Что такое одоранты: Одоризация газа — Что такое Одоризация газа ?

Одоризация газа — Что такое Одоризация газа ?

Этилмеркаптан С2Н5SН — наиболее распространенный одорант, бесцветная прозрачная жидкость

Одоризация — это придание природному газу специфического запаха с помощью специальных компонентов для своевременного обнаружения возможных утечек.

Природный газ не имеет цвета и запаха, что затрудняет обнаружение его утечек.

Добавление резкого и неприятного, предупреждающего запаха в природный газ упрощает обнаружение утечек.

Резкий запах должен ощущаться носом человека уже при небольшой объемной концентрации добавленного вещества, начиная с уровня от 20% нижнего порога образования взрывоопасной концентрации. 

Одоризация не изменяет физико-химические свойства природного газа.
Для этой цели используются одоранты — вещества:

• физиологически безвредные, 
• неагрессивные по отношению к металлам и материалам газовых сетей и приборов, 
• инертные к составным частям природного газа.  

Наиболее известны одоранты сернистых соединений:

• этилмеркаптан С₂Н₅SН — наиболее распространенный одорант, бесцветная прозрачная жидкость;
• метилмеркаптан; 
• пропилмеркаптан; 
• каптан; 
• сульфан. 

Типы одорантов

Тетрагидротиофен (THT) —  циклический сульфид.

Один из самых стойких к окислению от трубопроводов одорантов.

Имеет среднюю интенсивность запаха.

Формула: C₄H₈S

Молекулярная масса: 88.172

Регистрационный номер химсоединения по классификации CAS: 110-01-0

Относительная плотность: 1.000

Точка кипения: 115 — 124 °C

Точка замерзания: -96°C

Температура вспышки: -7 °C

Содержание серы: 36.37 (вес %)

Димитилсульфид (DMS) — характеризуется хорошей устойчивостью к окислению.
Запах схож с запахом чеснока. 
Обычно используется, как примесь к тетрагидротиофену.
Формула: C₂H₆S
Молекулярная масса: 62.135
Регистрационный номер химсоединения по классификации CAS 75-18-3
Относительная плотность 0.8
Точка кипения 37 °C
Точка замерзания -98°C
Температура вспышки -38 °C
Содержание серы 51.61 (вес %)

Этилмеркаптан (EM) — классический одорант, применяемый на территории РФ.

Норма одоризации газа составляет 16 г/1000м³

Формула C₂H₆S

Молекулярная масса 62.135

Регистрационный номер химсоединения по классификации CAS 75-08-1

Относительная плотность 0.839

Точка кипения 34 — 37 °C 31

Точка замерзания -148 -121°C

Температура вспышки -48 °C

Содержание серы 51. 61 (вес %)

Метилакрилат (MA) и Этилакрилат (EA) — не серосодержащие одоранты, экологически чистые, но более дорогие.

Формула C₄H₆O и C₅H₈O₂

Молекулярная масса 86.0892 и 100.1158

Регистрационный номер химсоединения по классификации CAS 96-33-3 и 140-88-5

Относительная плотность 0.9535 – 0.9574 0.9

Точка кипения 78 — 81 °C и 99 — 100 °C

Точка замерзания -75°C и -72°C

Температура вспышки -3 °C и 8.3 °C

Содержание серы (вес %) 32

Смеси одорантов

Делятся на 4 основные категории:
меркаптановые смеси; 
Меркаптан / алкилсульфидные смеси; 
Тетрагидротиофен / меркаптановые смеси; 
Смеси акрилатов (без серы). 
Смешивание одорантов  позволяет достичь или улучшить определенные свойства одоранта.

Одоранты, применяемые в России

этилмеркаптан. Из-за химической нестабильности окисляется в газопроводах с образованием дисульфида, который имеет меньшую интенсивность запаха;

смесь природных меркаптанов (СПМ), используемая с 1984 г, на большинстве газораспределительных станциях России. Производится в Оренбурге по ТУ 51-31323949- 94-2002.. Состав смеси: Этилмеркаптан
Физико-химические свойства, которыми должны обладать одоранты:

• химическая стабильность, отсутствие реакции с газовыми компонентами; 
• высокое давление конденсации пара; 
• не должен оказывать коррозионного воздействия на технологическое оборудование в применяемых концентрациях; 
• стойкость и резкость запаха выше тяжелых гомологов метана; 
• не должен содержать воду, не должен окислять стенки газопроводов.
• Одоризацию проводят на газораспределительных станциях (ГРС) непосредственно перед подачей газа потребителям.

Одоризация — важная операция технологического процесса на ГРС, поскольку может предупредить утечку и связанные с ней аварийные ситуации.  

Специальные Блоки одоризации (БО) на ГРС обеспечивают подачу одоранта пропорционально расходу газа по установленным нормам.

Норма добавления реагента в природный газ: 16 г/1000 м³ (при температуре 0°С и давлении 760 мм.рт.ст.).

Годовое потребление одорантов — тысячи тонн.

Блоки одоризации на ГРС работают в ручном и автоматическом режимах.

Основные  типы БО на ГРС:

• капельные БО, где реагент подается в газопровод в виде капель или тонкой струи;
• барботажные БО, которые работают по принципу насыщения отведенного потока газа парами одоранта в барботажной камере и затем смешения его с основным потоком в газопроводе.

Хранение одорантов:

• на складах — в контейнерах заводского изготовления на открытых площадках;
• непосредственно на ГРС — в подземных или надземных металлических емкостях, связанных технологическими линиями с БО.

История

Впервые одоризацию газа, применив этилмеркаптан, для определения утечек в гидравлическом контуре использовал Фон Квальо в Германии в 1880

^х гг.
Широкое внедрение техпроцесса одоризации началось в 1930^х гг. в Англии, когда после крупной аварии, произошедшей из-за утечки газа было разрушенное здание и погибло 319 человек. В результате этого несчастного случая, после Англии, проводить одоризацию газа начали в Канаде и США.
Ныне одоризация горючих газов применяется во всем мире.

что такое в Большой советской энциклопедии

Смотреть что такое ОДОРАНТ в других словарях:

ОДОРАНТ

(от лат. odor — запах)        вещество, добавляемое в газ для придания ему характерного, главным образом предупреждающего, запаха. О. должен быть физио… смотреть

ОДОРАНТ

одорант
сущ., кол-во синонимов: 8
• диметилсульфид (1)
• диэтилсульфид (1)
• добавка (40)
• калодорант (1)
• одоратор (2)
• одоризатор (2)
• тиол (3)
• этилмеркаптан (2)
Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013.
.
Синонимы:
диметилсульфид, диэтилсульфид, добавка, калодорант, одоратор, одоризатор, тиол, этилмеркаптан. .. смотреть

ОДОРАНТ

        (от лат. odor — запах * a. odorant; н. Odorierungsmittel; ф. odorant; и. odorante) — вещество, добавляемое в газ для придания ему специфическог… смотреть

ОДОРАНТ

(от лат. odor — запах * a. odorant; н. Odorierungsmittel; ф. odorant; и. odorante) — вещество, добавляемое в газ для придания ему специфического запаха, гл. обр. предупреждающего. O. и продукты его сгорания должны быть физиологически безвредными, летучими (низкая темп-pa кипения и высокое давление насыщенных паров), неагрессивными по отношению к материалам газопровода и оборудования газовых сетей; кроме того, O. не должен поглощаться водой и углеводородным конденсатом, сорбироваться грунтом и предметами, находящимися в помещении.
B качестве O. используют меркаптаны (этилмеркаптан, метилмеркаптан, пропилмер- каптан, изопропилмеркаптан и др.) и сульфиды (диэтилсульфид, диметилсульфид, диметил- дисульфид и др.). B CCCP для одоризации углеводородных газов применяют этилмеркаптан (C2H5SH), имеющий резкий неприятный запах.
Кол-во вводимого в газ O. зависит от ниж. концентрационного предела взрываемости одорируемого газа, климатич. условий (c увеличением темп-ры запах усиливается, поэтому концентрация O. в газе летом должна быть в 2-3 раза ниже, чем зимой) и др. Концентрация паров O. должна быть достаточной для восприятия человеком c нормальным обонянием (при этом объёмная концентрация газа не должна превышать 1/5 величины ниж. концентрационного предела взрываемости его в воздухе). Расход этилмеркаптана составляет 16-20 г на 1000 м3 газа (для обнаружения мест утечек при испытании газопровода концентрацию его увеличивают в 3-5 раз).
Одоризация газа осуществляется на головных сооружениях газопроводов, a в случае снижения концентрации O. в газе при транспортировке дополнительно на газораспределит. станциях.
B. M. Михайлов…. смотреть

ОДОРАНТ

— вещество, добавляемое в газ или воздух для придания ему характерного запаха. Ввод одоранта в поток газа осуществляется на одоризационных установках и способствует установлению его утечек. <br>Количество вводимого в газ одоранта должно быть таким, чтобы концентрация его паров в газе была достаточной для восприятия человеком с нормальным обонянием, при этом объемная концентрация газа не должна превышать 1/5 величины нижнего концентрационного предела взрываемости его в воздухе. Практически эта величина составляет 10–30 г на 1000 куб. м газа и зависит от качества газа, его давления, температуры, состояния газопровода, его протяженности, линейной скорости потока газа и пр.<br><b>Синонимы</b>: <div>
диметилсульфид, диэтилсульфид, добавка, калодорант, одоратор, одоризатор, тиол, этилмеркаптан
</div><br><br>… смотреть

ОДОРАНТ

1) Орфографическая запись слова: одорант2) Ударение в слове: одор`ант3) Деление слова на слоги (перенос слова): одорант4) Фонетическая транскрипция сло… смотреть

ОДОРАНТ

корень — ОДОР; суффикс — АНТ; нулевое окончание;Основа слова: ОДОРАНТВычисленный способ образования слова: Суффиксальный∩ — ОДОР; ∧ — АНТ; ⏰Слово Одора. .. смотреть

ОДОРАНТ

ОДОРАНТ (от лат . odor — запах), вещество, добавляемое в газ или воздух для придания ему характерного запаха. Одорант, как правило, серосодержащее соединение. По составу одоранты классифицируют на меркаптанные (этилмеркаптан, калодорант и др.) и сульфидные (диэтилсульфид, диметилсульфид и др.). Одоризация бытового газа способствует установлению его утечек.<br><br><br>… смотреть

ОДОРАНТ

ОДОРАНТ (от лат. odor — запах) — вещество, добавляемое в газ или воздух для придания ему характерного запаха. Одорант, как правило, серосодержащее соединение. По составу одоранты классифицируют на меркаптанные (этилмеркаптан, калодорант и др.) и сульфидные (диэтилсульфид, диметилсульфид и др.). Одоризация бытового газа способствует установлению его утечек.<br>… смотреть

ОДОРАНТ

— (от лат. odor — запах) — вещество, добавляемое в газ или воздухдля придания ему характерного запаха. Одорант, как правило, серосодержащеесоединение. По составу одоранты классифицируют на меркаптанные(этилмеркаптан, калодорант и др.) и сульфидные (диэтилсульфид,диметилсульфид и др.). Одоризация бытового газа способствует установлениюего утечек…. смотреть

ОДОРАНТ

Рондо Рон Род Рао Рант Рано Ранд Радон Отрадно Отар Орт Орнат Орн Орда Оон Одр Одорант Одон Ода Оао Нтр Нто Нота Рот Рота Норд Нора Натр Ротон Ротонда Нато Народ Нард Дрот Таро Дронт Дот Дорн Тодор Дон Дар Дан Арт Арон Аон Ант Анод Адрон Трон Аоот Арно Дант Торон Торнадо Дно Донат Донатор Тор Донор Тоо Тонар Дора Тон… смотреть

ОДОРАНТ

-а, м.
Вещество, добавляемое в газ для придания ему характерного запаха.Синонимы:
диметилсульфид, диэтилсульфид, добавка, калодорант, одоратор, одори… смотреть

ОДОРАНТ

ОДОРА́НТ, у, ч., хім.Пахуча речовина, що її використовують для одоризації.

ОДОРАНТ

одора́нтСинонимы:
диметилсульфид, диэтилсульфид, добавка, калодорант, одоратор, одоризатор, тиол, этилмеркаптан

ОДОРАНТ

Ударение в слове: одор`антУдарение падает на букву: аБезударные гласные в слове: одор`ант

ОДОРАНТ

одор’ант, -аСинонимы:
диметилсульфид, диэтилсульфид, добавка, калодорант, одоратор, одоризатор, тиол, этилмеркаптан

ОДОРАНТ

[化] 乙硫醇加味剂加嗅剂Синонимы:
диметилсульфид, диэтилсульфид, добавка, калодорант, одоратор, одоризатор, тиол, этилмеркаптан

ОДОРАНТ

-а, ч. Речовина, що додається до газу або повітря для надання їм характерного запаху.

ОДОРАНТ

odorantСинонимы:
диметилсульфид, диэтилсульфид, добавка, калодорант, одоратор, одоризатор, тиол, этилмеркаптан

ОДОРАНТ

вещество, добавляемое в газ для придания ему характерного, гл. обр. предупреждающего запаха, что позволяет обнаружить утечки газа до образования взрывоопасной или вредной концентрации…. смотреть

ОДОРАНТ

odorantСинонимы: диметилсульфид, диэтилсульфид, добавка, калодорант, одоратор, одоризатор, тиол, этилмеркаптан

ОДОРАНТ

м.
sostanza odorante
Итальяно-русский словарь.2003.
Синонимы:
диметилсульфид, диэтилсульфид, добавка, калодорант, одоратор, одоризатор, тиол, этилмеркаптан… смотреть

ОДОРАНТ

-а, ч. Речовина, що додається до газу або повітря для надання їм характерного запаху.

ОДОРАНТ

Начальная форма — Одорант, винительный падеж, единственное число, мужской род, неодушевленное

ОДОРАНТ (ОТ ЛАТ .

ODOR ЗАПАХ)

ОДОРАНТ (от лат . odor — запах), вещество, добавляемое в газ или воздух для придания ему характерного запаха. Одорант, как правило, серосодержащее соединение. По составу одоранты классифицируют на меркаптанные (этилмеркаптан, калодорант и др.) и сульфидные (диэтилсульфид, диметилсульфид и др.). Одоризация бытового газа способствует установлению его утечек…. смотреть

ОДОРАНТ (ОТ ЛАТ. ODOR ЗАПАХ)

ОДОРАНТ (от лат. odor — запах), вещество, добавляемое в газ или воздух для придания ему характерного запаха. Одорант, как правило, серосодержащее соединение. По составу одоранты классифицируют на меркаптанные (этилмеркаптан, калодорант и др.) и сульфидные (диэтилсульфид, диметилсульфид и др.). Одоризация бытового газа способствует установлению его утечек…. смотреть

Что такое сжиженный газ? — Утечки газа

Основным компонентом сжиженного газа является пропан. Как и метан, пропан является бесцветным газом без запаха, чрезвычайно огнеопасным и взрывоопасным. Пропан взрывоопасен, когда 2-11% пространства заполнено газом. К взрыву может привести искра, даже вызванная статическим электричеством. Непосредственной токсичностью пропан не обладает, но когда он в большом количестве попадает в воздух, то может вызвать удушье в связи с уменьшением содержания кислорода. При вдыхании он может вызывать сонливость, тошноту, плохое самочувствие, головную боль и слабость.

Пропан тяжелее воздуха, и поэтому при утечке газ стремится в низкие места — на пол комнаты, в углубления, подвалы, канализационные колодцы и т. д. Поэтому в случае утечки опасны, главным образом, расположенные ниже квартиры, подвалы.

Для того чтобы человек мог понять, что имеет место утечка газа, к используемым в быту газам добавляют небольшое количество пахучих веществ. Пахучие вещества придают газу характерный запах. Если газ утекает из подземного газопровода и поднимается на поверхность сквозь землю, то одоранты фильтруются и характерный запах теряется, поэтому обнаружить содержание газа в воздухе можно только при помощи газоанализатора.

Для взрыва газа характерно то, что в момент взрыва гаснет также и огонь, вызвавший взрыв. Это означает, что обычно после взрыва газа не возникает пожара. Это происходит по двум причинам: во-первых, взрыв происходит за очень короткое время. Другие предметы в помещении за это время не успевают загореться, а воспламенившийся газ сразу же гаснет сам. Во-вторых, взрыв в помещении создает настолько высокое давление, что оно гасит пламя. Возникающее давление достаточно велико, чтобы разрушить самые слабые конструкции, и газы вырываются наружу.

Чтобы уменьшить воздействие взрыва, двери, окна и люки в газовых сооружениях устанавливают таким образом, чтобы они открывались наружу и, таким образом, выпускали взрывные газы. Кроме того, перекрытия выполняют ​​из легких панелей и увеличивают размеры застекленных поверхностей. Если те же условия выполняются и в других помещениях или зданиях, где используется газ, то разрушения, вызванные взрывом, будут небольшими. Если в помещении происходит утечка газа, но нет контакта с источником воспламенения, то в какой-то момент образуется насыщенная смесь (слишком много газа и слишком мало кислорода), которая уже не огнеопасна.

Одоризация

Необходимым условием безопасности использования горючего газа в быту является появление запаха при утечке газа в помещение. Поэтому для своевременного обнаружения утечки газ одорируют добавкой сильнопахнущего вещества. Интенсивность запаха одорированного газа должна быть такой, чтоб его присутствие в помещении обнаруживалось при концентрации, не превышающей 20% от нижнего предела взрываемости этого газа и климатических условий (с увеличением температуры запах усиливается, поэтому концентрация одоранта в газе летом должна быть в 2-3 раза ниже, чем зимой) и др.

ОДОРАНТ — вещество, добавляемое в газ для придания ему специфического запаха, главным образом предупреждающего. Одоранты и продукты его сгорания должны быть физиологически безвредными, летучими (низкая температура кипения и высокое давление насыщенных паров), неагрессивными по отношению к материалам газопровода и оборудования газовых сетей; кроме того, одорант не должен поглощаться водой и углеводородным конденсатом, сорбироваться грунтом и предметами, находящимися в помещении. В качестве одоранта используют меркаптаны (этилмеркаптан, метилмеркаптан, пропилмер-каптан, изопропилмеркаптан и др.) и сульфиды (диэтилсульфид, диметилсульфид, диметил-дисульфид и др.). Расход этилмеркаптана составляет 16-20 г на 1000 м3 газа (для обнаружения мест утечек при испытании газопровода концентрацию его увеличивают в 3-5 раз). Одоризация газа осуществляется на головных сооружениях газопроводов, а в случае снижения концентрации одоранта в газе при транспортировке дополнительно на газораспределительных станциях.

Завод дозировочной техники «Ареопаг» предлагает блоки одоризации как небольшие блоки для дозирования в установках биогаза, так и на крупные системные блоки для узловых газораспределительных станций.

Установки одоризации зарекомендовали себя как простое и надежное оборудование, применение которого все активнее распространяется и на новые направления перереработки газа, такие как одоризация сжиженных газов LPG и CNG, а также при подаче природного сжиженного газа в распределительную газотранспортную сеть.

Блоки одорирования Ареопаг за счет внедрения современных средств автоматизации дают возможность не только непрерывно контролировать расход одорируемого газа, количество вводимого в поток одоранта, но и, сопоставляя фактические данные с расчетными величинами, периодически вносить необходимую корректировку в цикличность работы дозирующего насоса. Такой алгоритм позволяет обеспечивать высокую точность одорирования — около 2% (действующими нормативами допускается ±5%), не переусложняя конструкцию дозирующего устройства: любая реальная погрешность дозировки будет учтена и, при выходе за пределы заданной нормы, своевременно скорректирована. Благодаря блочной конструкции, модуль всегда можно дооснастить или изменить его технические параметры.

 Мы изготовим установку одоризации в соответствии с требованиями Вашего технического задания, предоставив комплексное решение.

Благодаря блочной конструкции, модуль всегда можно дооснастить или изменить его технические параметры.

Одоризация.

Обзор основных преимуществ.

Надежно

Безотказная работа обеспечивается применением только испытанных и проверенных временем образцов оборудования и приборов КИПиА. Контроллер управления совместим со всеми известными системами объемного измерения и подходит для использования во взрывоопасной зоне.

Экономично

Установки одоризации производства Завода дозировочной техники «Ареопаг» безотказно работают со всеми известными одорантами.

Многофункционально

Установки одоризации Ареопаг применяются на различных технологических процессах — это одоризация природного газа, сжиженного газа, а также при работе с био- или техническими газами.

Изготовлено по заказу

Каждый запрос по подбору технического решения обрабатывается индивидуально. Мы производим оборудование подзаказ с использованием стандартных блочно- модульных компонентов или специальных комплектующих по желанию заказчика. При этом все комплектующие должны быть совместимы и гарантировать оптимальную работоспособность.

Абсолютная герметичность

Дозировочные мембранные насосы не имеют динамических уплотнений и их конструктивной особенностью является наличие
герметичной рабочей камеры, исключающей любые утечки наружу, а также загрязнение перекачиваемой жидкости.
Таким образом гарантируется точное, надежное и безопасное дозирование одоранта.

Сервисное обслуживание

Доступность наших специалистов позволяет нашим заказчикам получать быстрое и квалифицированное послепродажное сервисное обслуживание.

