ראיות חדשות לתיאור הריח של הריח

החפרנים עונה 6 - פיות (יוני 2019).

Anonim

- כוח הניבוי וההשפעה המגוללת שמודלים תיאורטיים נהנים באופן שגרתי בפיסיקה משכפלים רק לעתים רחוקות בביולוגיה. התיאוריה של תפיסת הקול של לורד ראלי, הרצף של פרנסיס קריק והשערות המתאם, ומודל של הודג'קין והקסלי על הדינמיקה החשמלית של הנוירונים, הם כמה יוצאים מן הכלל בולטים שהולידו תעשיות מדעיות שלמות. למרות שקשה למצוא דרמה מכניסטית דומה המתרחשת במאה הנוכחית שלנו, התיאוריה הרטט של לוקה טורינו של זית היא זרע פורה בהתמדה, כי יש עכשיו הבשיל לתוך פרי מחלוקת.

אחת הדרכים לשפוט תיאוריה היא עד כמה קשה המפרקים שלה לעבוד כדי להדיח את זה. בשנה שעברה, קבוצה אחת הרחיקה לכת כדי להביע קולטנים של חוש הריח האנושי ושל עכבר בהכנה בתאי הכליה, כדי לראות אם מסרים סינתטיים מסוממים עם חתימות רטט שהשתנו נתנו תשובות שונות. קבוצה זו, אולי לא מפתיע, לא מצאו הרבה כדי לתמוך בתיאוריית הרטט. עכשיו, מחקר באמצעות דבורים לחיות עשה. קבוצה באוניברסיטת טרנטו בראשות אלברכט Haase היה מסוגל להוכיח על ידי הדמיה ישירה של המוח כי מערכת הריח דבורים יכול להבחין בבירור odorants עם תדרים רטט שונים למרות שיש צורות זהות.

לשם כך החוקרים השתמשו באיזוטופומרים של ארבעה ריחות שונים (isoamyl acetate, octanol, benzaldehyde, and acetophenone), אשר היו שונים deuterated על נקודות מימן. איך החבר 'ה האלה אפילו לבוא עם odorants עבור מחקרים כאלה אתה יכול לשאול? בהתחשב באופי הבלעדי של חקירות אלה, כל חומר ריחני מתבצע באמצעות תהליך בדיקה קשה, שפרטיו המלאים נחשפים רק לעיתים רחוקות. לדוגמה, את אצטט isoamyl קורה לעשות דבורי ללכת בננות. כמרכיב אחד בחבילת הדבש של הדבש, אסטר נדיף זה פועל כמשיכת פרומונים כדי לגייס דבורים אחרות למטרה. זה גם המרכיב העיקרי של שמן בננה טעם.

אוקטנול הוא 8-פחמן ארוך citrusy כתום אלכוהול אשר מגיע לא פחות מ 89 איזומרים שונים. החוקרים השתמשו בגירסה 1 אוקטנול אשר זמין בנוחות ב deuteration מלא בכל 17 נקודות מימן. Benzaldehyde, המשמש לחלץ שקדים חיקוי בין דברים מעשיים אחרים, יש מקום מיוחד המדע חוש הריח כמו אלדהיד הפשוטה ביותר. אם אתה מחליף ב CH3 עבור המימן על קבוצת אלדהיד אתה מקבל אצטופנון, קטון ארומטי הפשוטה. שינוי קל זה מעלה במהירות את חוויית הריח האנושית לאחת הדובדבנים, יערה, ואת יסמין - מסטיק קבוע לפירות של פרודה.

