嗅觉受体和气味传递系统2004
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嗅觉受体和气味传递系统
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理查德· 阿克塞 尔（Richard Axel）和琳达· 巴克（Linda B. Buck），以表彰他们在研究人类嗅觉方面的贡献。 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。
阿克塞尔和他的学生巴克在实验室
不同寻常的假设
巴克首先取得了“非常巧妙的”新突 破。 她做的三个假设极大缩小了研究范围： 首先依据实验室的研究成果，假设受体在形 态上和功能上的特性. 其次，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 质家族群入手研究 另外，她主张锁定只对嗅觉细胞中出现的基 因进行研究。 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。
2.1 嗅觉受体-GPCR 2.2 异三聚体G-蛋白
2.3 cAMP
2.1 嗅觉受体属于G蛋白偶联受体 (G protein-coupled receptors,GPCR)
2.2 异三聚体 G-蛋白
组成: 一般由三个亚基组成, 分别叫、 、, 其中、两亚 基通常紧密结合在一起, 只有在蛋白变性时才分开
在人类诸种感觉中，嗅觉产生机理一直 是最难解开的谜团之一。人能够分辨 和记忆约 1 万种不同的气味，但人具 有这种能力的基本原理是什么？
Axel和Buck的寻找
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。为什么？
基因是组成我们身体的蛋白 质的“图纸”。通常一个基 因负责表达一种蛋白质。
wk.baidu.com
1000个嗅觉基因的发现
研究小组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，采用当时最新的分 子生物学研究成果———多聚酶链式反应 （PCR）的方法分离出了嗅觉基因。 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 ？%。这也就是他和琳达· 巴克 在1991年的《细胞》杂志上发表的论文。
感知器官
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：请举例？ 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。请举例
第二章、嗅觉受体和气味传递系统
琳达· 巴克和她的导师理查德· 阿克塞尔一直在努力找 出人类嗅觉和味觉的秘密，而且已经在这方面工 作了14年。 琳达· 巴克说：“首先要找出哺乳动物如何分辨这么 多气味，其次是神经系统如何把这么多不同的化 学结构转换成不同的感觉和行为。” 1 人类对气味问题思索的历史 2 嗅觉受体的发现和激发过程 3 嗅觉系统的最终破译 4 嗅觉系统原理的应用
1 人类对气味问题思索的历史
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
Richard Axel
理查德· 阿克塞尔 1946年7月2日生于美国纽约。 1967年，在美国哥伦比亚大学获得学士 学位后，又在美国约翰霍普金斯大学 医学院获得硕士学位和医学博士学位. 1978年任美国哥伦比亚大学教授. 1983年成为美国国家科学院成员. 1984年在哈佛大学医学研究所任研究员 很久以来，理查德就被认为是一个天才。 他当上教授时仅27岁，37岁就被选为 美国科学院院士。
Figure 15-31 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
G蛋白的活化
1 信号分子 - GPCR 2 Gs -GTP 3 Gs -腺苷酸环化酶 Adenylyl cyclase(AC) 4 cAMP
• 两位科学家的研究揭示，有气味的物质会 首先与气味受体结合，这些气味受体位于 鼻上皮的气味受体细胞中。气味受体被气 味分子激活后，气味受体细胞就会产生电 信号，这些信号随后被传输到大脑的嗅球 的微小区域中，并进而传至大脑其他区域， 结合成特定模式。 • 分析基因后发现他们都是编码的一种GPCR
2 嗅觉受体的发现和激发过程
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。
实验室的主要研究内容是感觉信息在大 脑中的表现。并为嗅觉信息绘制图表。
Linda B Buck
琳达· 巴克：1947年1月29日生于美国西雅图， 1974年在华盛顿大学获学士学位 1980年在得克萨斯大学西南医学中心取得免 疫学博士学位。并在哥伦比亚大学完成博 士后的研究。 1984年～1992年在哈佛大学医学研究所任研 究员 2002年开始任哈钦森癌症研究中心研究员， 华盛顿大学生理学和生物物理学教授 2003年起成为美国国家科学院成员。 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。 实验室主要研究气味和信息素怎样被鼻子首 先发觉，然后再被大脑转化成不同的感觉 和行为。除此以外，琳达· 巴克和同事们还 致力于引起衰老和决定寿命长短机能的研 究。