Принцип работы блоков одоризации ЗДТ «Ареопаг»

Одоризация различных газов

Индивидуальный подход в зависимости от применения. Ареопаг предлагает как стандартное исполнение блоков одоризации,
так и специальное изготовление в соответствии с техническим заданием заказчика для различных газов и газовых смесей:

• Природный газ (метан)
• Сжиженный газ (LPG, пропан, бутан)
• Биогаз, технические газы и смеси
• Кислород, азот и т. д. 

Применение блоков одоризации газа ЗДТ «Ареопаг»

Одоризация — процесс придания природному газу в газопроводе характерного предупреждающего запаха для повышения безопасности его применения и обнаружения утечек.
Является обязательной технологической операцией при подготовке природного газа и осуществляется, как правило, путём подачи в газ жидких одорантов.

Блоки одоризации газа производства завода «Ареопаг» применяются на:

• Газораспределительных станциях (ГРС) с низким давлением.
• На станциях регулирования давления газа.
• Пунктах кустовой одоризации.
• На ветках высокорасходных (от 10 до 85 млн. нм3 в сутки)магистральных газопроводов (МГП).

Насосы и блоки одоризации газа ЗДТ «Ареопаг» применяют при:

• Одорировании сжиженного газа в транспортной системе, на заправочных станциях.
• Одорировании биогаза на биогазовых установках.
• Одорировании СПГ в терминалах импорта / экспорта до распределения.
• Орошении СПГ на заправочных станциях.
• Одорировании кислорода и технических газов.

По специальному запросу заказчика

Индивидуальное исполнение

 Установки одоризации ЗДТ «Ареопаг», изготовленные по специальным требованиям заказчика, производятся и поставляются «под ключ». Все узлы подобраны таким образом, что надежная и бесперебойная работа оборудования гарантирована.

Ареопаг проектирует, изготавливает и поставляет оборудование по любым запросам в области одоризации.
При этом особое значение придается выбору самого оптимального технического и экономического решения с учетом специальных требований заказчика, норм и предписаний, а также особых условий эксплуатации.

Значение имеет любая детальная информация — применяя новейшие технологии, Ареопаг разработает для Вас современное оборудование, которое будет соответствовать всем параметрам запроса и обеспечит необходимую функциональность.

Качество комплектующих узлов и деталей имеет для завода Ареопаг большое значение. Мы применяем систему контроля за качеством на всех этапах производства.

Комплектующие:

• Емкость, работающая под давлением.
• Массовый расходомер.
• Детектор утечек.
• Стальной шкаф (с обогревом и изоляцией).
• Покраска для агрессивной (морской) среды (для насоса и шкафа).
• Детектор кислорода.
• Возможность интеграции в существующую технологическую систему.
• Освещение для шкафа.
• Датчики давления и температуры.

Стандартное применение

Блочно-модульное исполнение

Наряду с производством установок одоризации по специальным требованиям заказчика Завод дозировочной техники «Ареопаг» предлагает также и стандартное исполнение, в состав которого входят наиболее часто используемые узлы.

Данное исполнение позволяет снизить стоимость оборудования и существенно сократить срок поставки. Специальные
требования могут быть учтены и в этом случае.

Установка одоризации со стационарной емкостью

 Стандартное решение для специальных случаев:

• Одоризация кислорода, азота и горючих газов.
  Компактный дизайн с размещением насосов, приборов КиП и электрокомпонентов на одной раме.
• Для размещения в стальном шкафу с запирающимися дверками.

 Модульно-блочное исполнение со стационарной емкостью:

• Стандартные емкости 60 л, 120 л, 240 л, 450 л, 1000 л.
• Заправка емкостей по месту из одноразовых емкостей, передвижного контейнера или от одорантовоза.
• Емкости во взрывозащищенном исполнении.
• Опционально предлагается создание газовой подушки в емкости.

Установка одоризации со сменной емкостью

Стандартное исполнение со сменной емкостью 0D7 / 0D8:

• Нормированная бочка объемом 25 л, 50 л, 100 ли 200 л.
• Централизированная заправка бочек поставщиком одоранта.
• Смена бочек без остановки работы.
• Ниппельное соединение или быстросъемный шланг на выбор.
• Поддон как опция.

Для монтажа на стену, на поддон или на раму.

A Free-breathing fMRI Method to Study Human Olfactory Function

Экспериментальные процедуры следует тщательно рассмотреть и правильно выполнить для сбора надежных данных об активации обонятельной системы. Критические этапы в протоколе включают в себя реализацию парадигмы, вызванной дыханием, для синхронизации доставки запаха с получением изображения, подготовки правильных концентраций одорантов для контроля психофизических реакций, настройки ольфактометра с надежным стабильным сигналом дыхания и постоянным потоком воздуха и последующего дыхания И временные данные администрирования запаха с использованием ONSET для ретроспективной корректировки векторов начала запаха. Смешивающие переменные, такие как привыкание, психофизический отклик и образцы дыхания, необходимо учитывать при разработке парадигмы и анализе данных. Когда субъект подвергается воздействию длительного запаха, активация первичной обонятельной коры уменьшается в течение нескольких секунд после воздействия, что делает необходимым использование связанной с событиями парадигмы с последовательностью кратких введенийОдорантов. Обнюхивание также следует тщательно контролировать, так как оно может вызвать активацию в пиритовой коре даже без запаха ⁸ . Самое главное, что дыхание является основной смешающей переменной, если оно не синхронизируется с введением одоранта. Мы показали, что синхронизация начала ингаляции и запаха с парадигмой, вызванной дыханием, обеспечивает более надежную активацию ¹⁵ .

Наиболее распространенная проблема с методом свободного дыхания fMRI — это плохая синхронизация между событием доставки запаха и ингаляцией, которое может быть вызвано тремя недостатками экспериментальной установки. Во-первых, и чаще всего датчик дыхания не настроен должным образом. Когда грудной пояс слишком плотный, сигнал дыхания будет плато, что приведет к плохой синхронизации. Во-вторых, время «задержки клапана» недостаточно хорошо откалибровано, что может привести к тому, что доставка запаха будет слишком ранней или слишком поздней в дыхании.НКА. В-третьих, картина дыхания субъекта не является последовательной после калибровки времени «задержки клапана». Таким образом, важно провести предварительное сканирование для субъекта, которое нормально дышит в магните, и тщательный контроль за характером дыхания во время МРТ-сканирования.

Важно учитывать интенсивность, валентность и стимуляцию тройничного нерва при выборе одорантов для исследования, поскольку эти переменные могут вызывать различные типы психофизических реакций и связанную с ними активацию fMRI. Например, слабая интенсивность может вызвать тенденцию обнюхивать, тогда как сильная интенсивность может вызвать непроизвольное дыхание или более быстрое привыкание. Показано, что интенсивность запаха коррелирует с активацией в головном мозге ²⁰ . Альтернативная парадигма состояла из четырех концентраций лаванды, представленных в увеличении интенсивности на протяжении всего эксперимента, что эффективно уменьшало привыкание ²¹ . Валентность одорыNt также активирует различные области мозга, что необходимо учитывать для интерпретации данных ²² . Например, одно исследование продемонстрировало расходящиеся временные профили через валентность ¹⁶ запаха. Кроме того, многие одоранты имеют различную степень стимуляции тройничного нерва, что следует учитывать.

Важно признать, что эта парадигма свободного дыхания не обязательно подходит для всех обонятельных исследований МРТ. Он представляет собой лишь пример особых соображений, которые важны для обонятельных исследований ФМР. Важно также отметить, что экспериментальные процедуры, показанные в этом отчете, не являются специфическими для используемого ольфактометра. Это оборудование может быть заменено любым олифактометром с аналогичными возможностями. Например, у ольфактометра должны быть возможности мониторинга дыхания, а также возможность выполнять парадигму, вызванную дыханием, с несколькими источниками запаха. AdditionaВ то время как этот эксперимент был представлен с использованием лаванды, другие одоранты могут быть замещены исследователем, хотя важно минимизировать смешающие переменные, такие как стимуляция тригеминала и концентрация одорантов.

Этот метод свободного дыхания fMRI направлен на удаление предварительной кондиции центральной обонятельной системы и уменьшение несогласованности между повторяющимися событиями стимуляции запаха. Предварительная подготовка центральной обонятельной системы может варьироваться от субъекта к субъекту, что может вызвать изменения активации в первичных обонятельных структурах. Консистенция повторяющихся событий, например стимулов запаха для инициирования активации центральной обонятельной системы, имеет решающее значение для успешного выполнения связанных с событиями протоколов fMRI. Кроме того, при использовании метода свободного дыхания во время выполнения обонятельных парадигм РМР не может быть никаких реплик или задач для испытуемых. Поскольку это требует минимальных усилий от субъекта во время функциональныхСбора данных, он может стать ценным инструментом для изучения обонятельного дефицита в некоторых популярных нейродегенеративных расстройствах и заболеваниях, например болезни Альцгеймера.

Недавние исследования использовали обонятельную МРТ для изучения очагов активации мозга при нейродегенеративных нарушениях. Ольфакторный дефицит нейродегенеративных заболеваний, особенно болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона, включает в себя трудности с обнаружением запаха, распознаванием и идентификацией ^3,23 . Однако, хотя обонятельный дефицит является отчетливым показателем на самых ранних стадиях начала заболевания, потеря обонятельной функции часто остается незамеченной или объясняется нормальным возрастным снижением ^1,23 . Поэтому важно продолжить изучение различных форм активации, связанных с обонятельной дисфункцией при таких заболеваниях, чтобы лучше диагностировать tКромка ранний. При болезни Альцгеймера закономерности активации значительно снижаются в первичной обонятельной коре, а также гиппокампе и изолинии по сравнению с здоровыми, согласованными с возрастом контролями ²⁴ . Кроме того, исследователи обнаружили, что у пациентов с болезнью Паркинсона амигдала и таламус проявляют меньшую активность, чем при здоровом контроле, тогда как более высокая активация наблюдается в таких областях, как левая нижняя лобная извилина по сравнению с контрольными ² . Дополнительные исследования демонстрируют гиперактивацию в пироформной и орбитофронтальной коре у пациентов с болезнью Паркинсона ²⁵ . Такие различные формы активации, по-видимому, выходят за рамки структурной патологии, тем самым подтверждая важность получения функциональных данных в понимании и диагностике нейродегенеративных нарушений и требующих нововведений в точности и чувствительности обонятельного fMRI.

По этой причине дальнейшая оценкаУмирает от обонятельной системы человека с помощью МРТ, может иметь потенциал для разработки биомаркера для ранней диагностики нейродегенеративных заболеваний. Фактически, исследования уже прогрессируют, включая демонстрацию чувствительности к уровням активации между нормальным старением и пациентами с болезнью Альцгеймера ^24,26 . Одно из таких исследований показало, что разрушение нейронной сети часто обнаруживается еще до того, как когнитивные дефициты проявляются в некоторых нейродегенеративных заболеваниях ²⁷ . Это еще раз подчеркивает важность обонятельного исследования МРТ как потенциального инструмента для ранней диагностики таких заболеваний. Доказательства также свидетельствуют о существовании крупномасштабных изменений обонятельной сети в болезни Альцгеймера в дополнение к изменениям, наблюдаемым в конкретных обонятельных областях, что подчеркивает важность дальнейшего изучения функциональной связности обоняния ²⁸ . SensАктивность уровней обонятельной активации в качестве биомаркера зависит от чувствительности к стимуляции запаха и экспериментальной воспроизводимости, что подчеркивает важность надежности при картировании обонятельной системы. В совокупности пример, представленный в этом документе, дает представление о способах эффективного использования обонятельной МРМТ для понимания сложностей центральной обонятельной системы и клинической значимости этого понимания.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

ОСТОРОЖНО: ГАЗЫ! | uzalo48.lipetsk

Ужасная мода пришла к детям в наше время. Дети пьют и нюхают газ из зажигалок! Причем дети, начиная с 10 лет!

С магазинных полок пропадают туалетные освежители воздуха и газ для заправки зажигалок. Подростки выбирают для самоуничтожения новые модные тренды.

«Сниффинг» — так называется процесс вдыхания газа из баллончиков для заправки зажигалок. В зажигалках – сжиженный, очищенный от примесей бутан, углеводород из ряда: метан-пропан-бутан… Смерть наступает от того же, от чего и при отравлении бытовым газом. По сути – острая кислородная недостаточность, гипоксия. «Темная жидкая кровь, обедненная кислородом; мелкие кровоизлияния под плеврой легких; очаги острой эмфиземы в легких…,» — пишут патологоанатомы.

Дети, желающие «только попробовать», вовсе не собираются умирать. Но умирают.

При вдыхании газовой смеси из пакета или непосредственно из баллона в легкие попадают капли бутана, который в тепле организма переходит в газообразное состояние и расширяется. При переходе в газ объем бутана увеличивается в 250-300 раз. Фактически капля бутана вытесняет из легких человека воздух. Несколько капель приводят к смертельному исходу. Легкие растягиваются, мелкие сосуды рвутся, кровь и плазма выходят в полость бронхов, возможно выделение пены из дыхательных путей.

Человек судорожно пытается сделать вдох широко раскрытым ртом, кожа, особенно на лице, синеет, отчетливо проступают сосуды. Человек мечется, хватаясь за горло, расцарапывает кожу. Зрачки расширяются. Непосредственного перед смертью возникают судороги, потеря сознания, непроизвольное мочеиспускание и дефекация.

Отравление газом вызывает шок у окружающих, закономерной реакцией является испуг. Поэтому  «друзья» обычно убегают, а умирающий остается в одиночестве.

Концентрация одорантов и присадок в легких при вдыхании газовой смеси оказывается гораздо выше, чем предусмотрено техническими нормами. Едкие и раздражающие одоранты вызывают бронхоспазм, возможны аллергические реакции, защитное выделение слизи в дыхательных путях, что усиливает кислородное голодание. Реакция организма на избыток одорантов похожа на приступ бронхиальной астмы. Отмечена также рефлекторная остановка дыхания при отравлении метилмеркаптаном.

Газовая смесь в организме человека достаточно инертна, в отличии от паров органических растворителей и спиртов (ацетона, толуола, пропанола и др.), в кровь и другие ткани пропан и бутан попадают действительно в малых, следовых количествах. Однако этого малого количества оказывается достаточно для развития специфического токсического действия.

Бутан повышает чувствительность миокарда к адреналину и норадреналину, а также вызывает их выброс, что провоцирует развитие аритмии. Появляется учащенное сердцебиение, ощущение «толчков» в грудной клетке (эктрасистолы).  Аритмия вызывает страх, из-за которого выброс адреналина увеличивается, соответственно, усиливаются и нарушения ритма. На фоне кислородного голодания учащенное сердцебиение быстро приводит к дефициту кислорода в сердечной мышце, у потребителей газа начинаются боли в сердце, похожие на боли у пожилых людей при инфаркте или приступе стенокардии. Пострадавший бледнеет, держится рукой за область сердца,  зрачки расширяются.  Характерны мольбы о помощи. Смерть  наступаетот инфаркта или остановки сердца.

Последствия хронического потребления газовой смеси.

По наблюдению исследователей, от газовой смеси страдают все клетки мозга, как основные (нейроны), так и поддерживающие (глиальные). Наибольшая выраженность  проблем оказалась в белом веществе  мозга (проводящие волокна).

Подобные поражения мозга приводят к снижению интеллекта, суждения и юмор становятся плоскими, характерно стереотипное повторение одних и тех же фраз, анекдотов. Больные с трудом подбирают нужные слова, речь все больше заменяется междометиями.

Человек теряет способность различать реальные и вымышленные события, теряет критику к себе и своим поступкам. Например, токсикоман может искренне хотеть «полетать», «ходить по воде», может искренне верить в то, что  «общается  с потусторонними силами и предметами».

Способность отличить главное от второстепенного падает, резко ухудшается память, понимание логических связей между поступком и его последствиями снижается. Для больного становиться  невозможно обучение и усвоение нового опыта.

Страдает координация движений,  пальцы рук потрясываются, движения становятся резкими, неточными, походка «прыгающей» или «с заплетающимися ногами», «в раскачку». Мышцы слабеют.

Эмоциональный контроль ослабевает, больные в зависимости от типа личности неадекватно вспыльчивы или слезливы, поступают без учета чувств окружающих.

Работоспособность также утрачивается, больные не могут длительно концентрировать внимание, очень быстро устают.

Энцефалопатия развивается у потребителей газовой смеси через 1-3 года после начала регулярного злоупотребления.

Интересно, что переживания при вдыхании газовой смеси отличаются фрагментарностью, бедностью, удовольствия не доставляют. Появление галлюцинаций возможно в состоянии выраженной гипоксии, так же, как и при других гипоксических увлечениях (задержке дыхания, самоудушении и др.).

При развитии энцефалопатии порог появления галлюцинаций и иллюзий снижается, обманы восприятия часто носят внушенный характер,  однако их содержание остается бедным, стереотипным и вряд ли может объяснить стремление к повторению интоксикации.

Первая помощь при отравлении.

Первая помощь заключается в максимально быстром восстановлении газообмена и эвакуации газовой смеси из легких пострадавшего.

Примерный алгоритм действий при оказании первой помощи при отравлении газом включает в себя определенную последовательность действий:

·вынесите или выведите человека из опасного помещения; удалите от дыхательных путей емкости с газом (например, пакеты).

·уложите на бок на свежем воздухе и растяните пуговицы верхней одежды;

·срочно вызовите бригаду скорой помощи;

·при отсутствии движений грудной клетки сделайте искусственное дыхание (Голову пострадавшего запрокинуть кверху, одной рукой оттянуть его нижнюю челюсть кпереди и книзу, а пальцами другой зажать нос.

Проводящему искусственное дыхание сделать максимальный вдох, наклониться к пострадавшему, прижаться плотно губами к его открытому рту и сделать максимальный выдох. В этот момент следить за тем, чтобы по мере поступления воздуха в дыхательные пути и легкие пострадавшего грудная клетка его максимально расправлялась. Выполните два интенсивных вдоха пострадавшему, а затем убедитесь, что кислород распространяется по всему телу. Для этого в течение 10 секунд наблюдайте, дышит ли пациент (или кашляет), изменяется ли цвет его кожных покровов. Если пациент подает признаки жизни, продолжайте искусственное дыхание в ритме 1 вдох на каждые 6 секунд до прибытия скорой помощи, или до тех пор, пока пострадавший  полностью не придет в себя)

·если не прощупывается пульс, то  проводится массаж сердца через грудную клетку в сочетании с искусственным дыханием (необходимо встать на колени возле пострадавшего, принять устойчивую позу. Ладони крест-накрест накладываются на место схождения ребер и грудины, локти должны быть выпрямлены. Сделайте 30 нажатий (за 15-20 секунд), после чего делается два вдоха исскуственного дыхания. Сила сжатия должна быть достаточно большой –  реберный угол с грудиной должен опускаться  примерно на 4 см. внутрь. Курс из 30 нажатий и 2 вдохов) необходимо повторять, пока пострадавший не придет в себя или до прибытия врачей).

При искусственном дыхании важно следить за тем, чтобы не вдохнуть выделяющиеся из легких пострадавшего газ.

Не оставляйте пострадавшего без присмотра до приезда врачей. Следите за отхождением рвотных масс. Если человек находится в бессознательном состоянии, то может произойти аспирация рвотных масс в дыхательные пути. Для предотвращения этого необходимо держать голову человека наклоненной вбок и чуть вперед.

Поскольку газовая смесь тяжелее воздуха, а легкие заполняются слизью, некоторые авторы рекомендуют располагать пострадавшего так, чтобы ноги были бы выше головы. Газовая смесь и слизь при этом под действием собственной тяжести «вытекают» из легких.

При оказании первой врачебной помощи необходимо максимально быстро обеспечить больного кислородом, часто это оказывается достаточным.  Симптоматически оказываются иные реанимационные мероприятия. Детоксикационная терапия мало эффективна по причине низкой растворимости и химической инертности газовой смеси, специфического антидота не существует.

 Как помочь подростку

Самое страшное, что большинство малолетних любителей «газового кайфа» даже не знают, что газ, если не с первого раза, то после, обязательно приведет на кладбище. Некоторые подростки – токсикоманы, даже понимая опасность, уже не могут остановиться.

Если вы заметили выше перечисленные симптомы у своего ребёнка, тогда вам следует поговорить с ним: зачем он это делает, не слишком ли дорогой ценой он за это расплатится, не нужна ли ему помощь, не кажется ли ему, что было бы лучше не начинать, не пытается ли он с помощью этого занятия уйти от других проблем, знает ли он, чем рискует?

На начальном периоде употребления бывает достаточно изолировать молодого человека от компании, которая подталкивает его к одурманиванию. Но если зависимость — токсикомания — уже сформировалась, необходимо стационарное лечение. Психиатр-нарколог проведет курс дезинтоксикации, назначит подростку препараты для подавления патологического влечения к веществу и нормализации его психического и физического состояния. Полезными будут и занятия с психологом: молодой человек нуждается в обучении новым способам поведения, ему необходима поддержка в поиске и выборе своего жизненного пути. Также желательно дать подростку информацию о вредных последствиях злоупотребления летучими растворителями. Можно «проиллюстрировать» рассказ показом результатов исследований интеллектуальных функций подобных больных по сравнению со здоровыми сверстниками.

