Geruchsrezeptor (Protein)

Geruchsrezeptoren (synonym olfaktorische Rezeptoren) sind auf chemische Reize reagierende Rezeptoren (Chemorezeptoren), die insbesondere an der Wahrnehmung des Geruchs (olfaktorische Wahrnehmung) beteiligt sind. Darüber hinaus kommen Geruchsrezeptoren auch in Organen vor, die nicht an der Geruchswahrnehmung beteiligt sind (z. B. in der Leber und in den Hoden). Geruchsrezeptoren sind G-Protein-gekoppelte Rezeptoren. Die Zahl unterschiedlicher Geruchsrezeptoren des Menschen beträgt etwa 350, während der Hund etwa 1200 verschiedene Geruchsrezeptoren besitzt.

Synonym wird der Begriff Geruchsrezeptor in der Physiologie auch für Nervenzellen verwendet, die für die olfaktorische Wahrnehmung verantwortlich sind (siehe Geruchsrezeptor (Zelle)).

Biochemie

Selektivität

Geruchsrezeptoren sind Zielmoleküle für Geruchsstoffe, die an diese anbinden und den Geruchsrezeptor aktivieren können. Dabei zeigen Geruchsrezeptoren eine Selektivität für unterschiedliche Geruchsstoffe. Am extrazellulären Ende des Geruchsrezeptors, der siebenmal die Zellmembran durchspannt, bildet das Rezeptorprotein eine Tasche. Diese Tasche stellt eine Andockstelle für das Duftmoleküle dar, mit der es sich nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip verbinden kann. Auf Grund ihrer Struktur können sich nur bestimmte Moleküle mit der Tasche verbinden. Daher ist der Geruchsrezeptor für dieses bestimmte Molekül oder eine Gruppe von strukturell ähnlichen Molekülen spezifisch. Geringfügige Änderungen der Proteinstruktur führen jedoch zu Änderungen der gesamten Konformation der Andockstelle und der Spezifität des Geruchsrezeptors.

Signaltransduktion

Signaltransduktion des Geruchsrezeptors

Nach Anbindung des Geruchsstoffs an das Rezeptorprotein kommt es zu einer Konformationsänderung jenes Proteins und zu einer Aktivierung des angehängten G-Proteins (G_olf). Dieser Komplex aus Rezeptor- und G-Protein ist für die Weiterleitung des Geruchsreizes in das Zellinnere verantwortlich (Signaltransduktion). Er aktiviert das Enzym Adenylylzyklase, welches die Umwandlung von ATP zu cAMP katalysiert, und damit die Konzentration dieses Second Messengers in den Cilien erhöht. Dieser Second Messenger aktiviert seinerseits Proteinkinasen, welche Ionenkanäle an der Zellmembran öffnen können und somit das Membranpotential beeinflussen. Bei diesen Kanälen handelt es sich um zwei unterschiedliche Ionenkanäle. Der erste ist ein unspezifischer Kanal, durch den positive Natrium- und Calciumionen in das Zellinnere einströmen können. Der Einstrom des Kalziums aktiviert den zweiten Ionenkanal, der spezifisch für negative Chlorionen ist, die nun aus der Zelle ausströmen. Die Folge ist eine Depolarisation, die ein Aktionspotential am Axonhügel des Geruchsrezeptors erzeugen kann. Dieses Signal wird über den Riechkolben und später den Tractus olfactorius zur Auswertung der olfaktorischen Wahrnehmung in das Zentralnervensystem übertragen.

Erforschung

Den in jüngster Zeit größten Erfolg bei der Erforschung des Geruchssinns gelang den beiden amerikanische Forschern Linda Buck und Richard Axel, die mit ihren Genforschungen etwa 1000 für die Geruchsrezeptoren verantwortlichen Gene identifizieren konnten und dafür 2004 den Medizinnobelpreis erhielten. Dies sind ungefähr 3% des menschlichen Erbguts. Diese Gene bestimmen die Proteinstruktur des Rezeptorproteins und damit seine Spezifität. Zurzeit sind nur 6 der 350 Geruchsrezeptoren des Körpers näher erforscht.