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理查德· 阿克塞 尔（Richard Axel）和琳达· 巴克（Linda B. Buck），以表彰他们在研究人类嗅觉方面的贡献。 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。
阿克塞尔和他的学生巴克在实验室
不同寻常的假设
巴克首先取得了“非常巧妙的”新突 破。 她做的三个假设极大缩小了研究范围： 首先依据实验室的研究成果，假设受体在形 态上和功能上的特性. 其次，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 质家族群入手研究 另外，她主张锁定只对嗅觉细胞中出现的基 因进行研究。 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。
2.1 嗅觉受体-GPCR 2.2 异三聚体G-蛋白
2.3 cAMP
2.1 嗅觉受体属于G蛋白偶联受体 (G protein-coupled receptors,GPCR)
2.2 异三聚体 G-蛋白
组成: 一般由三个亚基组成, 分别叫、 、, 其中、两亚 基通常紧密结合在一起, 只有在蛋白变性时才分开
在人类诸种感觉中，嗅觉产生机理一直 是最难解开的谜团之一。人能够分辨 和记忆约 1 万种不同的气味，但人具 有这种能力的基本原理是什么？
Axel和Buck的寻找
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。为什么？
基因是组成我们身体的蛋白 质的“图纸”。通常一个基 因负责表达一种蛋白质。
wk.baidu.com
1000个嗅觉基因的发现
研究小组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，采用当时最新的分 子生物学研究成果———多聚酶链式反应 （PCR）的方法分离出了嗅觉基因。 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 ？%。这也就是他和琳达· 巴克 在1991年的《细胞》杂志上发表的论文。
感知器官
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：请举例？ 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。请举例
第二章、嗅觉受体和气味传递系统
琳达· 巴克和她的导师理查德· 阿克塞尔一直在努力找 出人类嗅觉和味觉的秘密，而且已经在这方面工 作了14年。 琳达· 巴克说：“首先要找出哺乳动物如何分辨这么 多气味，其次是神经系统如何把这么多不同的化 学结构转换成不同的感觉和行为。” 1 人类对气味问题思索的历史 2 嗅觉受体的发现和激发过程 3 嗅觉系统的最终破译 4 嗅觉系统原理的应用
1 人类对气味问题思索的历史
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
Richard Axel
理查德· 阿克塞尔 1946年7月2日生于美国纽约。 1967年，在美国哥伦比亚大学获得学士 学位后，又在美国约翰霍普金斯大学 医学院获得硕士学位和医学博士学位. 1978年任美国哥伦比亚大学教授. 1983年成为美国国家科学院成员. 1984年在哈佛大学医学研究所任研究员 很久以来，理查德就被认为是一个天才。 他当上教授时仅27岁，37岁就被选为 美国科学院院士。
Figure 15-31 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
G蛋白的活化
1 信号分子 - GPCR 2 Gs -GTP 3 Gs -腺苷酸环化酶 Adenylyl cyclase(AC) 4 cAMP
• 两位科学家的研究揭示，有气味的物质会 首先与气味受体结合，这些气味受体位于 鼻上皮的气味受体细胞中。气味受体被气 味分子激活后，气味受体细胞就会产生电 信号，这些信号随后被传输到大脑的嗅球 的微小区域中，并进而传至大脑其他区域， 结合成特定模式。 • 分析基因后发现他们都是编码的一种GPCR
2 嗅觉受体的发现和激发过程
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。
实验室的主要研究内容是感觉信息在大 脑中的表现。并为嗅觉信息绘制图表。
Linda B Buck
琳达· 巴克：1947年1月29日生于美国西雅图， 1974年在华盛顿大学获学士学位 1980年在得克萨斯大学西南医学中心取得免 疫学博士学位。并在哥伦比亚大学完成博 士后的研究。 1984年～1992年在哈佛大学医学研究所任研 究员 2002年开始任哈钦森癌症研究中心研究员， 华盛顿大学生理学和生物物理学教授 2003年起成为美国国家科学院成员。 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。 实验室主要研究气味和信息素怎样被鼻子首 先发觉，然后再被大脑转化成不同的感觉 和行为。除此以外，琳达· 巴克和同事们还 致力于引起衰老和决定寿命长短机能的研 究。