Das Geruchssystem ist dafür verantwortlich, Geruchsstoffe zu erkennen und sie in Signale umzuwandeln, die unser Gehirn als Gerüche interpretiert. Obwohl der Geruchssinn einer der ältesten Sinne ist, hat sich die Fähigkeit, Geruchsmoleküle zu erkennen, über Millionen von Jahren nur sehr langsam entwickelt.
Die Entdeckung der Geruchsrezeptoren erfolgte vor fast 20 Jahren, im Jahr 1991. Seitdem wurden jedoch kaum Fortschritte bei der Identifizierung dieser Gene erzielt.
Die Geruchsrezeptoren (ORs) werden nach ihrer Lage in der Nase benannt. Sie sind in der gesamten Nasenhöhle verteilt, hauptsächlich in den Riechzellen. Jedes Neuron exprimiert nur einen Rezeptortyp, so dass die gesamte Neuronenpopulation auf einen bestimmten Geruchsstoff reagiert.
Bei Säugetieren werden diese Rezeptoren ausschließlich im Geruchsepithel exprimiert, wo sie an spezifische Geruchsstoffe binden und die Freisetzung von Neurotransmittern wie Acetylcholin und Dopamin auslösen, die die Geruchswahrnehmung vermitteln.
Die ORs sind nicht nur an der Geruchserkennung beteiligt, sondern spielen auch eine Rolle bei der Regulierung der Aktivität der sensorischen Neuronen.
Was sind Geruchsrezeptoren?
ORs sind eine Familie von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, die Geruchsstoffe erkennen und die Signaltransduktionskaskade im Gehirn in Gang setzen. Die ORs werden auf den Flimmerhärchen der Geruchssinnesneuronen in der Nasenhöhle exprimiert und binden an die Membran auf der Oberfläche der Geruchssinnesneuronen (OSNs). OSNs sind spezialisierte Neuronen in der Riechschleimhaut, die die oberen Atemwege auskleidet.
Jeder Rezeptor wird von einem Gen kodiert, das einen einzigen funktionellen Rezeptor (ein Protein) produziert, der aus 7 Transmembrandomänen besteht.
Die Rezeptoren werden anhand der Sequenzhomologie in zwei Gruppen unterteilt:
- Klasse Ihaben sieben Transmembrandomänen und sind verantwortlich für die Erkennung des flüchtige Gerüche.
- Klasse IIRezeptoren: enthalten acht oder mehr Transmembrandomänen. Es wird angenommen, dass diese Rezeptoren an der Erkennung von nichtflüchtige Geruchsstoffe.
Wo befinden sich die Geruchsrezeptoren?
Jeder Mensch verfügt über etwa 100 Millionen Geruchssinnesneuronen (OSN), die sich in zwei verschiedenen Regionen befinden: dem Hauptepithel des Geruchsinns und dem Vomeronasalorgan. Der Hauptbereich des Riechepithels besteht aus drei Schichten: der Basalschicht, der Sustentakelschicht und der Apikalschicht.
Die Basalschicht enthält Stammzellen, aus denen im Erwachsenenalter neue OSNs entstehen.
Wie viele Geruchsrezeptorgene hat der Mensch?
Es wird geschätzt, dass es zwischen 1.000 und 2.500 Gene gibt. ROs im Menschen, die uns in die Lage versetzen, bis zu 1 Billion verschiedene Gerüche zu unterscheiden. Diese Gene kodieren Proteine, die als molekulare Schalter fungieren, die chemische Botschaften über Zellmembranen übertragen.
Beispiel für Geruchsrezeptoren und Funktionen
Die genetische Vielfalt befindet sich in unserer DNA, d. h. in den Informationen, die in unserer Genomsequenz enthalten sind.
Bei den Geruchsrezeptoren gibt es zahlreiche genomische Varianten, die diese Vielfalt beeinflussen. Schauen wir uns einige konkrete Beispiele an:
- Geruchsrezeptor-Gen 51 B5 (OR51B5)Zu den genomischen Varianten in diesem Gen gehört eine, die mit der Empfindlichkeit gegenüber Zimtgeruch in Verbindung gebracht wird.
- OR10A2 (Geruchsrezeptor-Gen 10 A2)In diesem Gen gibt es eine genetische Variante, von der in wissenschaftlichen Studien berichtet wird, dass sie für die Abneigung bestimmter Menschen gegen Koriander verantwortlich ist.
- Gen OR6C70 (Geruchsrezeptor 6 C70)Unter den verschiedenen Genomregionen dieses Gens befindet sich eine Missense-Variante, die mit der Intensität, mit der wir den Geruch von Lakritz wahrnehmen, in Verbindung gebracht wird.
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Wie funktioniert der Geruch?
Wenn ein Geruchsstoff in die Nasenhöhle eindringt, interagiert er mit den ORs und löst eine Kettenreaktion aus, die zur Aktivierung von Botenmolekülen innerhalb des olfaktorischen sensorischen Neurons (OSN), auch Olfaktorisches Rezeptorneuron (ORN) genannt, führt. Dies löst die Öffnung von Ionenkanälen aus, so dass Natriumionen in die Zelle eindringen können. Infolgedessen steigt das elektrische Potenzial des OSN an, was die Nervenfasern zur Abgabe von Aktionspotenzialen veranlasst.
Dies veranlasst die Axone der OSNs, die Signale an den Riechkolben durch die cribriforme Platte, wo Informationen verarbeitet werden. Der Riechkolben ist eine neuronale Struktur im Vorderhirn von Wirbeltieren, die am Geruchssinn beteiligt ist.
Was kann die Geruchsrezeptoren schädigen?
Eine Schädigung der Geruchsrezeptoren kann durch eine Vielzahl von Faktoren verursacht werden. Beispiele sind die Belastung durch Umweltgifte, genetische Mutationen und das Altern.
Zu den Umweltgiften, die die Funktion der Geruchsrezeptoren schädigen können, gehören Schwermetalle wie Quecksilber, Blei, Arsen und Cadmium, organische Lösungsmittel wie Benzol, Trichlorethylen und Xylol, Pestizide wie DDT, Dieldrin und Endosulfan sowie Herbizide wie Atrazin und Glyphosat; Pestizide wie DDT, Dieldrin und Endosulfan; Herbizide wie Atrazin und Glyphosat; Industriechemikalien wie Formaldehyd, Ethylbenzol, Styrol und Toluol; und Luftschadstoffe wie Ozon und Stickstoffdioxid.
Zu den genetischen Mutationen, die die Geruchsrezeptoren schädigen können, gehören die Mutationen, die mit Mukoviszidose, angeborener Schmerzunempfindlichkeit mit Anhidrose und dem Kallmann-Syndrom einhergehen.
Es ist auch bekannt, dass das Altern die Funktion der Geruchsrezeptoren beeinträchtigt. Es gibt sogar Hinweise darauf, dass die Zahl der Geruchsrezeptoren mit dem Alter abnimmt.
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