Спорная теория обоняния признана неправдоподобной
Люди могут различать десятки тысяч запахов. Наше обоняние обогащает качество жизни и предупреждает об опасностях. Механизм, с помощью которого оно различает запахи, является предметом спора.
Две конкурирующие теории
- Химическая (формальная) теория: Запах определяется химическими особенностями молекулы-одоранта (размер, форма, функциональные группы, такие как OH или C=O), которые влияют на её взаимодействие с рецептором в носу.
- Вибрационная теория: Запах определяется частотой молекулярных колебаний одоранта, которые рецептор обнаруживает через процесс переноса электрона. Эта теория популяризирована в литературе.
Новое исследование авторов склоняет чашу весов в пользу химического механизма, признавая вибрационную теорию неправдоподобной.
Эксперимент с изотопомерами
Ранее группа Луки Турина представила данные в поддержку вибрационной теории. Их эксперимент с мускусными запахами показал, что люди могут различать по запаху изотопомеры — идентичные по структуре молекулы, в которых все атомы водорода (H) заменены на более тяжёлый изотоп дейтерий (D). Поскольку связи C–H и C–D вибрируют с разной частотой, изотопомеры должны пахнуть по-разному, что и было заявлено.
Авторы данной работы использовали биофизический подход. Они:
- Просканировали весь репертуар из 330 человеческих обонятельных рецепторов и выявили рецептор OR5AN1, сильно активируемый мускусами.
- Приготовили высокоочищенные пары изотопомеров мускуса, включая мускон.
- Измерили активацию рецептора OR5AN1 (и девяти других рецепторов) при воздействии изотопомерами.
Результат: Не было обнаружено никакой разницы в силе ответа рецептора на обычную и дейтерированную версии одного и того же вещества. Это указывает на идентичное связывание.
Объяснение восприятия запаха и парадокса изотопомеров
Восприятие запаха начинается, когда одорант растворяется в носовой слизи. Там присутствуют ферменты, способные модифицировать структуру одоранта. Каждый одорант активирует несколько рецепторов с разной интенсивностью, создавая уникальный для каждого запаха «паттерн», который распознаёт мозг.
Разницу в запахе изотопомеров, о которой сообщали люди, можно объяснить перирецепторными эффектами:
- Ферменты могут преобразовывать дейтерированные и недейтерированные соединения с разной скоростью (так как связи C–D короче и прочнее, чем C–H).
- Различия могут быть вызваны следовыми примесями, присутствующими в изотопомерах в разной степени.
Выводы исследования
- Рецепторы не различают изотопомеры, что противоречит вибрационной теории. Если бы рецепторы реагировали на перенос электрона, вызванный вибрациями, ответ на изотопомеры был бы разным.
- Обонятельные рецепторы, как и другие белки (например, ферменты или рецепторы лекарств), скорее всего, используют механизм комплементарного взаимодействия («ключ-замок», с учётом гибкости молекул, размера и сил притяжения/отталкивания функциональных групп). Компьютерное моделирование авторов подтверждает такую модель, обнаруживая роль ионов меди.
- Теоретические основания вибрационной теории были признаны нереалистичными в биологической среде.
Это случай, когда негативные результаты исследования — то, что не было найдено — могут серьёзно повлиять на основное научное представление о том, как мы чувствуем запах.