"התגובות" שנמדדו במחקרים אלה היו שני פוטון סידן הדמיה אותות שנוצר glomeruli ריח הריח דבש ב 2 שניות לאחר odorants הוחלו. נקודה קריטית (לפחות לתיאוריית הרטט) היתה שלצורות דטרוטציה, במיוחד אלו שצפויות לתת תגובות דבורים שונות, יש לפחות אופי רטט ייחודי, שניתן למדוד במכונה. במילים אחרות, ספקטרום ה- IR של הצורות הדוטארטיות, כפי שנקבע על-פי אמת-אמת במוביל גזי, צריך להיות פסגות ניתנות לצפייה, המופרדות בבירור מן הצורות הלא-דטרוטיות.

מבחינה מעשית, לאחר ש"פסיקנו את הפסגות "פירושו שעלינו להקצות את העובדה שכל בשר ודם ספקטרוסקופ הפועל באף ייתפס, ככל הנראה, על ידי תנודות רקע תרמיות (ב -37 מעלות צלזיוס) מסדר ה- kT / hc. במונחים של wavenumbers זה מתרגמת ≈ 215 ס"מ -1. כמו הספקטרום הרטט המולקולרי הרלוונטי להרחיב עד wavenumbers של רק סביב 3300 ס"מ -1, זה יכול להיות מגבלה מחמירה, במיוחד באזור שנקרא "טביעת אצבע" נמוך מ 500-1500 שבו יש בדרך כלל צפיפות גבוהה יחסית של כיפוף פסגות.

למרבה המזל, האזור wavenumber גבוה יותר עבור אלה odorants הוא sparser, ויש לו מופרד היטב אג"ח מתיחה peaks. אפקט מסנן תרמי של 215 ס"מ -1 homogenizer אות רחב הוכיח להיות משחק רק עבור אצטט isoamyl. זה לא היה לגמרי לא צפוי, כי המולקולה בשימוש היה רק ​​deuterated בשלוש עמדות. מקבילים, התגובות הדיפרנציאליות שהתקבלו עם isoamyl acetate היו הרבה פחות משמעותיות מאשר עם אחרים odorants, הן על פני glomeruli שונים דבורים כאחד.

עבור bzzdehyde ו octorol odorants החוקרים מצאו שני glomeruli איקוני עם תגובה אומר במיוחד; באחד מהצורה הלא-דטראטית הנורמלית של בנזלדהייד לא היה כמעט כל פעילות ב- glomerulus, בעוד שהבזאלדהיד המובהק עורר תגובה חיובית גדולה. ב השני, אוקטנול רגיל גרם ההפעלה של glomerulus בעוד טופס deuterated גרם עיכוב. בהתחשב בהתכתבות המבנית ההדוקה בין האיזוטופומרים, אמיתות הניסוי שנצפו כאן יהיו קשות אפילו לנטייה הנלהבת ביותר לפילוסופיית הקולטן הצ'ניסטית לטאטא מתחת לשטיח.

החוקרים מציינים כי יכולות ההבחנה העצמאית של צורה שמצאו לא ניתנות לביטוי כאידיוסינקרטיות למספר קולטני חוש הריח המיוחד, אלא הם מהווים תכונה כללית יותר של אינטראקציה של קולטן ליגנד. חלק גדול מהלעג הביתני המוחשי שאנשי השמדת הריח והמדע הגדול יותר עבור תיאוריית הרטט עשויים להיות קשורים לפחד עמוק יותר, ערמומי יותר: למרות מאמצים ממוקדים, אין להם מושג כיצד קולטנים אכן פועלים.

במילים אחרות, תיאוריה ניבויית מקיפה של הקליבר רמזה לנו לעיל כדי להנחות ניסויים, לא רק עבור olfaction, אבל עבור כל קולטן מבוססי קולטנים, עדיין לא קיים. בהתייחסות עצמה למשימה של מהירות (בזמן אבולוציוני) עם פריצתם של "גלאים אוניברסליים", בין אם זה נוגדנים לאנטיגנים, קולטנים מצמידים של גלוטן לחלבון (GPRCs), להידבק בננו-מילונים קלים וחשמליים באמצעות אלקטרונים נחת אוצרות, או קולטן חולפים פוטנציאליים ערוצים (TRPs) באופן אישי לגעת כל דבר על הספקטרום מן צמרמורת mentholic לחום קפסאיצין או צפע של IR צולבת שלנו סגול melanocytic שלנו, הטבע יש unleashed הדמיון שלה רסן.

