4 تشرين الأول / أكتوبر 2004
ريتشارد أكسل و ليندا B باك
لاكتشافاتهم من "مستقبلات الرائحة وتنظيم نظام الشم"
ملخص
ظل الشعور بالرائحة طويلا الأكثر غموضا من حواسنا. لم يتم فهم المبادئ الأساسية للاعتراف وتذكر حوالي 10،000 الروائح المختلفة. وحصل الفائزون بجائزة نوبل هذا العام في علم وظائف الأعضاء أو الطب على حل هذه المشكلة، وفي سلسلة من الدراسات الرائدة أوضحت كيف يعمل نظامنا الشم. واكتشفوا عائلة جينية كبيرة، تتألف من حوالي 1000 جينة مختلفة (ثلاثة في المائة من جيناتنا) التي تؤدي إلى عدد مماثل من أنواع المستقبلات الشمية.وتقع هذه المستقبلات على خلايا المستقبلات الشمية، التي تحتل مساحة صغيرة في الجزء العلوي من ظهارة الأنف والكشف عن جزيئات الرائحة المستنشقة.
كل خلية مستقبلات حاسة الشم تمتلك نوع واحد فقط من مستقبلات الرائحة، ويمكن لكل مستقبلات الكشف عن عدد محدود من المواد الرائحة. وبالتالي فإن مستقبلاتنا الشمية هي متخصصة للغاية في عدد قليل من الروائح الكريهة.الخلايا ترسل عمليات الأعصاب رقيقة مباشرة إلى المجالات الصغيرة متميزة، الكبيبات، في لمبة الشم، ومنطقة الشمية الأولية من الدماغ. الخلايا المستقبلة تحمل نفس النوع من المستقبلات ترسل عمليات الأعصاب لنفس الكبيبة.من هذه المجالات الصغيرة في لمبة الشم يتم نقل المعلومات أبعد من ذلك إلى أجزاء أخرى من الدماغ، حيث يتم الجمع بين المعلومات من عدة مستقبلات حاسة الشم، وتشكيل نمط. لذلك، يمكننا تجربة واعية رائحة زهرة أرجواني في الربيع وتذكر هذه الذاكرة حاسة الشم في أوقات أخرى.
ريتشارد أكسيل ، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية، وليندا باك ، سياتل، الولايات المتحدة الأمريكية، نشرت ورقة أساسية مشتركة في عام 1991، حيث وصفوا عائلة كبيرة جدا من حوالي ألف الجينات لمستقبلات رائحة. وقد عملت أكسيل وباك منذ ذلك الحين مستقلة عن بعضها البعض، ولديهم في عدة أنيقة، في كثير من الأحيان موازية، ودراسات توضح نظام الشم، من المستوى الجزيئي لتنظيم الخلايا.
نظام الشم هو المهم لجودة الحياة
عندما شيء الأذواق جيدة حقا هو في المقام الأول تفعيل نظام الشم التي تساعدنا على الكشف عن الصفات نعتبر إيجابية. ينشط النبيذ الجيد أو الفراولة البرية المشمسة مجموعة كاملة من المستقبلات الرائحة، مما يساعدنا على إدراك جزيئات الرائحة المختلفة.
رائحة فريدة من نوعها يمكن أن تؤدي ذكريات متميزة من طفولتنا أو من لحظات عاطفية - إيجابية أو سلبية - في وقت لاحق في الحياة. إن البطلينوس الوحيد الذي ليس طازجا ويسبب الشعور بالضيق يمكن أن يترك الذاكرة التي تبقى معنا لسنوات، ومنعنا من تناول أي طبق، ولكن لذيذ، مع المحار في ذلك. لفقدان الشعور بالرائحة هو عائق خطير - لم نعد نلاحظ الصفات المختلفة من الغذاء، ونحن لا يمكن الكشف عن إشارات التحذير، على سبيل المثال الدخان من النار.
ويعتبر الشفاء ذا أهمية مركزية بالنسبة لمعظم الأنواع
ويمكن لجميع الكائنات الحية أن تكتشف وتعرف المواد الكيميائية في بيئتها. ومن الواضح أن قيمة البقاء على قيد الحياة كبيرة لتكون قادرة على تحديد الغذاء المناسب وتجنب المواد الغذائية الخبيثة أو غير صالحة. في حين أن الأسماك لديها عدد قليل نسبيا من مستقبلات الرائحة، حوالي مائة، الفئران - الأنواع أكسيل و باك درس - لديها حوالي ألف. البشر لديهم عدد أصغر إلى حد ما من الفئران. فقدت بعض الجينات أثناء التطور.
رائحة ضروري للغاية لالجروى الثدييات حديثي الولادة للعثور على الحلمات من أمه والحصول على الحليب - دون الشم الجرو لا البقاء على قيد الحياة دون مساعدة. الشفاء هو أيضا ذات أهمية قصوى لكثير من الحيوانات الكبار، لأنها مراقبة وتفسير بيئتها إلى حد كبير عن طريق الاستشعار عن رائحة. على سبيل المثال، منطقة ظهارة حاسة الشم في الكلاب هي أربعين مرة أكبر من البشر.