Но самым действенным будет нахождение новых интересов и видов деятельности, которые помогут юноше или девушке обрести статус в среде ровесников, получить положительные эмоции и удовлетворить потребность в самореализации.

Кем станут наши дети, какими они вырастут, будут ли они нам достойной сменой или все наши мечты об их будущем превратятся в прах, — все это зависит от нас с вами. Будьте внимательней к ребёнку, больше проводите с ним времени, чтобы меньше оставалось минут на опыты над собой во вред своему здоровью!

Заведующая отделением профилактики

ГУЗ «Липецкий областной наркологический диспансер»

Наталья Владимировна Пашкевич

Переработка и утилизация этилмеркаптана, одоранта

Чтобы избежать отравления персонала в случае утечки того или иного реагента, в современной нефтехимии и фармацевтическом производстве применяются одоранты – летучие вещества с ярко выраженным ароматом, которые добавляют в небольших количествах к исходному соединению. Один из наиболее распространенных одорантов – этилмеркаптан. Правильная утилизация этилмеркаптана – необходимая мера для сохранения экологии.

Что представляет собой этилмеркаптан?

Этилмеркаптан – это легковоспламеняющееся органическое соединение, жидкость с резким гнилостным запахом, не имеющая ярко выраженного цвета. Удельная масса вещества меньше удельной массы воды. При взаимодействии с воздухом образует взрывоопасные смеси, так как плотность этилмеркаптана выше, поэтому его пары тяжелее. При температуре -147 градусов Цельсия происходит кристаллизация вещества, а при +35 градусах этилмеркаптан начинает кипеть.

Сфера применения

Этилмеркаптан достаточно широко применяется в промышленных и бытовых целях в качестве одоранта. Именно этилмеркаптан служит добавкой к природному газу, которым все мы ежедневно пользуемся в быту.

Данное химическое соединение используется также для производства снотворных препаратов.

Условия хранения и утилизация

Технология предполагает хранение вещества в вертикальных емкостях. Не допускается хранить этилмеркаптан в количестве, превышающем 1,6 тонны. Предельно допустимое содержание вещества в воздухе не должно быть больше 1 мг/м3 .

Этилмеркаптан опасен для человека. Это вещество не только взрывоопасно, но и токсично. Отравление вызывает тошноту, головокружение, судороги и поражения ЦНС, может привести к летальному исходу.

Пары этилмеркаптана осаждают с помощью воды. Далее происходит нейтрализация вещества. Этилмеркаптан нейтрализуют с использованием 10% водного раствора щелочи или других химических соединений, таких как марганцовокислый калий или гипохлорит кальция. Для утилизации одной тонны этилмеркаптана требуется около 6,5 тонн такого раствора.

В случае загрязнения почвенного покрова пораженный слой удаляется, после чего выполняется его обеззараживание.

Что будет, если не утилизировать?

Этилмеркаптан не поддается естественной нейтрализации. Если не производить утилизацию, вещество будет накапливаться, что неизбежно приведет к трагическим последствиям, учитывая высокую степень токсичности и взрывоопасности его паров.

Преимущества обращения в «УтильВторПром»

Работы по утилизации этилмеркаптана проводятся в кратчайшие сроки с соблюдением всех экологических и законодательных норм. Заключаем договор по утилизации этилмеркаптана с предприятиями всех форм собственности. Для бюджетных организаций предусмотрена отсрочка платежа по утилизации этилмеркаптана.

Утилизация этилмеркаптана осуществляется в городах: Киев, Винница, Днепр, Донецк, Житомир, Ивано-Франковск, Запорожье, Краматорск, Кривой Рог, Кропивницкий, Кременчуг, Львов, Луцк, Луганск, Мариуполь, Одесса, Николаев, Полтава, Ужгород, Ровно, Сумы, Тернополь, Харьков, Херсон, Хмельницкий, Чернигов, Черновцы, Черкассы, а также области и районные/административные центры Украины.

Стоимость утилизации этилмеркаптана напрямую зависит от его места расположения/складирования (менеджером просчитываются затраты на транспортировку) и количества (чем больше общее количество – тем дешевле стоимость).

После оказания услуг по утилизации этилмеркаптана заказчику выдаются следующие документы: акт приема-передачи отходов с датой и количеством этилмеркаптана, переданного на утилизацию, бухгалтерский акт выполненных работ/оказанных услуг по утилизации этилмеркаптана, к которому также прилагаются соответствующие разрешительные документы нашей компании: лицензии, сертификаты, свидетельства, для предприятий плательщиков НДС в электронном виде регистрируется налоговая накладная.

Заказать услугу зачистки емкостей и отстойников, утилизации этилмеркаптана, нефтешламов, нефтяных разливов и других отходов нефтегазовой отрасли, задать все интересующие вопросы можно по телефонам. Вы также можете оставить заявку на сайте, написать письмо на электронную почту [email protected].

Отзывы

• Зайцев Егор

  08 января 2021, 16:55

  
  Всех приветствую. Хочу оставить отзыв. Долго выбирали среди нескольких компаний и осановились на этой. У компании есть лицензии на утилизацию практически всех отходов. Успехов в вашем бизнесе!

  Рейтинг:




• Софронов Никита

  09 апреля 2020, 08:50

  
  Спасибо большое за опертивную работу. Долго искали подрядчика по утилизации отходов. Это реально сложная задача. Удобно и легко работать. Не стыдно рекомендовать другим.

  Рейтинг:




• Осипов Матвей

  03 февраля 2018, 11:50

  
  Нужно было очень срочно, работу выполнили оперативно. Нам посоветовали наши поставщики обратиться именно сюда по вопросам утилизации. Спасибо за оперативность. И отдельно менеджеру компании Михаилу. Все работы точно как договаривались. Хочется, чтобы все компании в Украине работали на таком высоком уровне как эта. Спасибо. Рекомендуем.

  Рейтинг:




• Смирнова Тамара

  11 марта 2016, 16:45

  
  Легко ошибиться в выборе партнера. Приняли решение работать только с этой компанией, ведь лицензия на утилизацию отходов это показатель доверия. Трудно найти компанию лучше. Утилизация отходов перестала быть проблемой. Спасибо за оперативность. Рекомендуем.

  Рейтинг:







• Гущин Арсен

  , 19:30

  
  Остались довольны сотрудничеством. До этого долго искали надежного партнера. Интересовала скорость работы и это было решающим фактором. У компании есть лицензии на утилизацию практически всех отходов. Надежная компания, за которую можно поручиться.

  Рейтинг:

Добавить отзыв

Заказать утилизацию отходов

Рейтинг
(5/5)

Odorant — Energy Education

Рисунок 1. Установка для закачки одоранта в газ. ^[1]

Одоранты — это химические добавки, которые смешиваются с природным газом в процессе одорации для придания газу искусственного запаха. Эти одоранты добавляются в качестве меры предосторожности, поскольку природный газ в чистом виде совершенно не имеет запаха. Эти химические вещества придают характерный «газовый» запах, который можно определить при концентрации всего 1%, что снижает риск того, что утечка останется незамеченной и газ скопится до опасного уровня.Как правило, этот процесс одоризации происходит перед раздачей покупателю. ^[2]

Типы одорантов

Поскольку природный газ не имеет запаха и цвета, в него добавляют одоранты, которые преднамеренно имеют отличительные и неприятные запахи, чтобы можно было обнаружить присутствие газа в воздухе. Одоранты не изменяют никаких физических или химических свойств газа, кроме добавления запаха. Одоризация природного газа осуществляется смесью синтетических химикатов, которые обычно имеют низкую молекулярную массу.

Существует две основные группы одорантов — отдушки на основе серы , включая меркаптаны и сульфиды, и отдушки без содержания серы . Второй тип отдушки был разработан совсем недавно и обладает потенциалом, поскольку выбросы двуокиси серы после сжигания газа нулевые. Одоранты должны соответствовать всем требованиям к использованию, в том числе иметь сильный запах, который можно обнаружить, пока существует утечка, они не должны выделять токсичные продукты, они должны быть химически устойчивыми и не вступать в реакцию с ржавчиной или материалом трубопровода.

Существует множество различных типов одорантов, которые можно вводить в природный газ, и все они обладают различными физическими и химическими свойствами, которые лучше подходят для определенных сред. Такие мелочи, как состав почвы, через которую проходит газораспределительный трубопровод, могут помочь определить, какой одорант лучше всего подходит для этой работы. Одоранты включают тетрагидротиофен, диметилсульфид, диэтилсульфид (который очень стабилен, но не подходит для использования в смесях одорантов), метилэтилсульфид, этилмеркаптан, пропилмеркаптан и бутилмеркаптан. Это всего лишь несколько различных типов, и, хотя они химически сложны, все они служат основной цели — придать природный газ обнаруживаемый запах. ^[3]

Безопасность природного газа

Для выявления незначительных запахов газа следует использовать фонарики, а не пламя. При расследовании этих утечек никогда не пользуйтесь спичками, свечами или электрическими выключателями. Старые приборы и водонагреватели, как правило, имеют небольшое постоянно горящее газовое пламя, известное как запальник. Если эта лампочка не горит и чувствуется запах газа, следуйте инструкциям изготовителя о том, как повторно зажечь контрольную лампочку после отключения газа с помощью запорного газового клапана прибора.Перед повторным розжигом подождите пять минут, чтобы газ рассеялся. ^[4]

Если запах газа сохраняется без видимого источника, откройте окна и двери, покиньте здание и обратитесь в соответствующие органы. ^[4]

Для дальнейшего чтения

Каталожные номера

Рецепторы запахов — обзор

Рецепторы запахов

Гены OR насекомых кодируют рецепторные белки с семью трансмембранными доменами (7-TMD), которые избирательно экспрессируются в подмножествах OSN на обонятельных придатках, таких как усики, верхнечелюстные щупики и хоботок. Описанное тремя независимыми исследовательскими группами в Drosophila в 1999 г. [78–80], это большое семейство генов, по-видимому, эволюционно отличается от OR позвоночных [81], которые представляют собой рецепторы, сопряженные с G-белком 7-TMD (GPCR), обнаруженные у обонятельные ткани большинства исследованных видов позвоночных [82–84]. По сравнению с их аналогами позвоночных, OR белки насекомых лишены типичных аминокислотных мотивов DRY и NPXXY, которые характеризуют GPCR позвоночных [80], а также принимают другую трансмембранную топологию с их N-концом, локализованным внутриклеточно, и C-концом, обнаруженным внеклеточно [85-88].Секвенирование генома и профилирование экспрессии впервые были использованы для описания 62 генов OR, присутствующих в D. melanogaster [78–80]. Последующие сравнительные геномные анализы выявили наличие этого нового семейства генов у широкого круга видов насекомых, включая комаров, как это впервые было описано Цвибелем и его коллегами в An. gambiae (79 ОР) [89–91] и Ae. aegypti (131 ОР) [92].

ОР насекомых, скорее всего, функционируют как гетеромерные управляемые лигандом ионные каналы [87, 93, 94], которые состоят из лиганд-связывающего ОР, настроенного на определенный ряд одорантов, и широко экспрессируемого и эволюционно консервативного корецептора ОР, называемого orco ( O дорант R рецептор Co -рецептор) [95–97].Большинство OSN у Drosophila коэкспрессируют orco (ранее известный как Or83b у этого вида) и один из 61 лиганд-специфических OR [98]. Этот паттерн коэкспрессии, по-видимому, сохраняется и у других насекомых, включая комаров [99–101], с вариациями количества их лиганд-связывающих OR. Направленный мутагенез orco в D. melanogaster [98] и совсем недавно в Ae. aegypti [102] показал, что этот ген необходим как для электрофизиологических, так и для поведенческих реакций на определенные одоранты. В соответствии с этой ролью биохимические данные указывают на то, что orco переносит лиганд-связывающие OR от тела клетки OSN к дендритной мембране, где orco затем функционирует как компонент гетеромерного orco /OR рецепторного комплекса [85].

В D. melanogaster электрофизиологические записи различных морфологических классов сенсилл, распределенных по антенне мухи и щупику, показывают, что OSN можно разделить на отдельные функциональные классы, каждый из которых имеет свой собственный уникальный спектр реакции на запахи [103–106]. ].Например, некоторые OSN широко реагируют на ряд одорантов, тогда как другие, по-видимому, более узко настроены на меньшую подгруппу [105]. Чтобы проанализировать молекулярную основу кодирования запаха, то есть то, как идентичность запаха кодируется комплементом обонятельных рецепторов, экспрессированных в OSN, с тех пор использовались различные методы для количественной оценки реакции OR на различные химические соединения. Один из мощных подходов для этой цели включает генетическое введение определенного OR выбора в мутантный OSN Drosophila (ab3A), у которого отсутствует его эндогенный лиганд-связывающий OR, но сохраняется orco [107].Эта гетерологичная экспрессионная система, называемая «пустым нейроном», обычно обеспечивает функциональную реконструкцию гетеромерных комплексов OR/o rco [108], даже если лиганд-связывающие OR происходят от не- Drosophild насекомых, таких как комары [109]. . Вызванные запахом ответы могут быть затем зарегистрированы от этого нейрона с использованием электрофизиологии одной сенсиллы [110–112], чтобы назначить лиганды тестируемому рецептору и построить кривую настройки для каждого OR в ответ на стимуляцию запахом.Такие кривые настройки ОШ количественно определяют как количество одорантов, которые возбуждают конкретный рецептор, так и связанную с ними чувствительность к этим соединениям.

Анализы с использованием системы пустых нейронов у Drosophila [108,113–115] выявили три важных принципа обонятельного кодирования репертуаром OR. Во-первых, в большинстве случаев отдельные одоранты активируют определенные подмножества рецепторов, что наводит на мысль о комбинаторной модели кодирования запахов. Во-вторых, индивидуальные рецепторы различаются по широте восприятия запахов.В-третьих, похоже, существует континуум в широте настройки в репертуаре операционной. Хотя некоторые обонятельные стимулы активируют многие классы OSN и связанные с ними OR, другие одоранты, такие как феромон cVA Drosophila [103, 116, 117] и микробный продукт геосмин [118], активируют специальные обонятельные цепи, известные как меченые линии, состоящие из одной OR, OSN и родственный клубочек антенной доли. Считается, что эта стратегия обработки обоняния кодирует определенные одоранты, имеющие большое поведенческое значение, включая некоторые феромоны спаривания и аверсивные стимулы.

Крупномасштабные экраны, которые проверяют чувствительность к одорантам большей части репертуара операционных из D. melanogaster и An. gambiae были выполнены с использованием системы пустых нейронов [108,119]. Как у мух, так и у комаров эти анализы показали, что лиганд-связывающие ОР обычно наиболее сильно реагируют на гетероциклы, кетоны, спирты и ароматические соединения. Интересно, что несколько An. gambiae ОР, протестированные с использованием этой системы, по-видимому, узко настроены на несколько одорантов, исходящих от человека, включая индол (летучий компонент человеческого пота), 1-октен-3-ол (компонент человеческого дыхания), 2,3-бутандион. (побочный продукт метаболизма микрофлоры кожи человека) и 2-этилфенол (обнаруживается в моче многих животных) [119].Такая узкая настройка этих OR может улучшать заметность сигналов и, следовательно, направлять обонятельные реакции комаров во время их поиска людей. Подобные крупномасштабные анализы еще предстоит провести с Ae. aegypti OR репертуара [92], и будет интересно сравнить и сопоставить профили настройки запаха OR этих двух антропофильных видов комаров.

Скрининг с использованием системы пустых нейронов также был дополнен другими гетерологичными методами экспрессии, включая экспрессию ОР насекомых в клетках Drosophila S2 [85], клеточных линиях чешуекрылых [88, 120], клетках эмбриональной почки человека (HEK293) [121]. –123], клетки HeLa [93] и ооцита Xenopus [124].Помимо улучшения нашего понимания молекулярных основ кодирования запахов у комаров и других насекомых [124–126], эти системы дали ключевое представление о биохимической стехиометрии, передаче сигналов и фармакологии ОР насекомых [85,87,88, 93,94,123,127]. Действительно, скрининг малых молекул, разработанный Цвибелем и его коллегами для поиска модуляторов функции OR [122], дал ценный класс химических соединений, которые широко модулируют активность orco у различных видов насекомых, имеющих медицинское и сельскохозяйственное значение [128]. –131].Хотя необходимы улучшения летучести этих соединений, а также анализ их влияния на обонятельное поведение насекомых, эти многообещающие выводы могут привести к новым классам репеллентов, которые активны против ряда переносчиков болезней насекомых.

Одорантные рецепторы и кодирование обоняния – неврология

Молекулы обонятельных рецепторов () гомологичны большому семейству других рецепторов, связанных с G-белком, которое включает β-адренергические рецепторы и фотопигмент родопсин.Белки-рецепторы запахов имеют семь трансмембранных гидрофобных доменов, потенциальные сайты связывания запахов во внеклеточном домене белка и способность взаимодействовать с G-белками в карбоксильно-концевой области их цитоплазматического домена. Аминокислотные последовательности этих молекул также демонстрируют существенную вариабельность, особенно в областях, которые кодируют трансмембранные домены.

Специфичность передачи обонятельного сигнала, по-видимому, является результатом этого разнообразия молекул рецепторов запаха, присутствующих в назальном эпителии.У грызунов (мыши были предпочтительным животным для таких исследований из-за их хорошо зарекомендовавшей себя генетики) гены, идентифицированные из библиотеки кДНК обонятельного эпителия, определили около 1000 различных рецепторов запаха, что делает это самое большое известное семейство генов. У человека число генов обонятельных рецепторов меньше (около 500–750). Поскольку примерно 75% этих генов не кодируют полноразмерные белки, количество функциональных рецепторов человека составляет около 100–200. Это относительно небольшое количество типов обонятельных рецепторов может отражать наше плохое обоняние по сравнению с другими видами.Тем не менее, совокупная активность этого количества рецепторов достаточно велика, чтобы объяснить количество различных запахов, которые может различать обонятельная система человека (по оценкам, около 10 000).

Информационные РНК для различных генов обонятельных рецепторов экспрессируются в подмножествах обонятельных нейронов, которые встречаются в билатерально-симметричных участках обонятельного эпителия, определяемых экспрессией рецепторов. Генетический анализ показывает, что каждый нейрон обонятельного рецептора экспрессирует только один или самое большее несколько из 1000 или около того генов рецепторов запаха.Таким образом, разные запахи активируют молекулярно и пространственно различные подмножества нейронов обонятельных рецепторов. Короче говоря, отдельные одоранты могут активировать несколько рецепторов, а отдельные рецепторы могут активироваться несколькими одорантами.

Как и другие клетки сенсорных рецепторов, нейроны обонятельных рецепторов чувствительны к ряду химических стимулов, которые определяют «кривую настройки». В зависимости от конкретных молекул обонятельных рецепторов, которые они содержат, , некоторые нейроны обонятельных рецепторов проявляют заметную избирательность к определенным химическим раздражителям, тогда как другие активируются рядом различных одорирующих молекул (, ).Кроме того, нейроны обонятельных рецепторов могут иметь разные пороги для определенного запаха. То есть рецепторные нейроны, неактивные при концентрациях, достаточных для стимуляции некоторых нейронов, активируются при воздействии более высоких концентраций одоранта. Эти характеристики позволяют предположить, почему восприятие запаха может меняться в зависимости от его концентрации (4).

Рис. 15.

7

Ответы нейронов обонятельных рецепторов на выбранные одоранты. (A) Нейрон 1 одинаково реагирует на три разных одоранта.Напротив, нейрон 2 реагирует только на один из этих одорантов. Нейрон 3 отвечает на два из трех стимулов. Ответы этих (далее…)

То, как эти обонятельные ответы передают тип и концентрацию данного одоранта, является сложной проблемой, которую вряд ли можно объяснить на уровне первичных нейронов. Тем не менее нейроны со специфическими рецепторами располагаются в определенных участках обонятельного эпителия. Эти нейроны проецируются на определенные подмножества клубочков обонятельной луковицы.Таким образом, области обонятельного эпителия и луковицы, которые стимулируются определенными одорантами, явно значимы (). Как и в других сенсорных системах, это топографическое расположение обозначается как космическое кодирование , хотя значение этой фразы в обонятельной системе гораздо менее ясно, чем, например, в зрении (где топографическая карта соотносится с визуальным пространством). Кодирование обонятельной информации также имеет временное измерение. Обнюхивание, например, представляет собой периодическое событие, вызывающее последовательности потенциалов действия и синхронную активность популяций нейронов.Информация, передаваемая синхронизацией, называется временным кодированием и встречается у различных видов (вставка B). Как, и способствует ли пространственное или временное кодирование обонятельному восприятию, только начинает выясняться.

Рисунок 15.8

Организация обонятельной луковицы млекопитающих. (A) Если посмотреть на луковицу с ее дорсальной поверхности (здесь визуализируется у живой мыши, у которой была удалена вышележащая кость), можно увидеть обонятельные клубочки. Плотное скопление дендритов (больше…)

Box B

Временное «кодирование» обонятельной информации у насекомых.