כדי לחשוף את מה שאנו עשויים לחשוב כמו העקרונות הבסיסיים שהטבע משתמש בהם ב'זיהוי ביולוגי ', החלק הקשה אינו נראה כבעיה של קביעת הפרמטרים המתאימים לקיומם של דברים מוכרים באופן פסיבי, אלא על ידי שינוי או שינוי מהיר של יד הגנרית הישנה, ​​ולאחר מכן כיפוף אותה לצורך חדש. ייתכן שהמשימה הלא-מילולית הזאת היא לתפוס רמז חדש לכמה קרני ריי, קוונטיקה, שדה או קיטוב, או לדחוף ולהציב את עצמה בצורה חדשה כדי לחקור באופן אקטיבי שותף חדש עם גיחוך חדש. כדי לשפוך אור על האופן שבו אנו עשויים להשתמש בצורה הטובה ביותר שיטות פילוגנטי השוואתי כדי למיין את החלבון קולטן חוש הריח גדול המשפחה המורחבת, לשקול משהו שאנחנו מבינים עכשיו די טוב - הריבוזום.

להבין בדיוק איך ריבוזום התפתח מתוך פרימיטיבי לא ספציפי פפטיד סינתזה סינתזה לתוך בור מפלה דק כי מלא אוכף קוד גנטי קפדני על הביוספרה כולה לקח יותר להסתכל ההומולוגיה רצף. כל זה עובד מצוין בטווח הקצר, אבל רצף לבדו מתיש את עצמו במהירות בזמן האבולוציוני העמוק. 3D הומולוגיות מבניות, לעומת זאת, בדרך כלל לקבל קצת יותר בחזרה. די רחוק למעשה כדי לעקוב אחר כל חדשנות מפתח הריבוזום. הוראות אלה כוללות הכל החל את ליבות העברת פפטיד עם GTP hydrolysis והוראת הוראה עם mRNAs משופרים מבחינה גיאומטרית, כדי וירטואליזציה cofactor blown מלא באמצעות מערכת של tRNAs החליפין צוות התמיכה הסינתטי שלהם מסיבי.

רצף ומבנה ניתוח אשר עבד כה טוב להבנת הריבוזומים עדיין יש הרבה מה להציע לנו בניסיון לפצח הקבלה חוש הריח. לדוגמה, הדאוטרוסטומים המעודנים יותר כמו קיפודים ובני אדם נפרדו לפני זמן מה עם פרוסטוסטומים כמו דבורי הדבש וזבובי הפירות המשמשים ללימודים. איפה אנחנו בעיקר להשתמש GPCRs באף שלנו, הם מעדיפים להעסיק יותר מקלטי יונית ישירה אשר חסר הומולוגיה ברור עם מערכות השליח שלנו, הרכב יחידת משנה, שיטות מיקוד, ומיקום הקבוצה סופנית. אורגניזמים רבים אחרים, כמו התולעת ג. elegans, הם אי שם באמצע ככל זיהוי ריח. ההסמכה המלאה של חבילות הקולטן הייחודיות שלהם מחכה.

אבל מעבר לכלים האלה, אנחנו גם צריכים להשתמש בדמיון פילוגנטי השוואתי, לפרוץ תיאוריה חדשה, ולהסתמך על מסקנה מסוכנת. לדוגמה, בחיפוש אחר החושים הקשורים אנו יודעים deuterostomes יש נקודה מתוקה עבור photoreceptors מבוסס microtubule ואילו פרוסטוסטומים תמיד נעלמו עבור מבנים actrovin מבוסס אקטין photoreceptors שלהם. היכרות עם שתי מערכות חושיות מציע ומגביל רעיונות לגבי איך הקולטנים שלהם לזהות ואז האות. בידיעה למשל, כי קולטן חוש הריח בפרט אשר באה לידי ביטוי בדרך כלל על זרע קיפודי קישורים למערכת cytoskeletal יותר מתאים לזחול על לשחות לא יכול להוות תיאוריה, אבל זה יכול להיות endpiece קריטי הפאזל של מישהו.

