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Recettori olfattivi |
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Molecola del mese di giugno 2023 Il nostro senso dell'olfatto si basa su recettori ognuno in grado di riconoscere specifiche molecole odorose  IntroduzioneProvate a concentrarvi sul vostro respiro, fate caso a quanti odori potete distinguere. Proprio adesso, nel mio ufficio sento il profumo di molte cose. Un aroma di lievito mi dice che il laboratorio in fondo al corridoio sta sterilizzando dei terreni di coltura. Il profumo particolare di vecchi libri mi ricorda che non li ho ancora riversati tutti in formato digitale, ma il leggero aroma di polvere mi fa anche capire quanto tempo è passato da quando li ho letti per l'ultima volta. La tazza di tè sulla scrivania lascia un aroma gradevole per tutto il giorno e in altre giornate al suo posto può esserci un aroma più forte di caffè. Il senso dell'olfatto ci dà continuamente informazioni sull'ambiente circostante e ci fa intuire cosa sta accadendo attorno a noi. Tutti questi profumi sono riconosciuti da un insieme di recettori olfattivi che esplorano l'aria che respiriamo e ci dicono quando vicino a noi ci sono molecole interessanti o pericolose. Odori e recettori Le sostanze odorose sono in generale piccole molecole che si diffondono nell'aria e, quando raggiungono il nostro naso, grazie alle loro proprietà chimiche, penetrano nelle mucose e raggiungono i recettori olfattivi. Non è facile determinare il numero di tutte le sostanze odorose esistenti, si stima che il loro numero sia compreso tra 10.000 e 40 miliardi. Studiando il genoma umano abbiamo capito che ci sono circa 400 diversi recettori olfattivi nel nostro naso. Questi recettori sono collegati a speciali cellule nervose e ognuna di queste è collegata ad un solo tipo di recettore olfattivo. La ricchezza del nostro senso dell'olfatto, però, è dovuta alle diverse possibili combinazioni. Ogni recettore olfattivo si può legare a varie molecole simili e ogni sostanza odorosa si può legare a più tipi di recettori olfattivi. Il cervello valuta poi l'insieme dei segnali che gli arriva per identificare ogni specifico odore. La puzza non è sempre sgradevole Il recettore olfattivo mostrato qui sopra (file PDB 8f76) riconosce l'odore dell'acido propionico (un piccolo acido carbossilico con 3 atomi di carbonio). L'acido propionico puro ha un odore pungente e sgradevole. I casari svizzeri, però, coltivano con cura speciali batteri che producono acido propionico perché, aggiunto in piccola quantità, dona al formaggio un aroma gradevole. Questo recettore dell'acido propionico riconosce anche l'acido acetico, un acido più piccolo con due soli atomi di carbonio, che dona all'aceto il suo odore pungente. E' un recettore accoppiato ad una proteina G (mdm 10-2004) e quindi è simile alla rodopsina (mdm 3-2012), il recettore sensibile alla luce che abbiamo nella retina e ai recettori di neurotrasmettitori adrenalina (mdm 4-2008) e serotonina (mdm 8-2013). Come negli altri recettori accoppiati a proteine G, la molecola odorosa si lega ad un sito specifico extracellulare del recettore provocando una deformazione che è sentita dalla proteina G all'interno della cellula. Questa allora si lega a GTP e va ad attivare un enzima che produce AMP ciclico che alla fina stimola la cellula nervosa.  Trasportare
gli odoriMolti animali producono piccole proteine che catturano le molecole odorose (OBP) e le trasportano ai recettori olfattivi. Noi ne produciamo solo alcune che sono coinvolte soprattutto nella cattura di ferormoni. Una di queste proteine OBP di maiale è mostrata qui a fianco (file PDB 1e00) e contiene una molecola odorosa, gialla, nel sito di legame. Questo ha una caratteristica forma a barile che è mostrata anche qui sotto più in dettaglio. Anche gli insetti producono una varietà di proteine OBP che legano molecole odorose e che li aiutano a catturare gli odori nelle loro antenne e in altri organi sensori. Negli archivi PDB, si possono trovare le strutture di molte di queste proteine, per esempio quelle che aiutano le tarme a trovare il loro compagno o le zanzare a trovare le persone da pungere. La proteina mostrata qui sopra sulla destra (file PDB 3n7h) contiene il repellente DEET (N,N-dietil-m-toluammide, AUTAN, verde) legato al suo interno che blocca il tunnel dove normalmente entrano le molecole odorose (gialle). Notate che le proteine olfattive dei mammiferi e degli insetti hanno una struttura del tutto diversa e questo dimostra che si sono evolute separatamente per svolgere la stessa funzione. . . . . . . . . .   Esplorando
la strutturaNella struttura mostrata qui a lato (file PDB 8f76) si vede il sito di legame di un recettore odoroso umano che circonda una molecola di acido propionico (bianca e rossa) e usa specifici amminoacidi per riconoscerlo, questi, però, riconoscono anche altre piccole molecole acide. L'acido propionico, ad una estremità, ha un gruppo acido carico negativamente (COO- con i due atomi di ossigeno rossi) e quindi il recettore usa un'arginina, basica e positiva, per legarlo con forza e una glutammina e una serina per formare legami idrogeno più deboli per completare l'opera. L'altra estremità dell'acido propionico è formata da due carboni apolari (CH3CH2-) che vengono circondati da una piccola tasca di amminoacidi idrofobici del recettore. Anche l'acido acetico, che ha una coda idrofobica più corta (CH3-), entra in questa tasca, ma acidi più grandi non possono farlo. Spunti per ulteriori esplorazioni Mentre i mammiferi usano recettori accoppiati a proteine G per sentire gli odori, gli insetti usano dei canali ionici controllati dalla molecola odorosa. Per vederne uno in azione esaminate il file PDB 7lid. La maggior parte delle proteine di mammifero che legano molecole odorose sono formate da una sola catena, ma una particolare proteina olfattiva di bovino è formata da due catene associate tra loro in un dimero (file PDB 1pbo)  Bibliografia8f76: 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 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 Pelosi, P., Knoll, W. (2022) Odorant-binding proteins of mammals. Biol Rev 97:20-44 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 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 |
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