Новости химической науки > Обонятельные рецепторы распознают гидратированные альдегиды

Крысы и некоторые другие животные в поисках еды в основном опираются на запах альдегидов – эти молекулы в количестве, для чувства обоняния крысы, содержатся в пище. Тем не менее, до недавнего времени химизм того, каким образом обонятельные рецепторы крыс и других млекопитающих распознают альдегиды, не был установлен.

В новой работе исследователи описывают неожиданный аспект этого процесса. Оказывается, некоторые обонятельные рецепторы распознают альдегиды не в привычной для химиков форме, характерной для газовой фазы или растворов в неполярных органических растворителях, а в гидратированном состоянии – в виде малоустойчивых геминальных диолов. Результаты исследования позволяют предположить, что некоторые обонятельные рецепторы млекопитающих распознают альдегиды за счет возможности присоединения воды к карбонильной группе альдегида.

В воде октаналь находится в равновесии со своей гидратированной, диольной форме – октан-1,1-диолом. Некоторые специфические к альдегидам обонятельные рецепторы могут связывать подобные молекулы в гидратированной форме. (Рисунок из ACS Chem. Biol. 2014, DOI: 10.1021/cb400290u)

Когда одорант-альдегид попадает в носовую пазуху и адсорбируется водосодержащей слизью, он начинает реагировать с водой. В воде устанавливается равновесие между двумя формами альдегида – карбонильной и гидратированной (гем-диольной). Как отмечает Кевин Райан (Kevin Ryan) из Городского Колледжа Нью-Йорка, эти формы в значительной степени различаются формой и способностью образовывать водородные связи. Поскольку в слизи носовой пазухи, основным компонентом которой является вода, Райан решил выяснить – а не могут ли какие-либо из обонятельных рецепторов, распознающих альдегиды, детектировать гидратированную форму этих карбонильных соединений.

Райан и его коллеги предположили, что возможность рецепторов распознавать гем-диолы зависит от типа рецептора. Обонятельные рецепторы, способные связывать и «чуять» широкий круг молекул, возможно, не могут различить карбонильную и диольную форму альдегида, тем не менее, исследователи предположили, что рецепторы, задача которых заключается в распознавании исключительно альдегидов, могут предпочитать гем-диольную форму.

Для того, чтобы выяснить, возможен ли такой механизм распознавания, Райан и его коллеги решили изучить механизм взаимодействия обонятельных рецепторов с гем-диольной формой октаналя – альдегида с легким цитрусовым запахом, который можно обнаружить в масле, апельсинах или рисе. Так как равновесие октаналь – октан-1,1-диол в значительной степени смещено в сторону карбонильной формы, выделить диол и изучить, как он связывается с рецепторами, было невозможно. Чтобы решить эту проблему исследователи синтезировали 2,2-дифтороктаналь, электроноакцепторные атомы фтора в составе которого способствуют значительному смещению равновесия в сторону гем-диола.

На следующем этапе исследователи выяснили, как будет воздействовать октан-1,1-диол на каждый из 24 обонятельных рецепторов, специфичных по отношению к альдегидам. Отклик на 2,2-дифтороктан-1,1-диол давало десять из двадцати четырех рецепторов, что говорит о том, что гем-диольная структура также может участвовать в распознавании запаха альдегидов.

Исследователи из группы Райна также сотрудничали со специалистами по компьютерной химии из Еврейского Университета (Иерусалим), которые моделировали хорошо изученные обонятельный рецептор грызунов OR-I7. Когда исследователи рассчитали возможность связывания гем-диольной формы с этим рецептором, они обнаружили, что два тирозиновых остатка, содержащегося в структуре рецептора образуют водородные связи с гем-диолом, в то время как карбонильная форма октаналя просто не способна к такому связыванию. Как отмечает Райан, результаты такого моделирования взаимодействия альдегидного одоранта с рецептором еще стоит осмыслить и, возможно, проверить в ходе дельнейших экспериментов.

Источник: ACS Chem. Biol. 2014, DOI: 10.1021/cb400290u

метки статьи: #биохимия, #квантовая химия, #молекулярная биология, #сенсоры