ביישום מגבילים קשים כדי לסווג את ערכות החלבון שאנו מוצאים בתאים - כלומר כמו קולטנים, אנזימים, וערוצי יונים - אנחנו בסופו של דבר עם סלט של הגיבורים הקשורים שלהם; תלוי איך הם פועלים או מרגש אנו נותנים להם שמות כמו ליגנד, קבוצת תותבת, המצע, או אפילו פוטנציאל. תכליתי ביותר של האנזימים שלנו בדרך כלל לכופף נגזרות נוקלאוטידים זעירים זעירים הליבה שלהם. רבים אלה "קואנזימים" ראשוני אלה בתורו קן יחיד יון מתכת סכין קצה כי מטבעו של כימיה התיאום שלה במקור היה קצת נטייה הטמון קטליזה בתוך הגיאוכימיה השלטת של היום.

התקדמות מתמשכת זו במורכבות האנזימים שיקפה במדויק את זה של סבתם, הריבוזום. על ידי הצטיידות במוצר שלו, הריבוזום הפך בהדרגה לחלבון של קטעי ה- RNA הכי פחות שיש להם את הליבה של הפונקציה הקטליטית שהיא זקוקה לה, והגיעה לשיאה בסינתזה הגדולה ביותר של הסינתזה שאנו מוצאים בכל הפיילוגניות - הריבוזום האנושי. אולי באופן מפתיע, התרבות המתוחכמת של יון קולטן בתאים שלנו צברה גם היא סביב גוש יסוד נוסף - הדליפות של קרומים חשופים. המודלים של הודג'קין והאקסלי שהוזכרו לעיל, אשר פועלים היטב לתיאור הדינמיקה החשמלית של הקוצים, למרבה הצער, אין להם הרבה מה לומר על היבטים קריטיים אחרים של ממברנות פועמות (כמו יכולת חום, אנתלפיה ודחיסות), ואין שום דבר בתרמודינמיקה של הרכבה עצמית ספונטנית של חלבונים ושומנים.

כמה רמזים על הדרך קדימה מן המיקום הנוכחי שלנו הוצעו לאחרונה על ידי שמית Shrivastava. בהישג ידו כדי לבחון מחדש כמה רעיונות קריטית ממוחו של איש, פרט לגבר הראשון שהניע את קיומו של גלי הכבידה, מזכיר שמית את תפיסתו של אינשטיין בדבר "תיאוריה מכנית מולקולארית שלמה". האינטואיציה המעשית העיקרית של אינשטיין היתה לעקוף את עיקרו של בולצמן (שלדעתו חסר משמעות בתפקוד חלוקה מיקרוסקופי), ולהשתמש בניסוח שהושג בניסויים של אנטרופיה כדי להסיק את פונקציית ההפצה. טיעונים אלה מופיעים בעיתון של אינשטיין משנת 1910, שם הוא מגדיר גם קשר כמותי בין קריאת ביקורת קריטית לבין התפצלות ריילי של לורד ריילי.

הסבר שתי תופעות אלה במונחים של תנודות צפיפות בתערובת נוזלים מתקרבים לנקודה קריטית שלו איינשטיין ביעילות לפתור את השאלה מדוע השמים כחולים. עכשיו כדי לפתור את השאלות מדוע דגים הוא מתוק וסוכר מתוק אנחנו מחכים למישהו עם חיבה מופרזת terpenoids לדמיין יושב על מולקולה של carvone.

menu
menu