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嗅觉的奥秘

译者: ColorfulWind 原作者:Vivienne Baillie Gerritsen
发表时间:2013-07-04浏览量:1678评论数:0挑错数:0
嗅觉也能遗传,你信么?最近科学家们发现,某些人能感知某些气味,某些人却不能,例如割草时“青草味”。这种气味的“接收器”很可能是嗅觉受体2J3(olfactory receptor 2J3, 或者简写成OR2J3)。如果你有表达此蛋白的基因,那么你就能闻到青草的味道。而如果你没有,那你就会对这种味道“置若罔闻”了。

我们都需要有鼻子。动物体内的这部分器官拥有成百万计的嗅觉受体,等着接收气味信息并传输到大脑中去。大脑会据此分辨哪些气味好闻,哪些不好闻 —— 这也是动物们判断哪些气味有利哪些则可能有害的的简单方法。很直接是吧,它也随着时间的推移不断进化来帮助存活下来的生物获得最大的生存几率。对于人类而言,嗅觉器官的灵敏度天生比一只狗或者野生动物的要差很多,但仍保持了最基本的功能。我们仍然能够很好的分辨哪些气味“难闻”哪些气味“怡人”,并做出相应反应。多年来,研究者们一直很好奇嗅觉的实际感知机制是不是也会遗传。在这方面已经发表了很多研究成果,貌似答案是肯定的。最近,科学家们发现生物对于割草时所产生的特殊气味的感知就具有遗传性。对于这种“青草味”的感知很可能依靠一种名为“嗅觉受体2J3”(或简写做OR2J3)的嗅觉受体来完成的。

我们中大多数人都熟知新鲜割下的青草味道是怎样的。我们要么修剪过草坪,要么曾经在刚修剪过的公园草坪上席地而坐过。如果你想知道的话,"草坪"(lawn)这个词很可能源自凯尔特语(the Celtic)的 'laun',意思是"围场"。相对于以耕种为目的的土地,中世纪时“草坪”其实是指围起来的草场,用来集中放牧牲畜。从中世纪起,北欧贵族们开始流行拥有草坪,特别是在雨水充足的西部边缘地区。那时候草坪是财富的象征,因为主人得有财力来料理这块既不能用来建房屋又不能用来生产作物的土地。裁切成小块的英式草坪出现在17世纪,并随着殖民者的步伐传播到世界各地。技术控们知道,第一台剪草机是1830年一个英国人Ediwn Beard Budding先生发明的。这种剪草机在执行实际的剪草操作时似乎麻烦不断,但这并不影响它很快成为西欧最盛行的家用机械之一!

使得剪下的青草产生芳香的分子是顺式-3-乙烯-1-醇(cis-3-hexen-1-ol),也被戏称做"青草味'分子。这种分子所产生的味道并不是割下的青草所特有的,它也存在其他很多不同食物和饮料中。举个例子,新鲜的水果和蔬菜比如说覆盆子和花椰菜中就有,葡萄酒中也常有。对于我们中大多数人而言,顺式-3-乙烯-1-醇产生的气味令人愉悦,一些科学家甚至认为这种气味能够缓解疾病与失调。如果一直处在诸如“青草味”等这类令人愉悦的气味中的话,蜜蜂乃至人类的攻击性行为似乎能够被某些机制——例如通过调节大脑中的某些基因表达——降低。所以人们相信这类气味能够用来平缓情绪缓解压力。而事实上,气味同音乐一样能够影响情绪这一观点,几乎已经得到了人们的普遍认同。

草丛, 文森特·梵高绘于1889年,阿尔勒

人体中大约有400种基因负责编码嗅觉受体和参与嗅觉感知。与其说一种受体负责感知一种气味,还不如说一组受体的组合通过感知一种或多种气味分子而产生一种特殊的嗅觉体验更确切些。如果一种受体因某种原因受到修饰或功能丧失,这会影响生物对于气味的整体感知么?换种说法,如果体内的 “青草味”嗅觉受体OR2J3受到修饰,那么会怎么样呢?另外,嗅觉感知这一行为是否也具有地域特征呢?回答这些问题的办法之一就是对不同年龄不同种族构成的人口样本进行研究。

