Как работают обонятельные рецепторы: первое молекулярное объяснение

Обонятельная система сталкивается с уникальной задачей: распознать миллионы запахов, используя всего несколько сотен рецепторов. Для сравнения, зрение различает все цвета радуги всего тремя рецепторами. Запах, например, кофе создаётся комбинацией более 200 химических компонентов, ни один из которых сам по себе не пахнет кофе.

Новое исследование в Nature впервые визуализировало структуру обонятельного рецептора в работе, раскрыв его необычную логику.

Неселективное связывание как ключевой принцип

Учёные использовали криоэлектронную микроскопию для изучения рецептора OR5 насекомого jumping bristletail. Этот рецептор реагирует на 60% протестированных малых молекул.

Были получены структуры рецептора:

• В несвязанном состоянии (пор закрыт).
• В комплексе с эвгенолом (одорантом).
• В комплексе с ДЭТА (репеллентом).

Ключевое открытие: химически разные молекулы эвгенол и ДЭТА связываются в одном и том же простом кармане рецептора. Взаимодействия между аминокислотами кармана и молекулами — слабые и неспецифические, а не сильные и селективные, как в классической модели "ключ-замок".

"Эти неспецифические химические взаимодействия позволяют распознавать разные одоранты. Рецептор распознаёт не конкретную химическую особенность, а более общую химическую природу молекулы", — объясняет Ванесса Рута.

Вычислительное моделирование подтвердило, что один и тот же карман может аналогичным образом вмещать множество других пахучих молекул.

Специфичность через мутации

Несмотря на "всеядность", рецептор не реагирует на все молекулы. Простая мутация в аминокислотах сайта связывания кардинально меняет предпочтения рецептора. Это объясняет, как у насекомых могли эволюционировать десятки миллионов вариантов обонятельных рецепторов, адаптированных к разным средам.

Полученные данные, вероятно, отражают общие принципы работы обонятельных рецепторов, включая рецепторы в нашем собственном носу, которые также должны детектировать и различать богатый химический мир.