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（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（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。它是一個偶聯受體（G protein-coupled receptor，GPCR），類似於光感應（rhodopsin）或神經傳導物質受體，如（ adrenergic receptor）和（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 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

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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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