Роль обонятельных рецепторов в формировании сенсорной карты | BMC Biology

У млекопитающих сенсорные пути начинаются в периферических сенсорных нейронах, где сенсорные стимулы преобразуются в электрические сигналы. Эти электрические входы затем передаются в высшие области мозга по определенным нейронным цепям, чтобы обеспечить внутреннее представление внешнего мира. Пространственное разделение сенсорных афферентов обеспечивает топографическую карту, которая кодирует качество, интенсивность и местоположение сенсорных стимулов.Описаны два различных типа нейронных карт: непрерывные и дискретные (рис. 1) [1,2,3,4].

Рис. 1

Непрерывные и дискретные сенсорные карты. Вверх. Схематическая диаграмма непрерывной сенсорной карты в зрительной системе. Пространственное распределение сенсорной информации в области ввода сохраняется в целевой области. В этом организационном плане соседние нейроны в области ввода образуют синапсы с соседними нейронами в области-мишени. T = височная, N = носовая, A = передняя, ​​P = задняя.Нижний. Схема дискретной карты обонятельной системы. Топографическая организация целевой области отражает тип, а не пространственное распределение сенсорных входов. Обонятельные сенсорные нейроны, экспрессирующие один и тот же обонятельный рецептор (обозначены каплями одинакового цвета внизу слева), сходятся, образуя клубочки (цветные кружки) в определенных местах целевой области (внизу справа)

На непрерывных нейронных картах близлежащие нейроны на периферии проецируются на близлежащие нейроны в целевой области мозга, сохраняя таким образом пространственный паттерн.В большинстве сенсорных модальностей сенсорные нейроны в органах чувств пространственно упорядочены в соответствии с физическими характеристиками обнаруживаемого ими стимула. Это пространственное и сенсорное расположение поддерживается в высших областях мозга, что приводит к непрерывным картам нейронов. Визуальная карта считается прототипом непрерывной топографической карты, где пространственное разделение аксонов ганглиозных клеток сетчатки (RGC) в мишени отражает пространственное отношение между RGC на периферии (рис. 1, вверху) [2].

На дискретных картах нейронов пространственная организация целевой области отражает скорее дискретные особенности, чем пространственное расположение нейронов в периферических органах чувств. Топографическая организация обонятельной луковицы является типичным примером дискретной карты нейронов, где дискретный признак, на котором формируется карта, представлен типом обонятельного рецептора. При обонянии в периферическом листке, т. е. в обонятельном эпителии, сенсорные нейроны, которые экспрессируют данный обонятельный рецептор (OR) и, следовательно, сенсорную информацию, специфичную для процесса, не распределяются в соответствии с отчетливым пространственным порядком, а демонстрируют грубую топографическую организацию.Таким образом, пространственные отношения между рецепторными нейронами не могут указывать на сегрегацию сенсорных афферентов к мишени. В этом сценарии для построения топографической карты использовалась другая стратегия. Обонятельные сенсорные нейроны (OSN), экспрессирующие один и тот же OR, проецируются в определенные локусы обонятельных луковиц (гломерулы), чтобы сформировать синапсы с постсинаптическими клетками, что приводит к нейронной карте с дискретной информацией. Проекции сенсорных аксонов зависят от идентичности (то есть типа) обонятельных рецепторов, которые управляют формированием дискретной сенсорной карты (рис.1 внизу) [3, 5, 6].

В этом обзоре мы представляем обзор шагов, которые выявили идентичность ОР как дискретного признака, на котором строится обонятельная карта, и обсуждаем новые взгляды на роль аксональных ОР в топографии обонятельной луковицы (ОБ). у грызунов (крыс и мышей).

Обонятельная система

Обонятельная система (ОС) является очень древней и эволюционно высоко консервативной системой от мух до млекопитающих. Он обладает необычайной дискриминационной способностью, способной обнаруживать и различать тысячи различных запахов, присутствующих в окружающей среде, даже при очень низких концентрациях.У наземных млекопитающих, включая грызунов, пахучие молекулы (одоранты) обычно представляют собой летучие, небольшие (как правило, с молекулярной массой менее 400 Да) и преимущественно органические молекулы, растворенные в воздухе, поступающем в полость носа. Одоранты охватывают широкий спектр органических соединений, которые различаются по длине углеродной цепи, заряду, форме и функциональной группе (группам). В зависимости от функциональной группы одоранты подразделяются на различные классы, такие как альдегиды, кетоны, спирты, карбоновые кислоты, амины, сложные эфиры, тиолы и нитрилы.В водной среде молекулы пахучих веществ в основном представляют собой аминокислоты [7]. Как достигается восприятие одоранта, еще предстоит понять, хотя известно, что структура, а именно длина углеродной цепи и функциональная группа молекул одоранта, играют роль в определении восприятия. Кроме того, хорошо известно наличие индивидуальной изменчивости в обнаружении пахучих веществ, когда одна и та же органическая молекула может вызывать разные ощущения у разных людей [8,9,10,11] .

Одоранты воспринимаются OSN, расположенными в основном обонятельном эпителии (MOE), который выстилает заднюю часть носовой полости. OSN представляют собой биполярные клетки с одним апикальным дендритом и тонким немиелинизированным и неразветвленным аксоном, который проецируется непосредственно в OB, часть переднего мозга, состоящую из двух билатеральных структур над носовой полостью, где сначала обрабатывается обонятельная информация. Верхушечный дендрит OSN оканчивается набухшей шиловидной структурой, из которой несколько тонких и длинных ресничек высовываются в слизь носовой полости [12], где они подвергаются воздействию входящего воздуха и одорантов.OR экспрессируются в ресничках, где они связывают одоранты и запускают передачу хемоэлектрического сигнала.

Одорантные рецепторы

Большое семейство ОР было открыто более 30 лет назад Л. Баком и Р. Акселем (1991) в основополагающей работе, в которой они клонировали и охарактеризовали подгруппу мультигенного семейства связанных с G-белком рецепторы (GPCR), экспрессия которых была ограничена МОЕ [13] 90–163 . Последовательности OR были затем идентифицированы у различных беспозвоночных (нематоды и плодовые мушки) [14,15,16,17] и позвоночных (амфибии, ящерицы, рыбы, птицы и млекопитающие) [18,19,20,21,22 ,23].У позвоночных гены OR филогенетически классифицируются на основе гомологии их последовательностей в: класс I (морское наследие позвоночных), активируемый водорастворимыми лигандами (например, альдегидами, спиртами, аминокислотами и алифатическими кислотами) и класс II (наследие млекопитающих). связывание переносимых по воздуху (летучих) лигандов [24]. У млекопитающих репертуар OR включает около 1000 последовательностей OR, расположенных кластерами почти во всех хромосомах, что приводит к одному из самых больших семейств генов. У грызунов 20% генов OR являются псевдогенами (т.э., нефункциональные последовательности ДНК, напоминающие функциональные гены), в то время как у человека процент ОР-псевдогенов значительно выше, достигая 60% [25, 26]. Эти различия в псевдогенах OR, вероятно, отражают поведенческие и экологические различия OS среди видов.

Структура OR

OR принадлежат к большому семейству GPCR, классу рецепторов, которые опосредуют широкий спектр важных физиологических функций, таких как ответы на гормоны, нейротрансмиттеры и сенсорные стимулы (участвуя в передаче зрительных и химические раздражители) (Rosenbaum DM 2009).OR имеют несколько общих черт с GPCR, таких как кодирующая область, в которой отсутствуют интроны, и основная структура, характеризующаяся 7 трансмембранными альфа-спиральными доменами, разделенными внутриклеточными и внеклеточными петлями, с различными консервативными областями и связанными с внеклеточным N-концом и внутриклеточным. С-конец [22, 27, 28, 29]. Среди последовательностей OR диапазон гомологии варьируется от 40 до более чем 90%. Наиболее интересны области гипервариабельности, которые, вероятно, представляют собой сайты связывания одорантов.С этой целью функциональные исследования, основанные на сайт-направленном мутагенезе и моделировании докинга лиганда, по-видимому, указывают на трансмембранные (TM) домены 3, TM5, TM6 и TM7 в качестве предполагаемых областей связывания [30,31,32,33]. Сайт связывания ОР со связанным G-белком представляет собой консервативный трипептидный мотив аспартат-аргинин-тирозин (DRY), расположенный на цитоплазматической стороне трансмембранного домена III [29, 33]. Мутации в мотиве DRY препятствуют связыванию OR с G-белками, отменяя рост циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) и реакцию на одоранты [34].С другой стороны, мутации серина в KAFSTC, высококонсервативном мотиве среди членов OR, приводят к значительному увеличению чувствительности к запахам, что позволяет предположить, что KAFSTC участвует в конформационных изменениях рецепторов, которые модулируют эффективность связывания G-белков [32]. ]. Хотя несколько исследований, основанных на вычислительных подходах, моделировании стыковочных взаимодействий, структурных моделях и целенаправленном мутагенезе, были использованы для предсказания структурно-функциональной связи OR [32, 35, 36, 37], наше понимание влияния конформации OR по своей функциональности остается ограниченной при отсутствии кристаллической структуры ОР.

В этом сценарии кристаллическая структура других GPCR, в частности β-адренергического рецептора (β-AR), стала прорывом в понимании того, как структура GPCR определяет их функциональность, и предоставила некоторые идеи для расшифровки, по крайней мере, в часть, структурно-функциональное соотношение также для ОР [38, 39]. Рецепторы β-AR связываются с G _s и аденилатциклазой (AC) с образованием комплекса β-AR, что приводит к зависимому от AC увеличению цАМФ и активации протеинкиназы A (PKA), что, в свою очередь, способствует фосфорилирование нескольких внутриклеточных мишеней.Будучи членами семейства GPCR, OR связаны с аналогичным внутриклеточным сигнальным путем (см. ниже). Сначала GPCR изображали как бимодальные рецепторы, которые переключаются между неактивным и активным состоянием. Последующие исследования показали, что GPCR, в частности β-AR (среди наиболее охарактеризованных GPCR), являются динамическими белками, которые могут принимать различные конформации, связанные с разными уровнями активности, следовательно, разные биологические реакции. Влияние лиганда на структурные и биофизические свойства рецептора, которые, в свою очередь, определяют биологические реакции, известно как эффективность лиганда.Природные и синтетические лиганды делятся на полные агонисты, которые полностью активируют рецепторы, частичные агонисты обеспечивают субмаксимальную активацию, а обратные агонисты препятствуют активации рецепторов. GPCR также проявляют значительную независимую от агонистов активность, определяемую как конститутивная или базальная активность [38, 40]. Сходным образом лиганды ОР могут действовать как агонисты, полностью активирующие рецептор, или антагонисты, блокирующие ответ, или частичные агонисты, вызывающие частичную активацию [8, 41, 42, 43, 44]. Кроме того, OR также проявляют независимую от лиганда активацию, которая управляет спонтанным срабатыванием (т.е. базовой активностью) OSN. Доказательства спонтанной активации OR исходят от OSN, экспрессирующих неактивные мутантные OR, которые полностью лишены спонтанной активности. В этом контексте следует отметить, что хотя базальная активность OSN определяется ORs, даже OSN, экспрессирующие один и тот же OR, обнаруживают существенные различия в скорости их возбуждения [45, 46] 90–163 . Было показано, что спонтанная активность OR играет роль в формировании гломерулярных карт (см. ниже).Сходство между структурой и сигнальным путем OR и β-AR вдохновило на сложные эксперименты, направленные на определение роли OR в развитии гломерулярной карты [47, 48].

Сигнальный путь OR

Сигнальный каскад, запускаемый одорантами, хорошо охарактеризован. При воздействии одоранта OR активирует G _olf , специфический G-белок, который стимулирует аденилатциклазу типа III к синтезу цАМФ. цАМФ, в свою очередь, открывает обонятельные специфические управляемые нуклеотидами (CNG) каналы, что приводит к притоку Ca ²⁺ и Na ⁺ внутрь клетки (рис.2) [49,50,51]. Повышение уровня Ca ²⁺ индуцирует открытие Ca ²⁺ -активированных каналов Cl ^— , обеспечивая отток Cl ^— , что еще больше деполяризует нейрон для генерации потенциалов действия. При связывании одоранта повышенный уровень Ca ²⁺ в ресничках опосредует не только активацию, но и десенсибилизацию OSNs. Ca ²⁺ оказывает важное влияние отрицательной обратной связи на различные ступени внутриклеточного сигнального каскада, включая CNG-каналы, аденилатциклазу и фосфодиэстеразы [52, 53].

Рис. 2

Локальное увеличение цАМФ и Са ²⁺ , связанное с рецепторами запаха, выраженными на ресничках и окончаниях аксона. Схематическая диаграмма сигнального пути, связанного с обонятельными рецепторами (OR), выраженными в ресничках и на окончаниях аксонов обонятельных сенсорных нейронов. Как ORs, экспрессируемые на ресничках, так и ORs на окончаниях аксонов связаны с локальным повышением цАМФ и Ca ²⁺ . В ресничках приток Ca ²⁺ через каналы CNG приводит к открытию Ca ²⁺ -зависимых каналов Cl ^— (не показано на рисунке).Присутствие этих каналов Cl ^— также на конце аксона остается неуловимым. AC III аденилатциклаза III, CaM кальмодулин, PDE фосфодиэстераза, PEBP1 фосфатидилэтаноламин-связывающий белок-1 обозначен синими точками на конце аксона, в то время как молекулы одоранта обозначены точками разных цветов на ресничках

Каждый OSN экспрессирует только один тип OR в репертуаре более 1000 OR генов. Считается, что взаимоисключающая и моноаллельная экспрессия гена OR обеспечивает механизм, обеспечивающий экспрессию одного типа OR в каждом OSN [54].Таким образом, выраженный OR определяет диапазон молекулярной восприимчивости и функциональную идентичность каждого OSN. В результате такого генетического паттерна экспрессии ОР возникает правило: «один OSN — один OR». Поэтому очень важно, чтобы после того, как данный рецептор был выбран для экспрессии, этот выбор трансляции поддерживался на протяжении всей жизни клетки, которая должна сохранять свою идентичность и свои специфические связи с постсинаптическими мишенями. С этой целью несколько исследований были сосредоточены на стабильности экспрессии OR.Было обнаружено, что незрелые OSN перед формированием синапсов с постсинаптическими клетками могут переключать выбор экспрессии OR, хотя и с очень низкой вероятностью. Напротив, OSN, экспрессирующие мутантный OR, переключают экспрессию OR с высокой вероятностью достижения ситуации, когда экспрессируется только один функциональный рецептор. Этот механизм предполагает, что экспрессия функционального OR вызывает механизм обратной связи, который заканчивает переключение [55,56,57].

Наличие репертуара из более чем 1000 OR позволяет идентифицировать широкий спектр одорантов, что еще больше усиливается за счет особого характера взаимодействия OR-одоранта. Выполняя кальциевую визуализацию как показания активации OR в сочетании с одной RT-PCR, Malnic и соавторы (1998) [9] продемонстрировали, что каждый OR может распознавать несколько одорантов и, в свою очередь, каждый одорант может связывать и активировать несколько OR. Этот паттерн взаимодействия OR-лиганд был определен как «комбинаторный код». Более того, они обнаружили, что идентичность различных одорантов кодируется различными комбинациями активированных ОР. Однако каждый ОР может служить составной частью нескольких комбинаторных паттернов ОР.Учитывая необычайно большое количество возможных комбинаций ОР, комбинаторный код позволяет различать практически неограниченное количество различных одорантов [9, 58].

Деорфанирующие ОР

В течение долгого времени было трудно соотнести данный ОР с его специфическими родственными лигандами. Самым большим препятствием в этом процессе была невозможность экспрессии функциональных ОР в гетерологичных системах из-за сохранения ОР в эндоплазматическом ретикулуме и последующей деградации ОР в протеасоме [59, 60]. Группа Firestein преодолела это ограничение, используя обонятельный эпителий в качестве системы экспрессии, и использовала аденовирусные векторы, экспрессирующие I7-OR, для управления экспрессией I7-OR в большой популяции OSN. Чтобы распутать лиганды I7-OR, тестировали реакцию на широкий набор одорантов путем регистрации электроольфактограммы у инфицированных и неинфицированных МОЭ. Электрофизиологические ответы показали, что инфицированный I7-OR эпителий демонстрировал более высокие ответы на несколько молекул [61]. Этот подход позволил идентифицировать первые лиганды данного OR, но оказался трудоемким и не подходящим для крупномасштабного скрининга.

Прорыв в обезвреживании ОР был достигнут Мацунами и его сотрудниками [62, 63]. Они провели скрининг генов, индуцирующих экспрессию OR на клеточной мембране в гетерологичной системе (т.е. клетках HEK и Hana). Они идентифицировали вспомогательные белки, обозначенные как транспортирующий белок рецептора (RTP) 1 (RTP1) и 2 (RTP2). Эти белки были специфически экспрессированы в OSN, и было обнаружено, что они способствуют нацеливанию OR на клеточную мембрану, взаимодействию с OR и усилению одорантного ответа OR, экспрессированных в гетерологичных системах [62, 64]. Чтобы распутать лиганды одиночных OR, экспрессируемых в гетерологичной системе, RTP котрансфицировали последовательностью OR и репортерным геном люциферазы светлячка под контролем элемента ответа цАМФ (CRE). Выполняя анализ люциферазы, продукцию люциферазы измеряли как функцию активации OR in vitro в ответ на подмножества молекул запаха. Такой подход позволил распараллелить большое количество ОР [62, 63]. Стоит отметить, что в этом подходе активация одорантных ОР основывается на активации внутриклеточного сигнального пути ОР (т.д., цАМФ). Действительно, до сих пор не было разработано никаких надежных тестов для подтверждения прямого связывания ORs с их лигандом, хотя был разработан анализ связывания с другими рецепторами G-белка, такой как TANGO [65]. Этот подход позволяет отслеживать активацию GPCR с высокой чувствительностью и селективностью, не препятствуя эндогенному пути. Эта стратегия была разработана для трех различных классов рецепторов: тирозинкиназы, GPCR и рецепторов стероидных гормонов, оставляя OR без анализа специфического связывания [65].

Шаг вперед в идентификации взаимодействия OR-лиганд был недавно достигнут в Drosophila , поскольку Баттервик и его сотрудники [66] представили криогенную электронную микроскопию (Cryo-EM) структуру OR насекомых Orco. Хотя OR насекомых не связаны с GPCR, это открытие может подтолкнуть к новым экспериментальным подходам к расшифровке структуры OR млекопитающих. Следовательно, в отсутствие надежных анализов связывания OR млекопитающих одоранты были идентифицированы как лиганды данного OR на основе активации внутриклеточного сигнального пути OR.В этом сценарии повышение уровня цАМФ и/или Ca ²⁺ , происходящего из OR, считается признаком активации OR. В соответствии с этим подходом, идентификация лигандов для OR аксонов также использовала функциональную активацию внутриклеточного пути, связанного с OR (т. е. локальное увеличение цАМФ и Ca ²⁺ ), как считывание активации OR ([67] и см. ниже).

Топография обонятельной системы

У грызунов МЧС имеет грубую топографическую организацию. Сенсорные нейроны, экспрессирующие один и тот же OR, расположены в больших, но ограниченных областях вдоль дорсо-вентральной оси MOE. Однако внутри одной зоны OSN, экспрессирующие разные OR, смешиваются [68, 69]. Последующие исследования показали, что экспрессия OR является непрерывной и перекрывается в отдельных зонах по всей дорсомедиальной и вентро-латеральной оси МЧС [70,71,72]. Механизм, лежащий в основе ограничения экспрессии гена OR в данной зоне, остается в значительной степени неясным.

В ОЛ достигается упорядоченное пространственное распределение сенсорных афферентов.Здесь аксоны OSN, несущие один и тот же OR, сходятся, образуя синапсы с постсинаптическими клетками в определенных локусах (т. е. клубочках) на латеральной и медиальной стороне каждой OB соответственно у каждого животного (рис. 3 и 4) [73]. , 74] . Конвергенция подобных аксонов с образованием клубочков в OB была напрямую визуализирована благодаря элегантному подходу направленного мутагенеза на генетически модифицированной линии мышей P2-IRES-Tau-LacZ. У этой линии мышей эндогенный P2-OR коэкспрессировался с репортерным геном Tau-lacZ, что позволяло легко идентифицировать P2-нейроны в МОЕ и соответствующие клубочки в ОЛ [75].В последующих исследованиях замена тау-LacZ зеленым флуоресцентным белком (GFP) позволила напрямую визуализировать OSN и соответствующие клубочки [76]. Поэтому правило «один чувствительный нейрон — один рецептор» распространяется и на клубочки, которые подчиняются закону «один клубочек — один рецептор». В результате такой организации отличительной чертой зрелых клубочков является то, что они образованы исключительно волокнами, экспрессирующими один и тот же OR, обозначаемый как гомогенные клубочки [75, 77].

