嗅觉的机制.ppt

Linda B. Buck 1/2 of the prize USA
Fred Hutchinson Cancer Research Center Seattle, WA, USA
b. 1947
理查德·阿克塞尔 1946年生于美国纽约，1970年取得美国约 翰·霍普金斯大学医学博士学位，现就职 于美国哥伦比亚大学霍华德·休斯医学研 究所，任生物化学、分子生物物理学和病 理学教授。
不同寻常的假设
巴克首先取得了一个“非常巧妙的”新突破。 她做的三个假设极大缩小了研究范围。
她首先依据实验室的研究成果，假设受体在形 态上和功能上的一些特性，这就能缩小研究范围。
其次，她假设气味受体是一个相互关联的蛋白 质家族中的成员，这样就可以从大型蛋白质族群入 手研究。
另外，她主张锁定只对嗅觉细胞中出现的基因 进行研究。
后来,苏格兰的科学家蒙克里夫于1949年提 出了一种气体立体化学理论,认为气体分子的形 状如同我们常见的物体那样,多种多样,千姿百 态,有球形、船形、椅形等。气体立体化学理论 认为，在人和动物的鼻子总有感觉灵敏的鼻窦， 在鼻窦的细胞中有专门接受外界气体分子的受 体，它也是一种分子。当外界气体分子和鼻窦 受体分子像模具和模型一样相互吻合并发生生ห้องสมุดไป่ตู้理反应时，产生的信号便刺激大脑，就可以使 人闻到气味。如果外界气味分子和鼻窦受体分 子不吻合、不反应，人就闻不到气味。
人类对气味问题的思索至少可以追溯到公 元前4世纪的古希腊时代。当时著名的学者亚里 士多德认为，气味是有气味的物质发出的辐射。 而另一位希腊学者伊壁鸠鲁，则在德谟克利特 原子论的基础上来解释嗅觉。他认为是不同形 状的原子让鼻子感觉到不同的味道。他曾经天 真地设想，引起甜味嗅觉的是光滑、圆圆的原 子，而酸味则是由尖的原子产生的。后来的研 究表明，不同的气味确实是由不同结构的物质 引起的，但是并不是什么圆的或者尖的“原 子”。
嗅觉受体的激发过程
嗅觉受体属于G蛋白偶联受体(G proteincoupled receptors,GPCR),是一种细胞表面受体.每 个嗅觉受体都是一条跨膜7次的多肽链。多肽链 创建了一种粘合球囊，气味物质可以粘附在上面。 一旦嗅觉受体与特定的气味分子结合，它们的构 型就会发生变化，进而引起另一种蛋白质——G 蛋白质（G protein)——也发生变化。G蛋白又转 而刺激环磷酸腺苷(cyclic AMP,cAMP)的形成。 cAMP是一种信使分子，可激活离子通道(ion channels)，让其开通，然后使细胞被激活。最终 的结果是引发一次神经冲动——一个脉冲电信号 被送到了嗅球（olfactory bulb)。
人类嗅觉器官工作原理 Odorant Receptors And The Oragnization Of The Olfactory System
2004年诺贝尔生理学或医学奖
2004年10月4日，诺贝尔基金会宣布把 本年度的诺贝尔生理学或医学奖颁发给 美国科学家Richard Axel理查德·阿克塞 尔和Linda B. Buck琳达·巴克，以表彰 他们在研究人类嗅觉方面的贡献。
再后来，美国的阿尔莫对此理论提出了一 个较为完整的嗅觉化学机制，但两者大同 小异，观点基本相同。
不过，这种理论也遇到了一些新的挑战。 例如，有的物质化学结构虽不同，却有相 同气味；也有一种物质同时具有两种气 味……这些问题用上述理论都难以解释， 因此上述理论也不是很完善。但人们对嗅 觉的认识却已在步步深入。
两位科学家的主要成就在于他们揭示 了人类嗅觉系统的奥秘，告诉世界“我 们是如何能够辨认和记得１万种左右的 气味”的。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2004
Richard Axel 1/2 of the prize USA
Howard Hughes Medical Institute, Columbia University, Hammer Health Sciences Center New York, NY, USA b. 1946
Axel和Buck的答案
阿克塞尔、巴克和他的同事们开始研究嗅 觉神经细胞的蛋白质受体，但是他们并没有直 接研究蛋白质，而是转而研究基因。基因是组 成我们身体的蛋白质的“图纸”。通常一个基 因负责制造一种蛋白质。既然在嗅觉神经细胞 的细胞膜上有蛋白质，那么就一定有对应的基 因。通过基因克隆的方法。阿克塞尔找到了一 群负责制造蛋白质受体的基因。这一群基因只 在嗅觉神经细胞中表达。
1000个嗅觉基因的发现
阿克塞尔称，巴克的大胆假设为他们的研究
至少节省了好几年的时间，这使得研究小组就能 集中对一些可能专门为受体蛋白质而编码的基因 进行研究，从而取得较大进展，终于发现了一个 庞大的基因家族。
让阿克塞尔出乎意料的是，这一群基因的数 量竟然有这么多：大约有1千个负责嗅觉的基因。 也就是说，有大约一千种蛋白质受体。这是人类 数量最大的一族基因，大约占人类基因总数的1%。 这也就是他和琳达·巴克在1991年的《细胞》杂志 上发表的论文。
对于嗅觉产生机理这一难解的迷题, 终 于由2004年度诺贝尔生理学或医学奖获奖者、 美国科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克， 通过他们自己开拓性的工作找到了解开这一 谜底的钥匙。两位科学家于1991年发表了有 关这一课题的基础论文，介绍了气味受体基
因大家族。后来，两人又各自独立工作，更 加深入地阐明了整个嗅觉系统的工作原理。
琳达·巴克 1947年生于美国西雅图，1980年在得克萨 斯大学西南医学中心取得免疫学博士学位。 巴克现任职于美国西雅图的弗雷德·哈钦 森癌症研究中心，她是美国国家科学院院 士，并且是历史上第七位获得诺贝尔医学 奖的女性。
气味——也就是嗅觉，与视觉、听觉、 味觉、触觉一起，构成了我们的5种主要的 感知外部世界的方式。嗅觉往往让人留下深 刻的印象：独特的花香会唤起一个人久远的 美好回忆，但一种难闻的气味也会让人对某 种食物避之唯恐不及。嗅觉不仅让人的感受 更加细致入微，而且对很多动物感知周围环 境、以至于更好地生存也起着重要作用。那 么嗅觉是怎样产生的呢?