عائلة كبيرة من مستقبلات الرائحة
نظام الشم هو أول من نظمنا الحسية التي تم فك رموزها في المقام الأول باستخدام التقنيات الجزيئية. أظهرت أكسل وباك أن ثلاثة في المائة من جيناتنا تستخدم إلى رمز للمستقبلات الرائحة مختلفة على غشاء الخلايا مستقبلات الشم. عند تنشيط مستقبلات الرائحة بمادة معطر، يتم تشغيل إشارة كهربائية في الخلية مستقبلات الشم وإرسالها إلى الدماغ عبر العصب العمليات. كل مستقبلات رائحة ينشط أولا بروتين G، الذي يقترن به. البروتين G بدوره يحفز تشكيل المخيم (أمب دوري). هذا الجزيئ رسول ينشط قنوات الأيونات، والتي يتم فتح ويتم تنشيط الخلية. وأظهر أكسيل و باك أن عائلة كبيرة من مستقبلات الرائحة ينتمي إلى مستقبلات البروتين المقترنة (غر).
ترتبط جميع المستقبلات الرائحة البروتينات ولكنها تختلف في تفاصيل معينة، موضحة لماذا يتم تشغيلها من قبل جزيئات رائحة مختلفة. تتكون كل مستقبلات من سلسلة من الأحماض الأمينية التي ترسو في غشاء الخلية ويجتازها سبع مرات. سلسلة يخلق جيب ملزمة حيث يمكن أن يعلق رائحة. عندما يحدث ذلك، يتم تغيير شكل البروتين مستقبلات، مما يؤدي إلى تفعيل البروتين G.
نوع واحد من مستقبلات الرائحة في كل خلية مستقبلات حاسة الشم
وبشكل مستقل، أظهر أكسيل وباك أن كل خلية مستقبلية حاسة الشم تعبر عن واحد فقط من جينات مستقبلات الرائحة. وهكذا، هناك العديد من أنواع الخلايا مستقبلات حاسة الشم كما أن هناك مستقبلات رائحة. كان من الممكن أن تظهر، عن طريق تسجيل الإشارات الكهربائية القادمة من خلايا مستقبلات حاسة الشم، أن كل خلية لا تتفاعل فقط مع مادة واحدة رائحة، ولكن لعدة جزيئات ذات الصلة - وإن كان ذلك مع كثافة متفاوتة.
فحصت مجموعة البحث باك حساسية الخلايا مستقبلات الشمية الفردية لرائحة محددة. عن طريق ماصة، فإنها أفرغت محتويات كل خلية وأظهرت بالضبط أي جينات مستقبلات الرائحة وأعرب في تلك الخلية. وبهذه الطريقة، فإنها يمكن أن تربط الاستجابة لرائحة محددة مع نوع معين من المستقبلات التي تحملها تلك الخلية.
معظم الروائح تتكون من جزيئات رائحة متعددة، وكل جزيء رائحة ينشط العديد من المستقبلات الرائحة. هذا يؤدي إلى رمز كومبيناتوريال تشكيل "نمط الرائحة" - إلى حد ما مثل الألوان في لحاف خليط أو في فسيفساء. هذا هو الأساس لقدرتنا على الاعتراف وتشكيل ذكريات ما يقرب من 10،000 الروائح المختلفة.
الخلايا مستقبلات الشمية تنشيط المناطق الصغيرة في لمبة الشم
والنتيجة التي خلصت إلى أن كل خلية مستقبلية حاسة الشم تعبر فقط عن جينة مستقبلات رائحة واحدة كانت غير متوقعة إلى حد كبير. استمر أكسل وباك من خلال تحديد تنظيم أول محطة ترحيل في الدماغ. ترسل خلية المستقبلات الشمية عملياتها العصبية إلى اللمبة الشمية، حيث يوجد حوالي 2000 ميكرويريجيونس محددة جيدا، الكبيبات.وبالتالي هناك حوالي ضعف الكبيبات مثل أنواع الخلايا مستقبلات حاسة الشم.
وأظهر أكسيل وباك بشكل مستقل أن خلايا المستقبلات التي تحمل نفس النوع من المستقبلات تتلاقى عملياتها في الكبيبة نفسها، واستخدمت مجموعة أبحاث أكسيل تقنية وراثية متطورة لتظهر في الفئران دور المستقبلات في هذه العملية. التقارب في المعلومات من الخلايا مع نفس المستقبلات في نفس الكبيبة أثبتت أيضا أن الكبيبات يحمل خصوصية ملحوظة (انظر الشكل).
في الكبيبات نجد ليس فقط العمليات العصبية من الخلايا مستقبلات حاسة الشم ولكن أيضا اتصالاتهم مع المستوى التالي من الخلايا العصبية، والخلايا التاجية. يتم تنشيط كل خلية التاجي فقط من قبل كبيبة واحدة، وبالتالي يتم الحفاظ على خصوصية في تدفق المعلومات. عن طريق عمليات الأعصاب الطويلة، والخلايا التاجية إرسال المعلومات إلى أجزاء عديدة من الدماغ. وأظهر باك أن هذه الإشارات العصبية بدورها تصل إلى المناطق الدقيقة المحددة في قشرة الدماغ. هنا يتم الجمع بين المعلومات من عدة أنواع من المستقبلات الرائحة في نمط مميز لكل رائحة. يتم تفسير هذا ويؤدي إلى تجربة واعية من رائحة يمكن التعرف عليها.
الفيرومونات والذوق
يبدو أن المبادئ العامة التي اكتشفها أكسيل و باك في النظام الشموي تنطبق أيضا على أنظمة حسية أخرى. الفيرومونات هي جزيئات يمكن أن تؤثر على السلوكيات الاجتماعية المختلفة، وخاصة في الحيوانات. اكتشف أكسل وباك، مستقلان عن بعضهما البعض، أن الفيرومونات يتم الكشف عنها من قبل عائلتين آخرين من غر، مترجمة إلى جزء مختلف من ظهارة الأنف. براعم الذوق من اللسان لديها عائلة أخرى من غر، الذي يرتبط مع الشعور الذوق.
تعليقات
إرسال تعليق