Рис.3

Проекции обонятельных сенсорных нейронов (OSN) на обонятельную луковицу (OB). OSN, экспрессирующие данный обонятельный рецептор (OR, обозначенные каплями того же цвета), ограничены одной из частично перекрывающихся зон, в которых обонятельный эпителий был разделен вдоль дорсо-вентральной (DV) оси. Внутри каждой зоны OSN, экспрессирующие разные OR (обозначенные каплями разных цветов), перемешаны. OSN, экспрессирующие OR того же типа, образуют клубочки (заштрихованные круги того же цвета, что и соответствующие OSN) в специфических локусах обонятельной луковицы (OB).Имеется соответствие между зональной организацией эпителия по дорсо-вентральной (D-V) оси и проекцией OSN по D-V оси ОЛ. OSN, расположенные в самой дорсальной зоне эпителия, проецируются в самую дорсальную область луковицы, тогда как OSN, расположенные в самой вентральной зоне эпителия, проецируются в вентральную область луковицы. A = передний, P = задний, M = медиальный, L = латеральный, D = дорсальный и V = вентральный

Рис. 4

Гомологичные клубочки в обонятельной луковице (OB).Обонятельные сенсорные нейроны (OSN), экспрессирующие один и тот же обонятельный рецептор (OR, изображенные в виде капель одного цвета), образуют один клубочек на медиальной стороне и один клубочек на латеральной стороне каждого OB. Эта пара клубочков обозначена как гомологичные или изофункциональные клубочки, потому что они оба обрабатывают информацию, относящуюся к одному и тому же OR. Гомологичные клубочки соединены связью, связанной с проекциями внешних пучковых клеток (ETC) (обозначены зелеными линиями, соединяющими гомологичные клубочки, зеленые закрашенные кружки), которые заканчиваются во внутреннем плексиформном слое (IPL), прямо под гомологичным клубочком на противоположная сторона луковицы (обозначена зелеными линиями, заканчивающимися сразу под гомологичными клубочками).Эта связь взаимна. Для простоты указаны только несколько слоев ОВ. GL = гломерулярный слой, MCL = митральный клеточный слой, IPL = внутренний плексиформный слой

Клубочки представляют собой сферические структуры нейропиля, в которых OSN, экспрессирующие специфический OR, образуют синапсы с постсинаптическими клетками OB, а именно митральными и пучковыми клетками (MC и ТС), наряду с перигломерулярными клетками. MC и TC удлиняют свой единственный апикальный дендрит исключительно в данном клубочке. В результате этого паттерна связности клубочек определяет функциональную единицу, которая обрабатывает сенсорную информацию, связанную с OR, выраженным OSN, образующими сам клубочек (рис.5). По аналогии с колонками ориентации и окулярной доминантности зрительной системы эти функциональные единицы обозначаются также как «обонятельные колонки» [12]. Эта пространственная сегрегация сенсорных афферентов обеспечивает топографическую карту OB, которая кодирует качество и интенсивность одорантных стимулов [3, 6, 27, 78]. В соответствии с архитектурой топографической карты и характером комбинаторного кода (см. выше) одорант кодируется пространственным паттерном активированных клубочков, как показано в экспериментах по функциональной визуализации [79,80,81,82,83,84]. ].Следовательно, конкретное расположение и организация клубочков на OB-карте необходимы для правильного кодирования запахов.

Рис. 5

Нейронная схема обонятельной луковицы (ОБ). Схематическая диаграмма связи между пре- и постсинаптическими клетками в OB. В каждом клубочке обонятельные сенсорные нейроны (OSN), экспрессирующие один и тот же обонятельный рецептор (OR) (обозначенные каплями того же цвета), образуют синапсы с постсинаптическими клетками, а именно митральными клетками (MC) и пучковыми клетками (TC), вдоль с перигломерулярными клетками.MC и TC расширяют свой единственный апикальный дендрит в пределах одного клубочка, тогда как латеральные дендриты проходят вдоль внешнего плексиформного слоя и образуют дендро-дендритные синапсы с клетками-зернами, основными ГАМКергическими тормозными интернейронами OB. Таким образом, клубочек определяет функциональную единицу, известную также как обонятельная колонка, где обрабатывается сенсорная информация, связанная с данным OR. ONL = слой обонятельного нерва, GL = гломерулярный слой, EPL = наружный плексиформный слой, MC = митральный клеточный слой, IPL = внутренний плексиформный слой, GCL = зернистый клеточный слой медиальный и клубочек на латеральной стороне каждой луковицы приводит к двум зеркально-симметричным картам изофункциональных клубочков, также известных как гомологичные клубочки (рис. 4). Убедительные доказательства показали, что эти две карты являются двумя половинами интегрированной карты [85], где изофункциональные клубочки реципрокно связаны тормозной проекцией, связанной с внешними пучковыми клетками (ETC) (Fig. 4). А именно, ETC, связанные с данным латеральным клубочком, проецируют свои аксоны в ограниченную область во внутреннем плексиформном слое сразу под медиальным гомологичным клубочком, т. Е. Клубочком, образованным аксонами, экспрессирующими тот же OR, расположенный на противоположной стороне луковицы.Аксоны ЭТЦ образуют возбуждающие синапсы с гранулярными клетками, связанными с медиальным гомологичным клубочком. Эти гранулярные клетки, в свою очередь, образуют тормозные синапсы с ЭТЦ, связанными с медиальным гомологичным клубочком. Эта связь реципрокна (рис. 4) (Belluscio, 2002; Лодовичи, 2003). Это внутрибульбарное звено присутствует как в луковицах одного животного, так и в луковицах разных животных, обеспечивая второй уровень топографии ОЛ.

Из паттерна нейронной проводки видно, что топографическая организация OB зависит от идентичности OR, которая определяет молекулярный рецептивный диапазон OSN и представляет собой «дискретную особенность», на которой строится обонятельная карта, будучи функциональными единицами клубочков, которые обрабатывать сенсорную информацию, связанную с данным OR.

Механизмы, лежащие в основе формирования сенсорной карты: роль ОР

Роль ОР в формировании сенсорной карты была раскрыта серией элегантных генетических экспериментов, результаты которых показали, что изменения последовательности ОР приводят к к измененной конвергенции сенсорных нейронов и нарушению сенсорной карты [86]. В лаборатории Axel Wang обнаружил, что делеция или бессмысленные мутации гена P2-OR препятствуют конвергенции этих аксонов в клубочки, которые вместо этого нацелены на разные места и проявляются в виде блуждающих волокон в OB [86].В последующих экспериментах было продемонстрировано, что удаление последовательности, кодирующей OR, приводит к тому, что OSN экспрессируют другой OR и, следовательно, нацелены на другие клубочки по сравнению с исходным [55,56,57]. Это свидетельство подтвердило связь между идентичностью OR и специфическими гломерулярными локусами в OB.

Wang (1998) затем провел серию экспериментов по замене (т. е. обмену), в которых данная последовательность рецептора, такая как P2-OR, была заменена другой последовательностью OR, такой как M71-OR. Аксоны, экспрессирующие замененный OR, M71>P2, сходятся, образуя клубочек в другом месте по отношению к месту расположения исходных клубочков P2 или M71. Ван и его сотрудники обнаружили, что даже когда они поменяли местами последовательности генов OR с высокой степенью гомологии, расположенные в одном и том же кластере генов и экспрессированные OSN, локализованными в одной и той же зоне MOE, такими как гены P2-OR и P3-OR, P2 Аксоны, экспрессирующие -P3, конвергируют, образуя клубочки в местах, отличных от положений исходных клубочков P2 или P3 [86] . Эти результаты показали, что на расположение «замещенных» клубочков по отношению к местоположению исходных клубочков влияет несколько факторов, таких как 1. степень гомологии между замененными последовательностями OR, 2. положение в обонятельной зоны эпителия OSN, экспрессирующие 2 замененных рецептора, и 3. хромосомное расположение кодирующих областей OR с замененными местами. Информация, полученная в экспериментах по замене, указывает на то, что OR играет поучительную роль в конвергенции аксонов OSN, хотя это не единственная детерминанта.

Другая серия экспериментов по обмену, проведенная в лаборатории Момберта, пришла к аналогичным выводам и добавила новую информацию. В ходе нескольких экспериментов по замене между M71 и M72-OR они идентифицировали «основную» последовательность в гене OR, которая определяет идентичность OR и определяет цель аксональной проекции. Они также обнаружили, что уровень экспрессии OR важен для нормальной конвергенции OSN [87]. Из-за сходства OR с другими членами семейства GPCR (см. выше) они заменили последовательность OR последовательностью другого GPCR [47], получив очень разные результаты в зависимости от типа замененного GPCR.В серии экспериментов они заменили последовательность β-AR в локусе M71 OR. Анализируя конвергенцию β-AR>M71, они обнаружили, что замененные аксоны сливаются с образованием клубочков в OB, хотя и в разных местах по отношению к исходным клубочкам M71. Напротив, замена вомероназального рецептора V1R, а именно V1rb2 [88] в локусе M71, оказывала совершенно другой эффект. OSN, экспрессирующие V1rb2, не конвергировали с образованием клубочков в OB [47]. Различный результат этих экспериментов по замене, вероятно, связан с различным внутриклеточным сигнальным каскадом, связанным с β-AR, по отношению к V1rb2.И OR, и β-AR связаны с цАМФ (см. выше), который, как известно, играет ключевую роль в слиянии подобных аксонов [34, 89, 90, 91, 92]. Напротив, V1rb2 представляет собой GPCR, не связанный с цАМФ. Эти результаты предполагают, что цАМФ, полученный из OR, регулирует слияние подобных аксонов с образованием клубочков, в то время как OR необходим для нацеливания на аксоны OSN в специфических локусах в OB.

В этих исследованиях выяснилось, что OR определяет клубочковую мишень; другими словами, он может действовать как молекула наведения аксонов.Если OR должен управлять нацеливанием на аксон, он должен экспрессироваться на конце аксона, подходящем месте для предполагаемой молекулы наведения аксона [86]. Эта гипотеза была подтверждена экспериментами, которые показали, что ОР экспрессируются в дистальной части аксонов, тогда как проксимальный сегмент аксона лишен экспрессии ОР [93, 94]. Кроме того, было показано, что ORs также локально транслируются в концевом конусе роста аксона [95]. Специфическая и эксклюзивная экспрессия ORs в ресничках и в концевом ростовом конусе аксона OSNs указывает на специфическую функцию ORs в этих двух местах.Однако простая экспрессия ORs на конце аксона без знания того, функциональны ли ORs в этом месте, и если да, то какой сигнальный путь связан с ними, мешает определить роль ORs аксонов.

Внутриклеточный сигнальный путь, связанный с аксональными ORs

Первые доказательства того, что аксональные ORs функциональны, были предоставлены Maritan и соавторами [96]. Визуализируя пространственно-временную динамику цАМФ и Ca ²⁺ в изолированных OSN, они обнаружили, что нанесение одоранта на окончание аксона OSN приводит к локализованному увеличению цАМФ и притоку Ca ²⁺ через циклические нуклеотиды. каналы (CNG) (рис.1) (Маритан и др., 2009). Реакция на одоранты аксональных ОР продемонстрировала, что ОР на двух противоположных полюсах OSN связаны с локальным увеличением цАМФ и Ca ²⁺ , хотя маловероятно, что одоранты являются естественными лигандами аксональных ОР. В Маритан и соавт. (2009), одоранты использовались исключительно с целью раскрыть функциональность и сигнальный путь, связанный с ORs аксонов, поскольку в то время не было известно никаких других лигандов. При нанесении одоранта на окончание аксона за локальным повышением цАМФ следовала активация и транслокация протеинкиназы А (ПКА) в ядро ​​[96, 97].Эти данные свидетельствуют о том, что Ca ²⁺ и цАМФ, связанные с ORs аксонов, могут оказывать свое действие в двух разных местах: 1. локально, регулируя динамику цитоскелета, модулируя удлинение и поворот концевого конуса роста аксона, и 2. в ядре. , посредством активации PKA, для регуляции экспрессии молекул, участвующих в процессе наведения аксонов [98].

Непротиворечивая совокупность данных указывает на то, что в OSN вызываемая запахом активация OR также связана с синтезом другого второго циклического мессенджера, циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ).Длительное и устойчивое повышение уровня цГМФ предполагает, что этот вторичный мессенджер участвует не в обнаружении одорантов, а скорее в длительных клеточных реакциях, включая удлинение аксонов и нацеливание [99, 100, 101]. Эксперименты с визуализацией в реальном времени в изолированных OSN продемонстрировали, что cGMP локально продуцируется как в ресничках, так и в окончаниях аксонов. Кроме того, сообщалось, что существует строгое взаимодействие между цАМФ, цГМФ и Ca ²⁺ [102]. Примечательно, что, подобно цАМФ, цГМФ также может оказывать свое действие локально, на конусе роста, и на ядерном уровне посредством транслокации РКА и активации CREB [102].Локальный синтез цАМФ, Са ²⁺ и цГМФ в сочетании с аксональными ОР имеет значение для предполагаемой роли ОР в качестве сигналов наведения аксонов, поскольку известно, что эти вторичные мессенджеры играют ключевую роль в удлинении и повороте аксонов. в нескольких системах [103,104,105], включая обонятельную систему [34, 89] 90–163 . Кроме того, локальная экспрессия функциональных ORs на концевом конусе роста аксона OSN согласуется с существенным набором доказательств, указывающих на то, что терминальный конус роста аксона действует как автономный компартмент. В самом деле, он характеризуется сложным механизмом, способным локально транслировать мРНК сигналов наведения аксонов, наделяя окончание аксона способностью быстро реагировать на сигналы, встречающиеся на пути к его цели [106].

Чтобы выяснить, какой вторичный мессенджер, связанный с OR, может играть критическую роль в конвергенции аксонов OSN, Imai и соавторы (2006) создали дефектный мутантный рецептор, введя мутацию в консервативный трипептидный мотив, аспартат-аргинин-тирозин ( DRY), на цитоплазматическом конце III трансмембранного домена ОР.Этот домен необходим для связывания ORs с G-белками; следовательно, вследствие этой генетической мутации синтез цАМФ был отменен. Аксоны, несущие мутацию DRY, никогда не проникали в гломерулярный слой и оставались в слое обонятельного нерва [34]. Чтобы понять, как цАМФ, полученный из OR, направляет аксоны OSN к их мишени, они искали молекулы, экспрессия которых может регулироваться цАМФ. Используя микрочипы и ОТ-ПЦР, они идентифицировали нейропилин-1, экспрессия которого была высокой в ​​OSN с высоким уровнем цАМФ и отсутствовала в DRY-мутантных OSN [34]. Известно, что нейропилин 1 модулирует расположение клубочков вдоль оси АР, поскольку мутации в нейропилине 1 или семафорине 3А (Sema3A) — его репульсивном лиганде нарушают расположение клубочков вдоль оси АР [107, 108, 109]. Эти результаты подчеркнули решающую роль цАМФ, полученного из OR, в определении местоположения клубочков вдоль оси AP нейронной карты в OB.

В целом эти данные предоставили важную информацию о роли OR в формировании сенсорной карты, но они оставляют открытыми критические вопросы.Мутантный OR с DRY-мотивом (Imai et al., 2006, см. выше) не позволял понять, какой OR участвует в направлении OSN к их мишени, поскольку в генетической манипуляции участвовали как OR, экспрессируемые на ресничках, так и на окончаниях аксонов. . Кроме того, еще предстоит определить механизм, который запускает увеличение цАМФ, производного OR.

Идентификация первого предполагаемого лиганда аксонального OR: фосфатидилэтаноламин-связывающего белка-1 (PEBP1)

сигнал наведения аксона, активируемый молекулами, экспрессируемыми в OB. С помощью беспристрастного скрининга молекул OB Zamparo et al. идентифицировали пул молекул, экспрессируемых в OB, которые, будучи применены к окончаниям аксонов, были способны вызывать локальное увеличение Ca ²⁺ . Чтобы удостовериться, что этот ответ Ca ²⁺ был обусловлен активацией аксональных ORs, Zamparo использовал подход, разработанный Matsunami (см. выше и Saito et al., 2004), для экспрессии различных ORs в клетках HEK. В этом соревновании быстрый рост Ca ²⁺ в ответ на активный пул молекул ОВ и на специфические одоранты наблюдался только в клетках НЕК, экспрессирующих ОР, но не в клетках НЕК, лишенных экспрессии ОР.Эти данные свидетельствуют о том, что молекулы OB способны активировать OR аксонов. Функциональный результат этих результатов был выведен с помощью анализа поворота in vitro [103]. Применение градиента молекул (включая сигналы OB), способных регулировать цАМФ и Ca ²⁺ , было способно модулировать удлинение и управление изолированными аксонами OSN. Среди пула активных молекул фосфатидилэтаноламин-связывающий белок 1 (PEBP1) был идентифицирован методом масс-спектрометрии как первый предполагаемый лиганд аксональных ОР [67].PEBP1 представляет собой небольшую молекулу (около 21 кДа) с неизвестной функцией, экспрессирующуюся в нейронах и ненейрональных клетках во многих областях мозга [110] 90–163 . Он может секретироваться, хотя и неканоническим путем, и его рецептор остается неуловимым [111]. PEBP1 является предшественником ундекапептида, называемого холинергическим нейростимулирующим пептидом гиппокампа (HCNP), расположенным на его N-конце [112]. HCNP был выделен из гиппокампа крысы и экспрессируется в нескольких областях центральной нервной системы [113, 114].HCNP участвует в дифференцировке холинергических нейронов в ядрах медиальной перегородки как in vitro, так и in vivo, отсюда и его название — гиппокампальный холинергический нейростимулирующий пептид [112].

При OB мышей и крыс PEBP1 экспрессируется в основном в перигломерулярных клетках, что является подходящим местом для молекулы, которая, как предполагается, управляет поступающими сенсорными аксонами. Кроме того, PEBP1 демонстрирует общий переднезадний градиент. Однако локально PEBP1 имеет пятнистое распределение, где перемешаны клубочки с низким или высоким уровнем экспрессии PEBP1 [67].Этот паттерн отражает дискретную природу обонятельной карты и, действительно, др. молекулы ведения аксонов, такие как Neuropilin1, демонстрируют сходный паттерн общей/локальной экспрессии [115]. Этот профиль экспрессии разительно отличается от непрерывного пространственного распределения сигналов наведения аксонов, обнаруженных в непрерывной карте, такой как визуальная карта [2].

PEBP1 вызывал увеличение Ca ²⁺ на окончаниях аксонов OSN и в клетках HEK, экспрессирующих специфические OR. Среди протестированных ОР все, кроме одного, т.е.e., M72-OR, показал ответ Ca ²⁺ при стимуляции PEBP1, что указывает на то, что другие предполагаемые лиганды аксонных OR еще предстоит идентифицировать. Физиологическая роль PEBP1 была продемонстрирована in vivo при изучении обонятельной карты у мышей, несущих нулевую мутацию PEBP1. У этой трансгенной линии мышей аксоны, экспрессирующие P2-OR, нацелены на основной клубочек, но также и на несколько дополнительных гетерогенных клубочков, т.е. клубочков, образованных волокнами, экспрессирующими различные типы OR. Кроме того, основной клубочек P2 был смещен вдоль оси AP по сравнению с контролем [67].Напротив, OSN, экспрессирующие M72-OR (OR, не реагирующий на PEBP1 в экспериментах in vitro), конвергируют, образуя клубочки в сходных местах у контрольных и нокаутированных мышей, подтверждая представление о том, что M72 активируется другим лигандом, чем PEBP1 [67]. (рис. 6). В целом работа Zamparo и соавт. предоставила убедительные доказательства того, что аксональные OR непосредственно участвуют в направлении OSN к их мишени, и идентифицировала первый предполагаемый лиганд подмножества аксональных OR. Эти данные резюмируют классическую парадигму экспрессии сигналов наведения, наблюдаемую в большинстве систем, включая зрительную, где наборы рецепторов и лигандов комплементарно экспрессируются в проецирующихся сенсорных аксонах и в областях-мишенях. В этом сценарии экспрессия нейропилина 1 и семафорина 3А [116] и нейропилина 2 и семафорина 3F [117] в OSNs представляет собой исключение.

Рис. 6

Измененная конвергенция P2-экспрессирующих сенсорных аксонов в обонятельной луковице (OB) в отсутствие фосфатидилэтаноламин-связывающего белка-1 (PEBP1). Схематическая диаграмма конвергенции обонятельных сенсорных нейронов (обозначенных каплями разных цветов), экспрессирующих обонятельные рецепторы P2 (фиолетовый) и M72 (светло-синий), с образованием клубочков (фиолетовые и светло-голубые закрашенные кружки соответственно) в ОЛ в контроле ( вверху) и мышей PEBP1 KO (внизу).Вверху, в контроле, аксоны, экспрессирующие P2-OR и M72-OR, сходятся с образованием гомогенных клубочков (гомо P2 и гомо M72) в определенных локусах OB. У мышей PEBP1 KO (внизу) расположение основного однородного клубочка P2 (P2 homo, закрашенный фиолетовым кружок) смещено (красная стрелка) вдоль передне-задней оси по отношению к контрольной группе (исходное расположение указано пустой пунктирной линией). круг). Кроме того, у мышей PEBP1 KO аксоны P2 нацелены на дополнительные клубочки, которые образованы волокнами, экспрессирующими различные рецепторы запаха (т.е., гетерогенные клубочки (гетеро P2), обозначенные закрашенным кружком двух цветов, фиолетового и розового). Конвергенция аксонов, экспрессирующих M72, сходна у контрольных (вверху) и мутантных мышей (внизу). Эти результаты показывают, что PEBP1 действует как предполагаемый лиганд для P2-аксональных рецепторов, а не для M72-аксональных рецепторов. На схематических срезах обонятельной луковицы затененный желтый фон указывает на общий переднезадний градиент PEBP1. MOE = основной обонятельный эпителий

OR взаимодействуют с несколькими молекулярными сигналами, чтобы управлять нацеливанием OSN на аксон

ORs играют инструктивную роль в формировании сенсорной карты, но они не являются единственными задействованными сигналами управления.Несколько других наборов лиганд-рецепторов способствуют, наряду с OR, направлению сенсорных аксонов к их клубочковой мишени по разным осям: передне-заднему (AP), медиолатеральному (M-L) и дорсо-вентральному (DV).

