Обоняние - [71]
Рисунок 26. Две проекции коровьего родопсина, связанного с молекулой ретиналя. Ретиналь изомеризируется из полностью-транс-формы в 11-цис-форму под воздействием фотона света. Это вызывает конформационные изменения в родопсине, который в результате порождает в клетке электрический сигнал.
Хотя родопсин и ольфакторные рецепторы совершенно различны по функциям (первый регистрирует свет, а вторые – летучие молекулы), механизм действия у них более-менее одинаков.
Рецепторы одорантов чувствуют присутствие посторонней молекулы, взаимодействуя с ее сердцевиной и меняя ее конформацию; родопсин, в свою очередь, регистрирует оборот, вызванный светом в молекуле ретиналя, и меняет свою конформацию. Родопсин в этой ситуации выступает в роли химического сенсора – если считать две формы ретиналя двумя разными молекулами, что вполне обоснованно.
От молекулярных взаимодействий к электрическим сигналам
Когда молекулы одоранта достигают поверхности ольфакторных нейронов, их блокируют ольфакторные рецепторы, сидящие в клеточной мембране подобно стражам, встречающим гостей и сообщающим об их прибытии в клетку. Рецепторы распознают пахучие молекулы на основании формы, размера и прочих химических характеристик. Затем химическая информация преобразуется в электрический сигнал, который уже гораздо легче измерить, усилить и обработать, – примерно как электрические токи в цепи компьютера или какого-нибудь электронного инструмента. Преобразование осуществляется посредством серии ферментных реакций, которую запускает изменение конформации рецептора, принимающего в свою структуру маленькую органическую молекулу – в нашем случае одорант.
Поимку молекулы одоранта ольфакторным рецептором из всех биохимических элементов первым регистрирует G-белок – сложный фермент, состоящий из трех субъединиц, пребывающий в физическом контакте с рецептором. Простимулированный конформационным изменением рецептора, G-белок инициирует ферментный каскад – серию химических реакций, ведущих к производству больших количеств циклического АМФ. Эта растворимая молекула перемещается внутри клетки (в нашем случае ольфакторного нейрона) и связывается с ионными каналами, открывая их, почти как ключ открывает двери.
На рисунке 27 показаны основные этапы ольфакторного преобразования.
Эти каналы представляют собой белки с очень сложной структурой. Они работают своеобразными отверстиями в мембране, по которым могут перемещаться специфические ионы. Открытие каналов приводит к притоку ионов снаружи внутрь и наоборот, в результате чего клетка деполяризуется. На практике электрический потенциал клетки стремительно понижается из-за дисбаланса ионов между ее внутренним и внешним пространством. В целом получается так, что химическое взаимодействие одоранта с его специфическим рецептором порождает электрический импульс. Перевод химического сообщения в электрический сигнал, который затем можно дополнительно усилить, обработать и сравнить, – ключевой процесс, соединяющий внешнюю среду с мозгом [4].
Рисунок 27. Основные этапы ольфакторного преобразования. Взаимодействие молекулы одоранта с ольфакторным рецептором вызывает отделение G-белка, который активирует аденилциклазу. Продукт этой реакции, циклический АМФ, вызывает открытие ионного канала, что ведет к деполяризации нейрона и возникновению электрического сигнала.
Специальные инструменты для восприятия феромонов
Вомероназальный орган, о котором мы уже говорили ранее, – это небольшая полость системы «тупик», имеющаяся у большинства позвоночных и предназначенная для регистрации специфичных для данного вида феромонов. Это практически второй нос или, если угодно, третий основной хеморецепторный орган. Подобно носу и языку, эта область оснащена рецепторами – все теми же G-парными 7-ТМ белками. На самом деле в вомероназальном органе есть два класса рецепторов – V1R и V2R. Первый класс ближе по размеру и структуре к ольфакторным и вкусовым рецепторам, хотя их аминокислотные цепочки совсем другие. Второй содержит, помимо области с семью трансмембранными спиралями, еще один домен, такой же крупный, как сердцевина белка, и выходящий во внеклеточное пространство. Эта часть белка считается потенциальной связывающей зоной для феромонов белковой природы. Белки с феромональными свойствами, широко распространенные у дрожжевых грибов и рептилий, судя по всему, в ходу и у мышей [5]. В главе шестой мы уже говорили о том, что ОМБ, мышиные мочевые белки, запускают физиологические изменения у юных самок, ускоряя их созревание. Не так давно еще один член того же семейства, дарсин (названный так в честь мистера Дарси, героя «Гордости и предубеждения» Джейн Остин), по сообщениям ученых, показал феромональную активность [6].
Но что насчет людей? У нас есть такой вомероназальный орган? Это очень важный вопрос, так как из него вытекает еще один – о самой возможности феромональной коммуникации у нашего вида. Но подождите, обо всем этом мы поговорим позже, в десятой главе.
Вкус еды
Мы уже говорили о том, что в отличие от обонятельного вкусовой язык основан на очень простом алфавитном коде, состоящем всего из пяти букв. Абсолютно все вкусовые ощущения можно отнести к сладким, горьким, соленым, кислым и умами. Столь же простая система повторяется и на уровне белков-рецепторов, эти ощущения регистрирующих. Здесь мы снова встречаем 7-ТМ рецепторы, сходные с ольфакторными и тоже парные G-белкам. Процедура, ведущая к открытию ионных каналов и генерации электрического потенциала, тоже идентична ольфакторной.
