻子中的專門神經元監控，通常每個神經元只包含一種類型的嗅覺受體。然而，正是這些組合使我們的嗅覺變得豐富。每種嗅覺受體通常與幾種類似類型的氣味分子結合，每種有氣味的物質與幾種不同類型的嗅覺受體結合。然後大腦對所有組合進行分類，並識別出特定的氣味。

臭味並不總是壞事

這裡描述的嗅覺受體（PDB條目8f76）可以辨識氣味分子丙酸（propionate）。純粹的丙酸鹽有一種刺鼻的難聞氣味。然而，瑞士起司生產商精心培養了一種能產生丙酸鹽的特殊細菌，他們透過添加少量的丙酸鹽來增加起司的誘人味道。這種受體還能辨識乙酸（acetate），這是一種比丙酸略小的分子，使醋具有尖銳的氣味。它是一個G蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptor，GPCR），類似於光感應視紫紅質（rhodopsin）或神經傳導物質受體，如腎上腺素能受體（ adrenergic receptor）和血清素受體（serotonin receptor）。與其他GPCRs一樣，氣味分子與受體上的特定細胞外位點結合，導致受體的形狀改變。這被細胞內的G蛋白（G protein）感知，並最終刺激了神經細胞。

傳遞有氣味的物質

來自豬和蚊子的氣味結合蛋白（OBPs）。與氣味物質結合點結合的分子以黃色和橙色顯示，而驅蚊劑DEET則以綠色顯示。
來自豬和蚊子的氣味結合蛋白（OBPs）。與氣味物質結合位點結合的分子以黃色和橙色表示，而驅蚊劑DEET則以綠色顯示。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

許多動物也製造小的蛋白質來捕捉和傳遞氣味分子到嗅覺受體。這裡顯示的是PDB條目1e00的結構，從豬身上取得。另一方面，昆蟲會製造各種氣味結合蛋白（odorant-binding protein，OBPs），幫助它們的觸角和其他感覺器官捕捉氣味物質，PDB檔案揭示了一些氣味物質結合蛋白的結構，這些蛋白被飛蛾用來尋找交配夥伴，被蚊子用來尋找人類進行叮咬。這裡顯示的就是這樣一個結構，PDB條目3n7h。這裡結合了驅蚊劑DEET，它通常會阻擋通道防止有氣味的物質進入。請注意，哺乳動物和昆蟲的蛋白質以完全不同的方式折疊。這提供了證據，證明它們分別進化出類似的功能。

探索結構

嗅覺受體

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從PDB條目8f76可以看出，這個嗅覺受體的結合位點圍繞著丙酸，利用特定的胺基酸來辨識丙酸和類似的酸性小分子。丙酸的一端是一個帶負電的酸性基團，所以受體利用帶正電的精氨酸（arginine）來捕獲它，谷氨酰胺（glutamine）和絲氨酸（serine）與丙酸建立穩定的氫鍵。丙酸的另一端含有兩個疏水的碳原子，被受體中的一個小的疏水氨基酸口袋所包圍。少了一個碳原子的醋酸很適合這個口袋，但比丙酸大的酸性分子不適合這裡。點擊圖片下面的按鈕，切換到互動式圖片，可以看到這個結構的更多細節。

進一步的討論議題

  1. 哺乳動物使用GPCRs來感知氣味，而昆蟲則使用氣味閥門控離子通道，請參閱PDB條目7lid，以了解它們的實際運作情況。
  2. 大多數哺乳動物的氣味結合蛋白以單體形式發揮作用，但牛的氣味結合蛋白以互換的結構域組成二元體，這在PDB條目1pbo中可以看到。

參考文獻

  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
  2. Mayhew, E.J., Arayata, C.J., Gerkin, R.C., Lee, B.K., Magill, J.M., Snyder, L.L., Little, K.A., Yu, C.W., Mainland, J.D. 2022 Transport features predict if a molecule is odorous. Proc Natl Acad Sci USA 119 e2116576119
  3. Pelosi, P., Knoll, W. 2022 Odorant-binding proteins of mammals. Biol Rev 97 20-44
  4. 3n7h Tsitsanou, K.E., Thireou, T., Drakou, C.E., Koussis, K., Keramioti, M.V., Leonidas, D.D., Eliopoulos, E., Iatrou, K., Zographos, S.E. 2012 Anopheles gambiae odorant binding protein crystal complex with the synthetic repellent DEET: implications for structure-based design of novel mosquito repellents. Cell Mol Life Sci 69 283-297
  5. 1e00 Vincent, F., Spinelli, S., Ramoni, R., Grolli, S., Pelosi, P., Cambillau, C., Tegoni, M. 2000 Complexes of porcine odorant binding protein with odorant molecules belonging to different chemical classes. J Mol Biol 300 127-139

本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《當月的分子》2023年6月的文章的中文翻譯。請參考我們的條款和條件頁面。

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