Расположение клубочков вдоль оси AP регулируется различными наборами рецепторов-лигандов, таких как белки Ephrin-Eph. Большое семейство рецепторов Eph tyrosine kinase и их мембраносвязанных лигандов, Ephrins, регулируют генерацию и поддержание клеточных пространственных паттернов и топографической организации во многих тканях [118].Было показано, что в OS сенсорные нейроны экспрессируют EphrinA3 и EphrinA5, тогда как тирозинкиназные рецепторы EphA экспрессируются в постсинаптических клетках OB [119,120,121,122,123]. Cutforth в лаборатории Axel (2003) продемонстрировал, что OSN, экспрессирующие разные OR, экспрессируют разные уровни EphrinA3 или EphrinA5 в своих аксонах. В результате этого паттерна экспрессии, как наблюдалось также в предыдущей работе [120, 121, 123], клубочки с высоким уровнем экспрессии EphrinA чередуются с клубочками, в которых экспрессия EphrinA очень низкая.Этот пятнистый паттерн экспрессии Ephrin, в отличие от непрерывного градиента, наблюдаемого в других сенсорных системах, таких как зрительная система, отражает дискретную природу гломерулярной карты в OB. В то время как экспрессия рецепторов Eph в постсинаптических клетках OB, по отношению к лигандам эфрина в OSN, повторяет комплементарный паттерн экспрессии лиганд-рецепторов в сенсорных афферентах и ​​области-мишени (или наоборот), используемых для управления входными нейронами в специфических расположение целевой области в большинстве сенсорных систем.Роль EphrinA в ​​формировании сенсорной карты была раскрыта путем генетических манипуляций с их экспрессией. Сообщалось, что делеция EphrinA3 и EphrinA5 вызывает сдвиг в сторону заднего полюса OB клубочков, образованных нейронами, экспрессирующими P2-OR и SR1-OR. В то время как сверхэкспрессия EprhinA5 в нейронах P2-OR приводила к смещению соответствующих клубочков вперед. В целом эти данные демонстрируют, что EphrinA3 и EphrinA5 играют поучительную роль в конвергенции аксонов OSN с образованием клубочков вдоль оси AP [119].Другими сигналами, участвующими в расположении клубочков вдоль оси AP, являются рецептор Neuropilin1 (Nrp1) и его отталкивающий лиганд Semaphorine3A (Sema3A) (Imai et al. 2006, 2009). Известно, что эти молекулы действуют как сигналы направления аксонов для нескольких типов нейронов во время развития [124,125,126]. Было обнаружено, что экспрессия Nrp1 коррелирует с типом OR. А именно, Имаи и др. обнаружили, что разные уровни цАМФ, происходящего из OR, регулируют транскрипцию разных уровней Nrp1, которая демонстрирует градиент задний-высокий/передний-низкий (Imai et al.2006, но см. также [127]. В отличие от классической модели комплементарной экспрессии сигналов наведения (т.е. рецепторов-лигандов) в нейрональных афферентах и ​​области-мишени, Imai et al. (2006) обнаружили, что Nrp1 и его отталкивающий лиганд Sema3A оба экспрессируются в подмножестве OSN комплементарным образом, так что когда один высокий, другой низкий. Кроме того, они обнаружили, что Nrp1-Sema3A определяет не только сайты проекции в мишени, но и предцелевую сортировку аксонов. Другими словами, перед тем, как достичь OB, входящие OSN, экспрессирующие разные OR, следовательно, разные уровни Nrp1-Sema3A, занимают разные места внутри пучка OSN. Делеция Nrp1 или Sema3A вызывала сдвиг положения клубочков вдоль оси АР и нарушала сортировку аксонов до мишеней. Согласно этим результатам, уровни сигналов наведения аксонов, присутствующих в аксонах, влияют на пространственную сегрегацию сенсорных афферентов еще до цели [116, 128]). Стоит отметить, что признаком молекул, способствующих пространственной сегрегации сенсорных афферентов вдоль оси АР, является их сильно коррелированная экспрессия с типом OR.

OSN, экспрессирующие один и тот же OR, сходятся, образуя клубочек на медиальной и клубочек на латеральной стороне каждой OB, что приводит к двум симметричным картам изофункциональных клубочков.Как регулируется сегрегация OSN по оси LM? Было обнаружено, что передача сигналов инсулинового фактора роста (IGF) организует сенсорные проекции вдоль оси ML. Семейство ИФР включает два секретируемых полипептида-лиганда, ИФР-1 и ИФР-2, которые связывают общий рецептор тирозинкиназы, рецептор ИФР 1 типа (ИФР1-Р) [129]. Известно, что передача сигналов IGF регулирует пролиферацию и выживание клеток, следовательно, размер тела [129]. Впоследствии было обнаружено, что IGF может также модулировать удлинение аксонов и нацеливание в некоторых областях мозга [130, 131].В OB IGF1 экспрессируется под нервным слоем, вблизи входящих сенсорных аксонов. Интересно, что медиолатеральный градиент IGF1 наблюдался в ростральной части OB, так что здесь экспрессия IGF1 выше на латеральной, чем на медиальной стороне OB. Этот градиент уменьшается и, в конечном итоге, меняется на противоположную в каудальной части ОЛ, где экспрессия ИФР выше на медиальной, чем на латеральной стороне. Сообщается, что в соответствии с комплементарной экспрессией сигналов лиганд-рецептор в сенсорных аксонах и областях-мишенях IGF1R экспрессируется в OSN.Делеция IGF1 R приводит к резкому снижению иннервации OSN латеральной стороны OB. Кроме того, аксоны, предназначенные для более поздней стороны, перенаправляются в более вентральные и медиальные позиции. Нулевая мутация в IGF 1 или IGF 2 не влияла на проекции OSN, оставляя сенсорную карту неизменной. Однако, когда экспрессия как IGF-1, так и IGF-2 была устранена (двойной нокаут), иннервация латеральной части OB была резко снижена. Кроме того, было показано, что IGF-1 действует как хемоаттрактант для конусов роста OSN in vitro.В целом, эти данные демонстрируют, что передача сигналов IGF необходима для правильной иннервации латеральной части OB. Отсутствие передачи сигналов IGF вызывает резкое уменьшение проекций аксонов на латеральной стороне OB, что приводит к глубокому нарушению симметричных карт гомологичных клубочков [132]. Как и влияет ли на внутрибульбарную связь между гомологичными клубочками мутации передачи сигналов IGF, еще предстоит исследовать.

Известно, что расположение клубочков вдоль оси D-V OB определяется положением сенсорных нейронов в MOE, а не идентичностью OR.Эксперименты по гибридизации in situ [73, 74] и отслеживающие эксперименты [70, 133, 134, 135] продемонстрировали соответствие между зонами в МОЭ и зонами в ОБ. Согласно этому плану, OSN, расположенные в самой дорсальной зоне MOE, проецируются на самую дорсальную часть OB, в то время как OSN, расположенные в самой вентральной области MOE, проецируются вентрально в OB [70, 133, 134, 135]. Этот паттерн проекций может указывать на то, что каждая зона инструктирует OSN экспрессировать набор молекул, которые направляют их аксоны в соответствующие зоны OB.Однако, поскольку экспрессия OR является непрерывной и перекрывается от дорсомедиальной до вентро-латеральной оси MOE [70,71,72], более вероятно, что градиент сигналов вдоль оси DV MOE направляет OSN к соответствующим области в ОБ. Были идентифицированы два набора таких молекул: Robo-2-Slit-1 [136,137,138,139] и Neuropilin2 (Nrp2)-Semaphorine3F (Sema3F) [117, 138, 140, 141]. Оба эти набора молекул, как известно, направляют аксоны к их мишеням в некоторых системах во время развития [142, 143].

Robo-2, рецептор для химиопеллентов Slit, экспрессируется высоким дорсомедиальным и низким вентро-латеральным градиентом в OB. Нулевая мутация для Robo-2 вызывает перенаправление аксонов из дорсальной области в вентральную часть OB, что указывает на то, что Robo-2 необходим для дорсального нацеливания. Кроме того, удаление экспрессии Slit вызывает дефекты, подобные наблюдаемым у мутантов Robo-2. Эти результаты показывают, что Slit-1-Robo2 способствует дорсальному нацеливанию OSNs [137, 144]. Кроме того, было показано, что нацеливание на нейроны P2-OR и MOR 28-OR, которые иннервируют две различные области медиальной части OB, изменено в Slits (Slit-1 и Slit-3). 2, что указывает на то, что эти сигналы необходимы также для правильной иннервации вентральных областей OB [136].Группа Сакано обнаружила, что также Robo 1, экспрессируемый в обволакивающих клетках, но не в OSN, может способствовать нацеливанию на DV [145]. Стоит отметить, что другой сигнал, Nrp2, экспрессируется в дорсо-вентральном градиенте в MOE, указывая на то, что он также может способствовать пространственной сегрегации сенсорных афферентов вдоль оси DV. Доказательства показали, что Nrp2, рецептор аксона, и Sema3F — его репульсивный лиганд, участвуют в сокращении прорастания сенсорных аксонов во внешний плексиформный слой [138, 140, 141].Такеучи и др. (2010) обнаружили, что Nrp2 и Sema3F оба экспрессируются в OSN, хотя и комплементарным образом. Согласно этой модели, Sema3F секретируется рано прибывающими OSN, которые нацелены на передне-дорсальную область OB, чтобы отталкивать аксоны OSN, которые прибывают позже. Последовательная иннервация OB и комплементарная экспрессия Nrp2 Sema3F в одних и тех же нейронах способствуют сегрегации сенсорных аксонов вдоль D-V оси [117, 128].

Формирование обонятельной карты представляет собой многоэтапный процесс, в котором за грубой пространственной сегрегацией сенсорных афферентов следует слияние подобных аксонов с образованием отдельных клубочков.Последняя фаза, вероятно, опосредована молекулами клеточной адгезии. Чтобы понять механизм, лежащий в основе образования клубочков, Serizawa et al. (2006) искали молекулы, экспрессия которых коррелировала с выраженными OR. Они обнаружили, что молекулы адгезии Kirrel2/Kirrel 3 и лиганды Ephrin-A и EphA экспрессируются в подмножествах OSN комплементарным образом. Отмена вызванной OR активности у мышей CNG KO приводит к подавлению Kirrel2 и EphA5 и повышению активности Kirrel 3 и Ephrin-A5. Что касается влияния этих молекул на сенсорную карту, то сверхэкспрессия этих генов в половине OSN, экспрессирующих специфические OR, приводит к дублированию клубочков [146].

BIG-2-контактин 4 представляет собой аксональный гликопротеин, принадлежащий к суперсемейству иммуноглобулинов, экспрессия которого сильно коррелирует с идентичностью OR [147, 148]. Пятнистый паттерн экспрессии BIG2 приводит к мозаике клубочков с различными уровнями BIG2. Эта скороговорка напоминает, но не совпадает с выражением лица Эфринов и Киррелов.У мышей, несущих нулевую мутацию в BIG-2, OSN, экспрессирующие данные OR, нацелены на множественные клубочки в аберрантных местах, указывая на то, что BIG-2 необходим для правильного образования клубочков [147]. Совсем недавно сообщалось, что кластер белков клеточной поверхности Protocadherins (Pcdh), кодируемый тремя связанными генами Pcdh α, β и γ, необходим для конвергенции аксонов OSN. Примечательно, что делеция одного из генов кластера Pcdh минимально влияет на образование клубочков, в то время как делеция трех кластеров приводит к тяжелым дефектам ветвления аксонов, что препятствует образованию клубочков. Три кластера Pcdh, по-видимому, необходимы для придания аксонам OSN экспрессии различных OR, достаточного разнообразия для слияния в отдельных клубочках [149]. В целом, эти данные указывают на то, что несколько сигналов наведения взаимодействуют с OR, чтобы направлять сенсорные аксоны к их мишеням (Table 1).

Таблица 1 Молекулярные сигналы, которые участвуют в направлении проекций обонятельных сенсорных нейронов к обонятельной луковице

Одорантные рецепторы и активность нейронов

Развитие топографических карт регулируется сложным взаимодействием между активностью нейронов и молекулярными сигналами.Несмотря на центральную роль ОР в определении топографии обоняния, вызываемая запахом активность не оказывает существенного влияния на формирование сенсорной карты, что продемонстрировано несколькими трансгенными линиями мышей, несущими генетические мутации ключевых элементов пути трансдукции ОР, таких как Каналы CNG [150,151,152] и Golf [153]. Различные результаты наблюдались при удалении аденилатциклазы III (ACIII) [90,91,92]. Эта манипуляция предотвращает синтез цАМФ при активации OR.У этой линии аносмичных мышей слияние сенсорных аксонов с образованием клубочков было глубоко нарушено. Эти результаты указывают на то, что вызываемая запахом активность необязательна для формирования сенсорной карты, и подтверждают роль цАМФ, происходящего из OR, в слиянии подобных аксонов с образованием клубочков [34, 89, 116, 154, 155]. Действительно, среди генетических манипуляций, которые устраняют вызываемую запахом активность, только абляция ACIII нарушала формирование клубочков. Мутации в генах, кодирующих каналы CNG и Golf, отменяют реакцию на одоранты, но поддерживают синтез цАМФ, обеспечивая нормальное развитие сенсорной карты.

Напротив, спонтанная афферентная разрядка OSN играет критическую роль в уточнении и поддержании сенсорных проекций, хотя и не играет инструктивной роли в формировании сенсорной карты [156,157,158]. Примечательно, что в OSN OR определяют не только профиль реакции на одоранты, но и базальную активность. OSN, экспрессирующие разные OR, демонстрируют разную скорость спонтанного срабатывания [45, 46]. Кроме того, OSN, экспрессирующие неактивный мутантный OR (мутант DRY, см. выше и Imai, 2006), полностью лишены спонтанной активации, несмотря на способность генерировать потенциалы действия в ответ на инъекцию тока [45].В целом эти данные указывают на то, что спонтанная активация OR является источником спонтанного срабатывания OSN.

Чтобы выяснить, может ли спонтанная активация OR быть источником цАМФ, производного от OR, который, в свою очередь, регулирует сигналы наведения аксонов, Nakashima et al. (2013) создали трансгенную линию мышей, экспрессирующих бета-адренергические рецепторы (B-AR) под промотерами OR. Они разработали этот подход, поскольку первоначальные эксперименты с ОР не увенчались успехом из-за большого количества различных ОР и отсутствия кристаллической структуры ОР, что затрудняет скрининг спонтанной активности ОР.Известно, что B-AR проявляет независимую от лиганда активность, что приводит к базовому уровню цАМФ (см. выше). Накашима и др. (2013) обнаружили, что мутанты с измененным уровнем базальной активности изменяют уровни транскрипции Neuropilin1 и Plexin1, что, в свою очередь, нарушает положение клубочков вдоль оси AP. Экспрессия молекул адгезии, таких как Kirrel2 и Kirrel3, не была затронута [48]. В более поздней работе Nakashima et al. (2019) [159] обнаружили, что OSN, экспрессирующие разные OR, демонстрируют разный спонтанный профиль транзиентов Ca2+, что подтверждает результаты, полученные в предыдущих работах, связанные со скоростью спонтанного срабатывания OSN [45, 46].Чтобы выяснить, как спонтанная активность OSN может влиять на экспрессию сигналов наведения аксонов, они использовали оптогенетическую стимуляцию OSN. Они обнаружили, что короткий всплеск активности регулирует экспрессию Kirrel2, в то время как длительная стимуляция индуцирует экспрессию Semaphorin7A и protocadeherin 10 [154, 159]. Поэтому еще предстоит выяснить, играет ли спонтанная афферентная активность инструктивную роль [48, 159] или разрешающую роль [156, 158].

Реакции обонятельных рецепторов человека на одоранты

Семейство генов обонятельных рецепторов человека

Аннотация

Люди воспринимают огромное разнообразие химических веществ как имеющие различные запахи.Восприятие запаха начинается в носу, где одоранты обнаруживаются большим семейством обонятельных рецепторов (ОР). OR имеют различные белковые последовательности, но могут быть отнесены к подсемействам на основе взаимоотношений последовательностей. Члены одного и того же подсемейства имеют родственные последовательности и, вероятно, распознают структурно родственные одоранты. Чтобы понять механизмы, лежащие в основе восприятия запаха, мы проанализировали семейство генов OR человека. Путем поиска в базе данных генома человека мы идентифицировали 339 интактных генов OR и 297 псевдогенов OR. Определение их геномной локализации показало, что гены OR неравномерно распределены по 51 локусу на 21 хромосоме человека. Сравнение последовательностей показало, что семейство OR человека состоит из 172 подсемейств. Типы пахучих структур, которые могут быть распознаны некоторыми подсемействами, были предсказаны путем идентификации подсемейств, содержащих ОР с известными запаховыми лигандами или человеческими гомологами таких ОР. Анализ хромосомного расположения членов каждого подсемейства OR показал, что большинство подсемейств кодируются одним хромосомным локусом.Более того, многие локусы кодируют только одно или несколько подсемейств, указывая на то, что разные части генома могут до некоторой степени участвовать в обнаружении различных типов запаховых структурных мотивов.

Начальным событием в восприятии запаха является обнаружение одорантов обонятельными (одорантными) рецепторами (ОР), которые расположены на обонятельных чувствительных нейронах в обонятельном эпителии носа (1–4). OR представляют собой рецепторы, связанные с G-белком, с семью трансмембранными доменами, которые кодируются большим мультигенным семейством (1, 5).Это семейство сохранилось в ходе эволюции позвоночных, но его предполагаемый размер колеблется от ≈100 генов у рыб (6) до более ≈1000 у мышей (7, 8, 36).

Обнаружение и кодирование запаха семейством OR являются комбинаторными: каждый OR распознает несколько одорантов (9–18), но разные одоранты обнаруживаются и, таким образом, кодируются разными комбинациями OR (11). Семейство OR можно разделить на подсемейства, члены которых имеют родственные белковые последовательности (1). Одоранты, обнаруженные одним и тем же ОР, имеют родственную структуру (9–18).Кроме того, ОР, принадлежащие к одному и тому же подсемейству, могут обнаруживать одоранты со сходной структурой (11, 14). Это говорит о том, что каждое подсемейство может быть предназначено для обнаружения определенного класса пахучих структур. Однако это не исключает признания того или иного класса одорантов различными подсемействами (11). Гены OR могут быть обнаружены во многих хромосомных локусах, но очень родственные OR часто находятся в одном и том же локусе (7, 8, 19–23, 36), что повышает вероятность того, что разные части генома в той или иной степени вовлечены в Распознавание различных типов одорантов.

Предыдущие исследования предоставили информацию о количестве генов OR человека и некоторую информацию о расположении генов OR в хромосомах (21, 24). Однако структура подсемейства человеческого семейства OR неизвестна. Более того, сообщаемый состав семейства OR человека был основан на ранних незаконченных версиях последовательности генома человека, и, кроме того, сообщалось о точном расположении хромосом только для некоторых генов OR (21).

Чтобы получить более полное представление о репертуаре OR человека, мы провели всесторонний анализ состава семейства генов OR человека, его хромосомной организации, структуры его подсемейства и взаимосвязи между его хромосомной организацией и структурой подсемейства. Эти исследования делают прогнозы относительно функциональной сложности семейства OR человека и потенциальной роли различных хромосомных локусов в восприятии различных запахов.

Методы

Поиск в базе данных. Первоначальный поиск tblastn для человеческих генов OR был выполнен с использованием последовательностей генома человека, содержащихся в готовой (nr) и черновой (htgs) базах данных Национального центра биотехнологической информации (NCBI) (сборка 32 данных) (www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST). Мотивы консервативной последовательности OR, используемые в качестве запросов, включали трансмембранный домен 3 MAYDRYVAIC (TM3) и его варианты, MALDRYVAIC и MAFDRYVAIC и KAFSTCASH (TM6). Семь различных OR мышей также использовали в качестве запросов в отдельных поисках tblastn. Короткие пептидные последовательности использовали при поиске tblastn до тех пор, пока не были получены новые последовательности OR. Нуклеотидная последовательность (≈2 т. п.н.), содержащая каждое совпадение, была извлечена из базы данных, а затем переведена с помощью ORF Finder (www.ncbi.nlm.nih.gov/gorf/gorf.html), чтобы получить закодированную последовательность белка.