基于以上认识,新西兰的研究者们研究了由不同年龄的高加索人、印第安人、亚细亚人和毛利人构成的人口样本。研究发现人们对于“青草味”的感知依赖于嗅觉受体OR2J3的表达。同所有嗅觉受体一样,OR2J3属于G-蛋白耦联受体大家族。该蛋白113位苏氨酸到丙氨酸的突变(T113A)及226位精氨酸到谷氨酰胺的突变(R226Q)能够造成个体对于“青草味”嗅觉感知的缺失。与不携带任何突变体的个体相比,携带上述两种突变体中的任何一种都会降低个体对顺式-3-乙酰-1-醇的感知灵敏度。而同时携带这两种突变体的个体对于“青草味”的感知就相当得迟钝了。有意思的是,同时携带两种突变体的人往往拥有非洲血统。

OR2J3中到底发生了什么使其对顺式-3-乙酰-1-醇的感知灵敏度降低了呢?T113A和R226Q这两种突变都是在受体序列的不同位置发生了氨基酸替代。T113A发生在受体上可能与顺式-3-乙酰-1-醇结合的区域。因此T113A突变会阻碍受体(与顺式-3-乙酰-1-醇)的结合。而R226Q突变则发生在受体上可能与信号传导有关的区域,也就是与G蛋白动力学机制有关的loop区。虽然两种突变都并不会完全消除个体对于顺式-3-乙酰-1-醇的感知能力,但它们的确都削弱的这种能力;那么如果这两种突变体在体内都存在的话,也就不难理解为什么该个体很难感知“青草味”了。

然而,任何已知的味道都绝少只是一种特异结合某一受体的配体产生的,而更有可能是结合不同受体的配体集合的产物。就这点来说,因为OR2J3能够“响应”多种气味分子,所以其影响范围相当“广谱”。另一方面,尽管对于“青草味”的感知相当程度上与OR2J3的表达及突变有关,但这种感知并不完全依赖于OR2J3。这样解释看来一切都正常了,可就算有着对科学的好奇心,为什么研究者们一定要弄清楚我们是否能嗅到割下的青草的味道呢?

顺式-3-乙酰-1-醇似乎有益于人类的健康。科学家们注意到修剪完草坪后人们的攻击性会降低。而对于蜜蜂而言,它们不仅仅会被这种味道所吸引,而且会变得不太好动。像人类一样,蜜蜂不仅具有社会性而且容易“鸡冻”,是一种绝好的研究模型。简而言之,对我们大多数人而言,“青草味”不仅是一种令人愉悦的味道及蔬菜瓜果新鲜的象征,也能够用于芳香疗法。同样,食品工业也开始在各种食物和饮料(包括葡萄酒)中添加这种分子。人们对顺式-3-乙酰-1-醇及其受体(集合)了解越多,食品工业也必然能生产出越多符合人们口味的饮料食品。总而言之,虽然我们的饮食习惯无疑与后天养成有关,但我们对于气味/味道的敏锐感知也还是可能有遗传因素的作用在内。

参考文献:

1. McRae J.F., Mainland J.D., Jaeger S.R., Adipietro K.A., Matsunami H., Newcomb R.D.
Genetic variation in the odorant receptor OR2J3 is associated with the ability to detect the “grassy” smelling odor, cis-3-hexen-1-ol
Chemical senses 37:585-593(2012)
PMID:22714804

Uniprot蛋白链接:

Olfactory receptor 2J3, Homo sapiens, (Human) : O76001


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蛋白聚光灯(Protein Spotlight) (ISSN 1424-4721)是瑞士生物信息研究中心Swiss-prot小组编写的蛋白相关的综述,每月一期。每期由Vivienne Baillie Gerritsen撰文,以一种轻松的口吻讲述一个特定蛋白或特定蛋白家族的奇闻异事或稗官野史,从2000.9迄今已经整整150期。今后会陆续翻译更新,意在帮助更多人,专业的业余的,对生命科学领域有更多了解。科学来源于生活,在严肃严谨的同时,也可以轻松有趣的:) 欢迎志同道合者加入!
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