Белок считался OR, если он кодировался кодирующей областью размером ≈1 т.п.н. и содержал четыре мотива последовательности OR (GN; MAYDRYVAIC, KAFSTCASH и PMLNPFIY) или их варианты в соответствующих положениях. Когда последовательности, удовлетворяющие этим критериям, использовались в качестве запросов при поиске blastp в базе данных NCBI nr, они неизменно показывали наилучшее совпадение с известными OR. Последовательности с одним или несколькими, но не со всеми четырьмя мотивами, использовались в качестве запросов в таких поисках и считались OR, если их лучшие совпадения были с известными OR.Кодирующие последовательности, которые содержали стоп-кодоны или сдвиги рамки считывания, считались псевдогенами, но были исключены чрезвычайно псевдогенизированные последовательности и изолированные фрагменты генов.

Выравнивание последовательности. Нуклеотидные и аминокислотные последовательности были выровнены с помощью clustalw 1.83 (Европейская лаборатория молекулярной биологии – Европейский институт биоинформатики, Кембридж, Великобритания). Выравнивания были визуально проверены и отредактированы по мере необходимости. Окончательное выравнивание использовалось для создания неукорененных филогенетических деревьев (clustalw 1.83). Идентичность последовательностей нуклеотидов и белков определяли с использованием функции расстояний Genetics Computer Group (пакет GCG Wisconsin Package, Accelrys, San Diego). Затем нескорректированную матрицу расстояний использовали для присвоения OR подсемействам, в которых все члены подсемейства были по крайней мере на 60% идентичны всем другим членам в последовательности белков. Члены одного и того же подсемейства демонстрировали сильную филогенетическую группировку. Значения начальной загрузки обычно составляли ≥50%.

Для идентификации ближайших человеческих гомологов ОР грызунов с известными лигандами запаха (9–14, 16–18) последовательность каждого ОР грызунов использовали в качестве запроса для поиска (tblastn) в базе данных последовательностей генома человека NCBI (сборка 32). .

Неукорененное филогенетическое дерево на рис. 2 было получено с использованием белковых последовательностей 339 ОР человека, 23 ОР грызунов с известными запаховыми лигандами и 28 ОР нескольких видов рыб (NCBI).

Рис. 2.

Филогенетическое дерево отношений последовательностей между OR. Это дерево сравнивает 339 членов семейства ОР человека, 23 ОР грызунов с известной функцией и 28 ОР рыб.Зеленые ветви представляют OR рыб, а красные ветви представляют OR человека и грызунов с известной специфичностью запаха. Обнаруженные одоранты указаны возле кончика каждой красной ветки. Большинство человеческих гомологов ОР грызунов для алифатических одорантов расположены в одной отдельной ветви дерева. Эта ветвь (заштрихованная серым цветом) также содержит все ОР рыб, что указывает на отдаленную эволюционную связь между рецепторами алифатических одорантов и ОР рыб.

Хромосомная локализация. Чтобы определить физическое расположение всех 636 генов OR человека, последовательность кодирующей области каждого гена была использована для поиска (бластн) в собранной базе данных генома человека NCBI. С помощью программы просмотра карт NCBI (www.ncbi.nlm.nih.gov/cgi-bin/Entrez/map_search) удалось определить хромосомное расположение 630 из 636 генов OR человека.

Результаты

Состав семейства генов OR человека. Сначала мы попытались идентифицировать полный репертуар человеческих ОР. Используя различные OR и мотивы последовательностей OR в качестве последовательностей запроса, мы провели тщательный поиск последовательностей, кодирующих OR, в 93% генома человека, доступных в готовых и черновых базах данных NCBI (25) (см. Methods ). Затем мы извлекли последовательность ДНК в области каждого совпадения и исследовали кодируемый ею белок. Гены OR имеют неинтронные кодирующие области размером ≈1 т.п.н., что облегчает их анализ (1). Классификация в качестве гена OR была основана на наличии консервативных мотивов последовательности OR в кодируемом белке и, в сомнительных случаях, на результатах поиска blastp в базе данных белков NCBI.Небольшие фрагменты OR-генов, в том числе те, которые могут быть фрагментами сильно псевдогенизированных OR-генов, не были включены в наш анализ. Чтобы исключить аллельные варианты, хромосомное расположение пар генов с идентичностью последовательностей ≥99% сравнивали с использованием базы данных последовательностей генома человека, собранной NCBI.

Эти исследования идентифицировали 636 генов OR человека, 339 из которых имеют открытые рамки считывания размером ≈1 т.п.н., кодирующие полноразмерные OR. Идентичность последовательностей среди 339 интактных генов OR составляет 34–99%.Чтобы оценить эффективность наших методов поиска, мы спросили, были ли гены ОР человека, находящиеся в базе данных ОР (http://senselab.med.yale.edu/senselab/ORDB) и идентифицированные другими методами (например, ПЦР), были включены в число выявленных нами. Девяносто семь процентов (41/42) проверенных генов были включены в наш набор, что свидетельствует о высокой эффективности нашей стратегии поиска. Учитывая, что сборка генома человека была завершена на ≈93% во время наших поисков, идентифицированные нами 339 интактных генов OR, вероятно, представляют почти полный репертуар человеческих OR.

Хромосомная организация генов OR человека. Затем мы определили хромосомное расположение каждого интактного гена OR и псевдогена OR, изучив хромосомную принадлежность клона, в котором он был обнаружен. В этих исследованиях мы идентифицировали 51 разный локус гена OR, которые распределены по 21 разной хромосоме (рис. 1, табл. 1). Единственными хромосомами, в которых отсутствуют гены OR, являются хромосомы 8 и 20 и Y-хромосома.

Инжир.1.

Расположение генов OR человека в хромосомах. Шестьсот тридцать генов OR были локализованы в 51 различном хромосомном локусе, распределенном по 21 хромосоме человека. Локусы OR, содержащие один или несколько интактных генов OR, обозначены красным цветом; локусы, содержащие только псевдогены, обозначены зеленым цветом. Цитогенетическое положение каждого локуса показано слева, а его расстояние в мегабазах от кончика малого плеча хромосомы показано справа (хромосома-Mb). В скобках указано количество OR-генов в каждом локусе, а количество OR-генов на каждой хромосоме указано ниже. Большинство человеческих гомологов OR грызунов для n- алифатических одорантов обнаруживаются в одном локусе, хромосоме 11p15.

Таблица 1.
Состав отдельных локусов генов OR

Существует большая вариабельность числа OR-генов в отдельных локусах OR-генов (1–116 OR-генов) и на разных хромосомах (0–318 OR-генов) (рис. 1, табл. 1). Процент генов OR, которые являются псевдогенами, также варьирует среди локусов (0–100%) (таблица 1).Из 51 локуса генов OR 13 имеют только псевдоген(ы), 38 имеют по крайней мере один интактный ген OR и 27 имеют более одного интактного гена OR. Таким образом, 38 локусов потенциально функциональны.

В соответствии с предыдущими сообщениями о OR генах во многих субтеломерных и перицентромерных локусах (20), субтеломерные и перицентромерные локусы составляют, соответственно, 12/51 и 14/51 локусов OR генов и 8/38 и 11/38 локусов с по крайней мере один интактный ген OR. Отношение интактных OR генов к OR псевдогенам в этих локусах существенно не отличается от других OR локусов, что противоречит идее о том, что гены в субтеломерных и перицентромерных локусах могут быть более восприимчивы к мутациям и псевдогенизации (26).

Структура подсемейства человеческого семейства OR. Затем мы проанализировали структуру подсемейства человеческого семейства OR. Мы использовали критерий того, что члены одного и того же подсемейства ≥60% идентичны по аминокислотной последовательности (27), поскольку было обнаружено, что ОР с 60% или более идентичностью последовательности распознают структурно родственные одоранты (ссылки 11 и 14; К. Нара). , PAG и LBB, неопубликованная работа).

Эти исследования показали, что семейство OR человека можно разделить на 172 подсемейства (см. Таблицу 5, опубликованную в качестве дополнительной информации на веб-сайте PNAS).Большое количество подсемейств подчеркивает обширную изменчивость OR и согласуется со способностью семейства OR взаимодействовать с пахучими химическими веществами различной структуры. Размеры подсемейств ОР человека колеблются от одного до девяти ОР (табл. 2). Из 172 подсемейств ОР 94 (55%) содержат только один ОР. Из остальных подсемейств 73 насчитывают от двух до шести членов, а пять — от восьми до девяти членов. Таким образом, подсемейства OR могут различаться по размеру до 9 раз.

Таблица 2.Распределение размеров человеческих OR подсемейств

Генные локусы OR и подсемейства OR. Чтобы исследовать возможные связи между структурой подсемейства человеческого семейства OR и хромосомной организацией генов OR, мы определили хромосомное расположение генов, кодирующих членов каждого из 172 человеческих подсемейств OR (таблица 5).

Эти исследования показали, что большинство подсемейств кодируются генами в одном хромосомном локусе (табл. 3).Из 78 подсемейств, состоящих более чем из одного члена, 79% (62/78) кодируются генами в одном локусе. Дополнительные 8% (шесть подсемейств) кодируются генами в соседних локусах. Только 10/78 подсемейств (13%) кодируются генами, расположенными на разных хромосомах или в далеко отстоящих друг от друга локусах на одной и той же хромосоме. Эта организация подчеркивает важную роль локальной дупликации и дивергенции генов в эволюции семейства генов OR. В результате этих процессов разные хромосомные локусы кодируют разные подсемейства OR и, следовательно, могут участвовать в восприятии разных запахов.

Таблица 3.
Хромосомное распределение генов, кодирующих отдельные подсемейства OR

Затем мы определили состав подсемейств отдельных локусов генов OR (таблица 3). Эти исследования показали, что 42% (16/38) локусов ОР с одним или несколькими интактными генами ОР кодируют только одно подсемейство ОР, включая 11 локусов, кодирующих только один ОР. Еще 29% этих локусов (11/38) кодируют членов от двух до четырех подсемейств; остальные 29% кодируют ОР, принадлежащие к 5–35 подсемействам. Таким образом, большинство локусов OR кодируют только одно или несколько подсемейств. При этом каждый локус уникален по составу своего подсемейства.

Возможные функции подсемейств OR и локусов генов. Чтобы изучить потенциальную роль отдельных подсемейств OR и локусов генов OR в восприятии запаха, мы обратились к OR с известной специфичностью запаха. Сообщалось о лигандах в общей сложности для двух ОР человека (13, 18) и 23 ОР грызунов (9–12, 14, 16, 17). Этот набор включает ОР, которые распознают одоранты с различной структурой, а также различные воспринимаемые запахи, в том числе сладкие, цветочные, травяные, древесные, прогорклые и потные.Пятнадцать OR грызунов обнаруживают n- алифатических одорантов, но алифатические одоранты, которые они распознают, различаются по длине углеродной цепи, функциональной группе и воспринимаемому запаху.

В первоначальных исследованиях мы искали ближайший человеческий гомолог каждой OR грызунов с известной функцией, используя OR грызунов в качестве поискового запроса, сначала в наборе из 339 человеческих OR, которые мы идентифицировали, а затем в базе данных транслированных последовательностей генома человека. Для двух ОР грызунов не было значимого совпадения, а для другого наиболее близким совпадением был продукт псевдогена, но для остальных 19 ОР грызунов ближайшим гомологом был ОР человека, который был на 62–87% идентичен ОР грызунов ( Таблица 4).Возможно, что гомологи человека и мыши являются истинными ортологами, но сложность семейства OR не позволяет сделать это определение. Однако эти межвидовые гомологи столь же тесно связаны, как и члены одного и того же подсемейства, и поэтому, вероятно, имеют сходные функциональные отношения (28). Другими словами, ОР человека и мыши с 70% идентичностью с такой же вероятностью распознают один и тот же тип одорантов, как и два ОР мыши с 70% идентичностью.

Таблица 4.Возможные связи между локусами OR-гена и распознаванием запаха

На рис. 2 показано филогенетическое дерево взаимоотношений последовательностей среди 339 ОР человека, 23 ОР грызунов с известными лигандами (20 с близкими человеческими гомологами и 3 без них) и 28 ОР, идентифицированных у рыб. Поразительно, но большинство (10/15) ОШ грызунов для алифатических одорантов расположены в одной отдельной ветви дерева. В соответствии с предыдущими отчетами (27, 29, 30), эта ветвь также содержит все рыбные OR.Следовательно, ОР млекопитающих в этой ветви, включая рецепторы алифатических одорантов, могут иметь отдаленное эволюционное родство с ОР рыб. Примечательно, что все 46 человеческих OR в этой ветви кодируются в одном и том же локусе, хромосоме 11p15.4.

Затем мы исследовали хромосомное расположение генов, кодирующих два ОР человека с известной специфичностью запаха и ближайших человеческих гомологов ОР грызунов с известными лигандами запаха (таблица 4). OR человека, который распознает гелионал, ароматический метиловый эфир метилкетона со сладким запахом сена, расположен на хромосоме 17p13.3. Гены, кодирующие ближайшие человеческие гомологи рецепторов грызунов для lyral, алкилзамещенного циклогексанового альдегида; лимонен, ароматический углеводород; и карвон, замещенный циклогексон, обнаружены в разных хромосомных локусах (хромосомы 1q22, 5q35. 3 и 9q34.11 соответственно). Напротив, гены, кодирующие 10 из 12 гомологов OR грызунов для n- алифатических одорантов, обнаружены в одном и том же локусе (хромосома 11p15.4). Эти результаты подтверждают идею о том, что разные локусы, по крайней мере, в некоторой степени, участвуют в обнаружении разных классов одорантов.

Из 10 OR генов на хромосоме 11p15.4, которые кодируют гомологи OR грызунов для n- алифатических одорантов, восемь сгруппированы в дистальном 2.0-Mb сегменте локуса, тогда как два расположены более проксимально. Всего дистальный локус содержит 56 интактных генов OR, принадлежащих к 35 различным подсемействам. Гены, кодирующие гомологи ОР грызунов для алифатических одорантов, принадлежат восьми из этих подсемейств, которые вместе насчитывают 30 членов. Удивительно, но хотя 43 гена в дистальном сегменте этого локуса кодируют ОР, принадлежащие 29 различным подсемействам, все эти ОР расположены в одной и той же ветви филогенетического древа, описанного выше (рис. 2). Кроме того, все 43 OR имеют заряженные остатки в определенных положениях в трансмембранных доменах 4 и 5 (данные не показаны), необычная черта, присущая многим OR грызунов для алифатических одорантов (11), а также многим OR рыб. Эти находки предполагают, что многие, возможно, даже все ORs, кодируемые на хромосоме 11p15.4, могут распознавать n- алифатических одорантов.

Обсуждение

В этих исследованиях мы определили полный репертуар генов OR в базе данных генома человека NCBI и определили хромосомное расположение каждого гена OR.Затем мы проанализировали структуру подсемейства семейства OR человека, расположение в хромосомах генов, кодирующих членов каждого подсемейства, и состав подсемейства каждого хромосомного локуса, который содержит интактные гены OR. Наконец, мы использовали информацию об OR млекопитающих с известной специфичностью запаха для изучения потенциальных взаимосвязей между обнаружением запаха и подсемействами OR и генными локусами.

Эти исследования показывают, что у человека имеется 636 генов OR, 339 из которых интактны и, следовательно, вероятно, кодируют функциональные рецепторы запаха в носу.Точно так же исследования более ранних менее полных версий последовательности генома человека выявили 322 и 347 интактных генов OR соответственно (21, 24). Поскольку последовательность генома человека была завершена на 93% во время наших анализов, наши результаты опровергают предположение о том, что у людей может быть до 1000 различных генов OR (21).

Наши исследования локализовали гены OR человека в 51 различном локусе на 21 хромосоме человека. Они также определили количество интактных генов OR и псевдогенов в каждом локусе.Результаты показывают, что 38 хромосомных локусов имеют один или несколько интактных генов OR и, следовательно, вероятно, участвуют в восприятии запаха. При определении мегабазных координат и состава каждого локуса OR эти исследования значительно расширили результаты предыдущих исследований, которые дали обзор распределения генов OR человека, но предоставили точное местоположение только для некоторых локусов OR (8, 20, 21, 26, 27, 29–35).

Анализ родственных последовательностей между ОР человека показал, что семейство ОР человека состоит из 172 подсемейств, члены которых на 60% или более идентичны по последовательности белка.Определение подсемейств, используемое здесь, было основано на наблюдениях, что ОШ, идентичные на ≥60%, могут распознавать одоранты с родственными структурами (ссылки 11 и 14; К.К. Нара, П.А.Г. и Л.Б.Б., неопубликованная работа). Таким образом, подсемейства, определяемые этим критерием, вероятно, более релевантны для функционального понимания семейства OR, чем «семейства» OR, определяемые порогом идентичности 40% и/или филогенетической кластеризацией (24, 27).

Идентификация 172 человеческих подсемейств OR подчеркивает чрезвычайное разнообразие человеческого семейства OR.Текущая информация об одорантах, обнаруживаемых отдельными ОР, предполагает модель, в которой каждое подсемейство распознает определенный класс одорантных структур или структурных особенностей (11, 14). В этой модели члены одного и того же подсемейства будут распознавать частично перекрывающиеся наборы пахучих веществ, что позволит точно различать пахучие вещества с близкородственными структурами. Хотя некоторые одоранты предположительно могут быть обнаружены OR только в одном подсемействе, предыдущие исследования показывают, что по крайней мере некоторые одоранты распознаются OR, которые идентичны <60% и, следовательно, принадлежат к разным подсемействам (11).

Очерчивание подсемейств OR обеспечивает шаблон для исследования функциональной организации репертуара OR. Настоящие исследования делают первоначальную попытку в этом направлении, идентифицируя подсемейства, которые содержат OR человека с известными лигандами запаха или ближайшими человеческими гомологами OR грызунов с определенной специфичностью запаха. Этот анализ предсказывает типы пахучих структур, которые могут быть обнаружены 20 различными подсемействами OR человека и их 54 членами, что составляет 15% от общего репертуара. Однако следует отметить, что необходимы дальнейшие исследования для проверки надежности этого метода прогнозирования и определения степени, в которой отдельные ОС могут взаимодействовать с одорантами различной структуры.

Эти исследования показали, что подавляющее большинство подсемейств OR кодируются генами в одном локусе. Более того, 42% функциональных локусов OR кодируют только одно подсемейство OR, а еще 29% кодируют только два-четыре подсемейства. Эти находки позволяют предположить, что разные хромосомные локусы могут в какой-то степени быть посвящены распознаванию различных типов пахучих структурных особенностей.Одорант, обнаруженный одним подсемейством, может включать один локус, тогда как одорант, обнаруженный комбинацией подсемейств, может включать комбинацию локусов.

Хотя локус гена OR может быть специализирован для распознавания запахов с определенными типами структур, этот локус не обязательно коррелировать с определенным классом воспринимаемых запахов. Как группа, гомологи OR грызунов, кодируемые в одном локусе, хромосома 11p15.4, обнаруживают n- алифатических одорантов с похожими углеродными цепями, но разными функциональными группами.Люди воспринимают эти одоранты как запахи, такие же разные, как прогорклый и апельсиновый. Однако в случае, когда все члены структурного класса пахучих веществ имеют родственные запахи, задействованный гипотетический локус гена OR может быть связан не только с распознаванием данного класса пахучих структур, но также и с определенным типом запаха, например мятным. или сладкий.

Примечание добавлено в пробу. По состоянию на январь 2004 г. следующие гены больше не представлены в базе данных последовательностей генома человека: hOR1-51, hOR11-10, hOR11-163, hOR12-NP1 и hOR15-4.

Благодарности

Мы благодарим Xiaolan Ye и Manjula Subramanian за помощь в анализе последовательности и других сотрудников лаборатории Buck за полезные предложения. Этот проект был поддержан Медицинским институтом Говарда Хьюза и грантами от Национальных институтов здравоохранения (Национальный институт глухоты и других коммуникативных расстройств), Министерства обороны (Армейское исследовательское управление) и Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São. Пауло (Б.М.).

Сноски

• ↵
  § Кому должна быть адресована корреспонденция. Электронная почта: lbuck{at}fhcrc.org.

• ↵
  † Б.М. и П.А.Г. в равной мере внесли свой вклад в эту работу.

• Сокращения: OR, обонятельный рецептор; NCBI, Национальный центр биотехнологической информации.

• Депонирование данных: последовательность, о которой сообщается в этой статье, была депонирована в базе данных GenBank (номер доступа BK004190–BK004820).

• Copyright © 2004, Национальная академия наук

Химические чувства: обоняние и вкус (раздел 2, глава 9) Неврология в Интернете: электронный учебник по неврологии | Кафедра нейробиологии и анатомии

Восприятие вкуса пищи требует разнообразного взаимодействия нескольких сенсорных систем.Вкус и обоняние являются основными системами для различения вкусов. Однако тактильные, термические и ноцицептивные сенсорные воздействия слизистой оболочки полости рта влияют на качество пищи. Слюна также является важным фактором в поддержании остроты вкусовых рецепторов клеток (рис. 9.1). Его механизмы действия включают; действует как растворитель для полярных растворенных веществ, транспортирует растворенные вещества к вкусовым рецепторам, буферизует действие кислой пищи и репаративное действие на эпителий языка.

9.1 Вкусовая система

Последние технические достижения в области нейрофизиологии позволили идентифицировать физиологические механизмы передачи сигналов для обнаружения и различения различных вкусовых стимулов клетками вкусовых рецепторов.

Морфология вкусовых рецепторов и типы клеток

Вкусовые луковицы расположены на сосочках и распределены по поверхности языка. Вкусовые луковицы также находятся на слизистой оболочке неба и надгортанника. Эти грушевидные структуры содержат около 80 клеток, расположенных вокруг центральной вкусовой поры (рис. 9.2).

Клетки вкусовых рецепторов представляют собой видоизмененные нейроэпителиальные клетки веретенообразной формы, простирающиеся от основания до верхушки вкусовых рецепторов. Белки потенциалзависимых каналов для Na ⁺ , K ⁺ и Ca ²⁺ присутствуют в плазматической мембране, а белки K ⁺ -зависимых каналов расположены в большем количестве на апикальной мембране вкусовых клеток. Синаптические пузырьки присутствуют вблизи верхушки и базальной области во многих вкусовых клетках. Микроворсинки каждой вкусовой клетки выступают во вкусовые поры, которые сообщаются с растворенными веществами на поверхности языка. Эти рецепторные клетки иннервируются афферентными нервными волокнами, проникающими в базальную мембрану.Нервные волокна сильно разветвляются и получают синаптический вход от клеток вкусовых рецепторов. Группа нерецепторных столбчатых клеток и базальных клеток присутствуют во вкусовых сосочках. Базальные клетки мигрируют из соседнего эпителия языка в почки и дифференцируются во вкусовые рецепторные клетки, которые заменяются примерно каждые 9-10 дней.

Транспортировка растворенных веществ

Вкусовые растворенные вещества переносятся во вкусовые поры и диффундируют через слой жидкости, чтобы вступить в контакт с белками мембранных рецепторов на микроворсинках и апикальной мембране. Вкусовая чувствительность зависит от концентрации вкусовых молекул, а также от их растворимости в слюне. Многие гидрофобные растворенные вещества с горьким вкусом взаимодействуют с белком, связывающим запах, вырабатываемым железами фон Эбнера в задней части языка.

Сенсорная трансдукция

Вкусовые ощущения могут быть вызваны многими разнообразными вкусовыми растворами. Характер изменения мембранного потенциала включает деполяризацию, деполяризацию с последующей гиперполяризацией или только гиперполяризацию.Потенциалы действия во вкусовых рецепторных клетках приводят к увеличению притока Ca ²⁺ через потенциалзависимые мембранные каналы с высвобождением Ca ²⁺ из внутриклеточных запасов. В ответ на этот катион высвобождается нейротрансмиттер, который продуцирует синаптические потенциалы в дендритах чувствительных нервов и потенциалы действия в афферентных нервных волокнах (рис. 9.3).

Соли

Вкус солей опосредуется ионами Na ⁺ , которые не взаимодействуют с мембранным рецептором, а диффундируют через канал Na ⁺ , расположенный в микроворсинках и апикальной мембране. Анионы, такие как Cl ^–, придают соленый вкус, но анионы транспортируются в эти клетки парацеллюлярным путем. Приток этих ионов соли вызывает деполяризацию апикальной мембраны (рис. 9.3).

Кислота и кислый вкус

Протон водорода кислот и кислых продуктов может проникать через каналы Na ⁺ или через мембранный белок, переносящий протоны (рис. 9.4). Некоторые кислоты блокируют выход К ⁺ в микроворсинки. Результирующий приток протонов или снижение проводимости K ⁺ будет инициировать рецепторные потенциалы в ответ на качество кислого вкуса.

Сладкий

Сладкие на вкус растворенные вещества, сахара и родственные им вещества связываются с белками мембранных рецепторов, которые связаны с белком G-s (густдуцином), который активирует аденилатциклазу (AC).Зависимая от циклического АМФ (цАМФ) протеинкиназа (PKA) уменьшает отток K ⁺ в апикальную мембрану и вызывает деполяризацию мембраны (рис. 9.5). Некоторые сладкие растворенные вещества и не содержащие сахара подсластители взаимодействуют с белком мембраны рецептора через G-белок, который активирует фосфолипазу C. Синтезируется вторичный мессенджер, инозитолтрифосфат (IP ₃ ), который высвобождает Ca ²⁺ из внутриклеточных запасов. Накопление Ca ²⁺ деполяризует клетку, высвобождая нейротрансмиттер в синапсе.

Горький

Растворенные вещества с горьким вкусом включают многие нетоксичные и токсичные алкалоиды, гидрофильный хинин и некоторые двухвалентные ионы. Трансдукция горького вкуса включает несколько механизмов: 1) блокирование оттока К ⁺ рядом гидрофильных горьких веществ создает деполяризующий потенциал; 2) взаимодействие с рецептором мембранного рецептора, сопряженного с G-белком, гастдуцином, и активация цАМФ-зависимой протеинкиназы с блокировкой каналов К ⁺ ; и 3) включает рецепторный белок, связанный с G-белком, и активацию фосфолипазы С, что приводит к гидролизу субстрата до IP ₃ , высвобождая Ca ²⁺ из внутриклеточных запасов.

Эти механизмы передачи вкуса были идентифицированы у лабораторных животных и, вероятно, присутствуют в микроворсинках и апикальной мембране клеток вкусовых рецепторов у людей. Предполагается, что пятое вкусовое качество, умами, взаимодействует с управляемым лигандом инотропным рецептором глутамата, связанным с гастдуцином и белками мембраны канала Ca ²⁺ .

Вкусовые стимулы вызывают деполяризующие и гиперполяризующие потенциалы в отдельных вкусовых клетках. Возбуждение потенциалзависимых каналов Na ⁺ , K ⁺ и Ca ²⁺ может генерировать потенциалы действия, которые распространяются в направлении базальной области вкусовой клетки.Эти токи открывают потенциалзависимые каналы Ca ²⁺ вблизи основания вкусовых клеток, что приводит к последующему высвобождению нейротрансмиттера. Эти медиаторы диффундируют через синаптическую щель и приводят к инициации потенциалов действия в афферентных нервных волокнах.

Распространение нейронного кода в центр вкуса

Исторически предсказывалось, что на поверхности языка существуют региональные различия для каждого вкусового качества (например, сладкий на кончике, кислый и соленый на боковых сторонах, горький в задней области).Тем не менее, исследования вкуса, проведенные на нейронной реакции целых черепных нервов, показывают, что продукты, похожие по вкусу, вызывают определенную активность. Эти паттерны активности являются ключом к коду вкуса, который возникает во многих различных вкусовых клетках и нейронах, реагирующих на определенный вкусовой стимул. Это открытие указывает на то, что ни одно отдельное волокно не проводит только одно вкусовое качество (например, сладкое или кислое), хотя оно может лучше реагировать на одно качество и меньше всего на другое. Признание того, что ветви нервных волокон иннервируют несколько клеток внутри и между вкусовыми сосочками, указывает на то, что популяция сенсорных нервных волокон, активируемых вкусовым стимулом, передает нейронный код вкусового качества.

Ветви лицевого черепно-мозгового нерва, chorda tympani, иннервируют вкусовые луковицы в области передних 2/3 языка и части мягкого неба. Языкоглоточный иннервирует заднюю 1/3 языка. И блуждающий, и языкоглоточный нервы иннервируют глотку и надгортанник. Аксоны этих трех черепных нервов оканчиваются на 2 сенсорных нейронах ^{-го и} -го порядка в ядре солитарного тракта. Из этого места в ростральном мозговом веществе аксоны проецируются в парабрахиальное ядро ​​у низших животных, но не у человека.У человека волокна нейронов 2^-го -го порядка проходят через ипсилатеральный центральный тракт покрышки к сенсорным нейронам 3^-го -го порядка в вентропо-заднем медиальном ядре (VPM) таламуса. VPM проецируется на ипсилатеральную вкусовую кору , расположенную рядом с постцентральной извилиной, представляющей язык, или на островковую кору. См. рисунки 9.6 и 9.7.

9. 2 Обонятельная система

Обонятельная система человека является чрезвычайно различительной и чувствительной хемосенсорной системой .Люди могут различать от 1000 до 4000 запахов. Все эти запахи можно разделить на шесть основных групп; цветочный, фруктовый, пряный, смолистый, жженый и гнилостный (обратитесь к рисунку 9.1). Восприятие запахов начинается с вдыхания и транспорта летучих ароматов к обонятельной слизистой оболочке, расположенной билатерально в дорсально-задней области носовой полости.

Морфология обонятельной слизистой оболочки и типы клеток

Слизистая оболочка обоняния состоит из слоя столбчатого эпителия, окружающего миллионы обонятельных нейронов, которые являются единственными нейронами, сообщающимися с внешней средой и подвергающимися постоянной замене.Базальные клетки вблизи собственной пластинки претерпевают дифференцировку и развиваются в эти нейроны примерно каждые 5-8 недель. Глиоподобные столбчатые клетки окружают и поддерживают биполярные нейроны. Эти столбчатые клетки имеют микроворсинки на вершине и секретируют слизь, которая наслаивается на поверхность обонятельной слизистой оболочки (рис. 9.8).

Биполярные обонятельные нейроны имеют один дендрит, который направлен к апикальной слизистой оболочке. Концевые окончания дендритов уплощены и имеют 5-25 ресничек, которые на поверхности погружены в слизистую оболочку. Каждая ресничка может иметь до 40 специфических рецепторных мембранных белков для взаимодействия с различными молекулами одорантов. Плотность этих рецепторов огромна для человека, но значительно выше у многих низших животных.

Растворение молекул пахучих веществ и взаимодействие с сенсорными рецепторами

Несвязанные гидрофильные молекулы запаха диффундируют через слой слизи, в то время как гидрофобные запахи должны связываться со специфическими связывающими запах белками, чтобы транспортироваться к каждой ресничке для взаимодействия со специфическими рецепторами. Все эти рецепторы имеют одинаковую общую структуру, семь гидрофобных трансмембранных областей, но аминокислотные последовательности внутри цилиндров, охватывающих мембрану, чрезвычайно разнообразны, что позволяет различать большое количество запахов.

Преобразование обонятельных стимулов

Молекулы пахучих веществ обратимо связываются с различными белками рецепторной мембраны, которые связаны с группой белков G-s, называемой G _olf . Активация аденилатциклазы приводит к образованию цАМФ с активацией катионных каналов Ca ²⁺ / Na ⁺ .Основным эффектом притока этих ионов является деполяризация и генерация генераторного потенциала (рис. 9.9). Генерируемые ионные токи регулируются в зависимости от скорости потока молекул одоранта и их концентрации. Участки суммарных генераторных потенциалов встречаются на обонятельной слизистой оболочке, создавая специфический пространственный паттерн активности для каждой стимулирующей молекулы запаха, что может способствовать нейронному кодированию запахов. Эти пространственные реакции на обонятельной слизистой оболочке могут быть зарегистрированы (электролфактограммы) с помощью поверхностных электродов.

Распространение потенциалов действия и конвергенция в обонятельной луковице

Результирующий приток Na ⁺ и Ca ²⁺ вызывает деполяризующий генераторный потенциал, который распространяется на аксонный холмик. Там генерируются потенциалы действия, которые распространяются на синаптические окончания обонятельной луковицы (рис. 9.9).

Частота потенциала действия пропорциональна концентрации конкретных молекул запаха. Однако частота потенциала действия будет уменьшаться за счет адаптации или десенсибилизации рецептора и снижения продукции цАМФ.

Быстрая адаптация и удаление одорантов позволяют постоянно распознавать и различать новые ароматы, вдыхаемые в следующем дыхательном цикле. Потенциалы действия, генерируемые в окончаниях аксонов активированных нейронов, распространяются в клубочки внутри обонятельной луковицы. В обонятельных луковицах много различных типов нейронов, и они имеют ламинарное распределение. На вентральной стороне обонятельных луковиц находится слой клубочков. Это место, где окончания аксонов нескольких тысяч обонятельных нейронов синапсируются с многочисленными дендритами крупных митральных клеток и пучковых клеток.Интернейроны, такие как тормозные перигломерулярные клетки, образуют синапс с нервными окончаниями в соседних клубочках.

Миллионы аксонных волокон сходятся всего на нескольких тысячах клубочков внутри каждой луковицы, образуя синапс примерно с 75 000 митральных клеток (см. рис. 9.10) и вдвое большим числом пучковых/перигломерулярных клеток. Митральные клетки представляют собой 2 сенсорных нейрона ^{-го и} -го порядка, аксоны которых входят в обонятельный тракт и восходят к обонятельной коре. Эта конвергенция/расхождение между аксонами обонятельных нейронов и специализированными клетками обонятельной луковицы генерирует возбуждающие постсинаптические потенциалы (ВПСП) в дендритах митральных клеток и последующие потенциалы действия.Латеральное ингибирование перигломерулярными клетками модулирует активность в соседних клубочках, иннервируемых другими митральными и пучковыми клетками. На сложный паттерн интеграции нейронов для различения различных пахучих молекул указывают механизмы конвергенции/дивергенции с возбуждением/торможением этих 2 сенсорных нейронов ^{-го и} -го порядка. Эта сложность связана с признанием того, что ни один запах не стимулирует определенную группу обонятельных нейронов. Скорее, нейронный код создается активацией множества рецепторов и нейронов.

9.3 Нервный путь в обонятельную кору

Аксоны митральных и пучковых клеток выступают каудально в обонятельный тракт. Волокна расходятся и образуют синапсы с нейронами переднего обонятельного ядра (АОН). Аксоны от AON переходят на противоположную сторону полушария через переднюю комиссуру.Большинство аксонов обонятельной луковицы расходятся латерально и образуют латеральный обонятельный тракт, который синапсирует с ядрами обонятельной коры. Это грушевидная кора (ПК), периамигдалоидная кора, часть миндалевидного тела и гиппокамп. Прямых переходов от обонятельной луковицы в таламус нет, но несколько волокон образуют синапсы с сенсорными нейронами 3-го порядка в дорсомедиальном ядре таламуса, которые проецируются в ипсилатеральное полушарие головного мозга (рис. 11).

9.4 Заключение

В заключение, многие обонятельные рецепторы реагируют более чем на одно качество запаха точно так же, как клетки вкусовых рецепторов. Кодирование первичного запаха зависит от интенсивности запаха и от популяционной реакции обонятельных нейронов. Во время нейронной обработки в обонятельной луковице происходит определенный разряд для одного одоранта и другая картина для другого одоранта. Этот сенсорный ввод должен быть обработан, прежде чем он будет передан в обонятельную кору для восприятия и распознавания индивидуального запаха.

Проверьте свои знания

Сенсорные нейроны второго порядка, отвечающие за вкус, расположены в

А. Инсула

Б. Амигдала

C. Одиночное ядро ​​

Д. Ункус

E. Ганглий тройничного нерва

Сенсорные нейроны второго порядка, отвечающие за вкус, расположены в

А. Инсула Этот ответ НЕВЕРНЫЙ.

Островковая доля не является местом расположения нейронов 2-го порядка, но имеет вкусовые и вегетативные области.

Б. Амигдала

C. Одиночное ядро ​​

Д. Ункус

E. Ганглий тройничного нерва

Сенсорные нейроны второго порядка, отвечающие за вкус, расположены в

А.Инсула

B. Миндалевидное тело Это НЕВЕРНЫЙ ответ.

Миндалевидное тело является основным компонентом лимбической системы и имеет области для обоняния.

C. Одиночное ядро ​​

Д. Ункус

E. Ганглий тройничного нерва

Сенсорные нейроны второго порядка, отвечающие за вкус, расположены в

А. Инсула

Б. Амигдала

C. Nucleus solitarius Это ПРАВИЛЬНЫЙ ответ!

Афференты от чувствительных нейронов 1-го порядка лицевого, языкоглоточного и блуждающего нервов оканчиваются на нейронах 2-го порядка в одиночном ядре.

Д. Ункус

E. Ганглий тройничного нерва

Сенсорные нейроны второго порядка, отвечающие за вкус, расположены в

А.Инсула

Б. Амигдала

C. Одиночное ядро ​​

Д. Ункус Это НЕВЕРНЫЙ ответ.

Ункус представляет собой небольшую извилину рядом с обонятельной корой.

E. Ганглий тройничного нерва

Сенсорные нейроны второго порядка, отвечающие за вкус, расположены в

А. Инсула

Б.Амигдала

C. Одиночное ядро ​​

Д. Ункус

E. Ганглий тройничного нерва Это НЕВЕРНЫЙ ответ.

Сенсорные нейроны первого порядка для сенсорного ввода из орофациальной области расположены в этом большом ганглии.

Все следующие утверждения о нейронах обонятельных рецепторов верны, КРОМЕ:

А.Эти специализированные нейроны заменяются примерно каждые 5-8 недель.

B. Каждый нейрон содержит рецепторы, специфичные для одной молекулы пахучего вещества.

C. Аксон каждого обонятельного нейрона синапсирует только в одном клубочке обонятельной луковицы.

D. Молекулы пахучих веществ взаимодействуют с рецепторами, связанными с G-белком, называемым Golf.

Все следующие утверждения о нейронах обонятельных рецепторов верны, КРОМЕ:

А. Эти специализированные нейроны заменяются примерно каждые 5-8 недель. Это НЕ исключение.

Обонятельные нейроны заменены базальными клетками.

B. Каждый нейрон содержит рецепторы, специфичные для одной молекулы пахучего вещества.

C. Аксон каждого обонятельного нейрона синапсирует только в одном клубочке обонятельной луковицы.

D. Молекулы пахучих веществ взаимодействуют с рецепторами, связанными с G-белком, называемым Golf.

Все следующие утверждения о нейронах обонятельных рецепторов верны, КРОМЕ:

A. Эти специализированные нейроны заменяются примерно каждые 5-8 недель.

B. Каждый нейрон содержит рецепторы, специфичные для одной молекулы пахучего вещества. Это исключение и неверное утверждение!

Обонятельные рецепторы взаимодействуют со многими молекулами различных запахов, генерируя нейронный код, который позволяет нам различать запахи.

C. Аксон каждого обонятельного нейрона синапсирует только в одном клубочке обонятельной луковицы.

D. Молекулы пахучих веществ взаимодействуют с рецепторами, связанными с G-белком, называемым Golf.

Все следующие утверждения о нейронах обонятельных рецепторов верны, КРОМЕ:

A. Эти специализированные нейроны заменяются примерно каждые 5-8 недель.

Б.Каждый нейрон содержит рецепторы, специфичные для одной молекулы пахучего вещества.

C. Аксон каждого обонятельного нейрона синапсирует только в одном клубочке обонятельной луковицы. Это НЕ исключение.

аксона каждого обонятельного нейрона взаимодействуют только с одним клубочком.

D. Молекулы пахучих веществ взаимодействуют с рецепторами, связанными с G-белком, называемым Golf.

Все следующие утверждения о нейронах обонятельных рецепторов верны, КРОМЕ:

А. Эти специализированные нейроны заменяются примерно каждые 5-8 недель.

B. Каждый нейрон содержит рецепторы, специфичные для одной молекулы пахучего вещества.

C. Аксон каждого обонятельного нейрона синапсирует только в одном клубочке обонятельной луковицы.

D. Молекулы пахучих веществ взаимодействуют с рецепторами, связанными с G-белком, называемым Golf. Это НЕ исключение.

Рецепторы взаимодействуют и производят высвобождение активного G-белка, который активирует цАМФ.

Какие из следующих клеток являются нейронами 2-го порядка с аксонами, отходящими в переднюю обонятельную кору?

А. Митральные клетки

B. Клетки клубочков

C. Перигломерулярные клетки

Д. Клетки-зерна

Какие из следующих клеток являются нейронами 2-го порядка с аксонами, отходящими в переднюю обонятельную кору?

A. Митральные клетки Это ПРАВИЛЬНЫЙ ответ!

Митральные клетки и пучковые клетки пластинки обонятельной луковицы посылают аксоны в обонятельную кору.

B. Клетки клубочков

C. Перигломерулярные клетки

Д.Клетки-зерна

Какие из следующих клеток являются нейронами 2-го порядка с аксонами, отходящими в переднюю обонятельную кору?

А. Митральные клетки

B. Клетки клубочков Ответ ПРАВИЛЬНЫЙ!

В обонятельной луковице нет гломерулярных клеток, но есть место, где многие нейроны обонятельных рецепторов сходятся на митральных и пучковых клетках.

С. Перигломерулярные клетки

D. Клетки-зерна

Какие из следующих клеток являются нейронами 2-го порядка с аксонами, отходящими в переднюю обонятельную кору?

А. Митральные клетки

B. Клетки клубочков

C. Перигломерулярные клетки Это НЕВЕРНЫЙ ответ.

Перигломерулярные клетки тормозят и посредством латерального ингибирования контролируют выход из клубочков.

D. Клетки-зерна

Какие из следующих клеток являются нейронами 2-го порядка с аксонами, отходящими в переднюю обонятельную кору?

А. Митральные клетки

B. Клетки клубочков

C. Перигломерулярные клетки

D. Клетки-зерна. Ответ НЕВЕРНЫЙ.

Клетки-зерна также модулируют активность митральных клеток и пучковых клеток.