घ्राण रिसेप्टर

घ्राण रिसेप्टर्स (ओआरएस), जिसे गंधक रिसेप्टर्स के रूप में भी जाना जाता है, घ्राण रिसेप्टर न्यूरॉन्स के कोशिका झिल्ली में व्यक्त कीमोरिसेप्टर हैं एवं गंधक (उदाहरण के लिए, यौगिक जिनमें गंध होती है) की जानकारी प्राप्त करने के लिए उत्तरदायी होते है जो गंध की भावना को उत्पन्न करते हैं। सक्रिय घ्राण रिसेप्टर्स तंत्रिका आवेगों को ट्रिगर करते हैं जो मस्तिष्क को गंध के विषय में जानकारी प्रेषित करते हैं। ये रिसेप्टर्स रोडोप्सिन जैसे रिसेप्टर्स के सदस्य हैं। जी प्रोटीन-युग्मित रिसेप्टर्स (जीपीसीआर) के वर्ग ए रोडोप्सिन जैसे परिवार के सदस्य हैं। घ्राण रिसेप्टर्स मनुष्यों में लगभग 800 जीनों एवं चूहों में 1400 जीनों से युक्त बहुजीन परिवार बनाते हैं।

अभिव्यक्ति
कशेरुकियों में, घ्राण रिसेप्टर्स सिलिया एवं घ्राण संवेदी न्यूरॉन्स एवं मानव वायुमार्ग के उपकला में सिलिया एवं सिनैप्स दोनों में स्थित होते हैं कीड़ों में, कीट घ्राण रिसेप्टर एंटीना (जीव विज्ञान) एवं अन्य रासायनिक संवेदी अंशो पर स्थित होते हैं। शुक्राणु कोशिकाएं गंध रिसेप्टर्स को भी व्यक्त करती हैं, जो अंडे की कोशिका का शोध करने के लिए कीमोटैक्सिस में सम्मिलित होने के विषय में विचार किया जाता है।

तंत्र
विशिष्ट लिगेंड को बाधित करने के अतिरिक्त, घ्राण रिसेप्टर्स गंध के अणुओं की श्रृंखला के लिए आत्मीयता प्रदर्शित करते हैं, एवं इसके विपरीत एकल गंधक अणु भिन्न-भिन्न समानता वाले कई घ्राण रिसेप्टर्स के लिए बाध्य हो सकता है, जो अणुओं के भौतिक-रासायनिक गुणों जैसे उनके आणविक आयतन पर निर्भर करते हैं। जब गंधक गंध रिसेप्टर से बंध जाता है, तो रिसेप्टर संरचनात्मक परिवर्तन से निर्वाहित है एवं यह घ्राण प्रकार जी प्रोटीन को घ्राण रिसेप्टर न्यूरॉन के अंदर गठित करता है एवं सक्रिय करता है। हेटरोट्रिमेरिक जी प्रोटीन परिवर्तन में लाईज़ ऐडीनाइलेट साइक्लेज को सक्रिय करता है, जो एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट को चक्रीय एएमपी (सीएएमपी) में परिवर्तित करता है। सीएएमपी चक्रीय न्यूक्लियोटाइड गेटेड आयन चैनल ओपन करता है जो कैल्शियम एवं सोडियम आयनों को कोशिका में प्रवेश करने की अनुमति देता है, घ्राण रिसेप्टर न्यूरॉन का विध्रुवण करता है एवं क्रिया क्षमता का प्रारम्भ करता है जो मस्तिष्क तक सूचना प्रदान करती है।

हजारों घ्राण रिसेप्टर्स के प्राथमिक अनुक्रम दर्जन से अधिक जीवों के जीनोम से जाने जाते हैं: वे सात-हेलिक्स ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन हैं, किन्तु अल्प रूप से संरचनाओं का समाधान किया गया है। उनके अनुक्रम विशिष्ट वर्ग एजीपीसीआर रूपांकनों को प्रदर्शित करते हैं, जो आणविक मॉडलिंग के साथ उनकी संरचनाओं के निर्माण के लिए उपयोगी हैं। गोलेबिओस्की, एमए एवं मत्सुनामी ने दर्शाया कि लिगेंड की मान्यता का तंत्र, चूँकि अन्य गैर-घ्राण वर्ग ए जीपीसीआर के समान है, विशेष रूप से हेलिक्स में घ्राण रिसेप्टर्स के लिए विशिष्ट अवशेष सम्मिलित हैं। सभी ओआरएस के तीन त्रिमासीय में अत्यधिक संरक्षित अनुक्रम है जो धातु आयन बाध्यकारी साइट है, एवं केनेथ एस सस्लिक ने प्रस्तावित किया है कि ओआरएस वास्तव में मेटालोप्रोटीन (अधिकतर जस्ता, तांबा एवं संभवतः मैंगनीज आयनों के साथ) हैं जो कई सुगंधित अणुओं के बंधन के लिए लुईस एसिड एवं बेस साइट के रूप में कार्य करते हैं। 1978 में रॉबर्ट एच. क्रैबट्री ने सुझाव दिया था कि सीयू (आई) धातु-रिसेप्टर साइट के लिए सबसे अधिक संभावना वाला उम्मीदवार है, जो कठोर गंध वाले वाष्पशील पदार्थों के लिए घ्राण में है, जो कि थिओल्स जैसे अच्छे धातु-समन्वय वाले लिगेंड भी होते हैं। 2012 में ज़ुआंग, मत्सुनामी एवं ब्लॉक ने चूहा ओआर, एमओआर244-3 के विशिष्ट स्तिथियों के लिए सस्लिक प्रस्ताव की पुष्टि की, यह दर्शाता है कि तांबा कुछ थिओल्स एवं अन्य सल्फर युक्त यौगिकों जानकारी प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। इस प्रकार, रसायन का उपयोग करके जो चूहा नाशिका में तांबे को बांधता है, जिससे तांबा रिसेप्टर्स के लिए उपलब्ध न हो, लेखकों ने दिखाया कि चूहे थिओल्स की जानकारी प्राप्त नहीं कर सके। चूँकि, इन लेखकों ने यह भी पाया कि एमओआर (MOR) 244-3 में ईसी 2 डोमेन में भिन्न रूपांकन दर्शाने के अतिरिक्त, सुस्लिक द्वारा बताई गई विशिष्ट धातु आयन बाइंडिंग साइट का अभाव है।

कुछ समय पूर्व ही विवादास्पद व्याख्या में, यह भी अनुमान लगाया गया है कि घ्राण रिसेप्टर्स वास्तव में क्वांटम सुसंगतता तंत्र के माध्यम से संरचनात्मक रूपांकनों के अतिरिक्त अणु के विभिन्न कंपन ऊर्जा स्तरों को ज्ञात कर सकते हैं। साक्ष्य के रूप में यह दर्शाया गया है कि मक्खियाँ दो गंध अणुओं के मध्य अंतर कर सकती हैं जो केवल हाइड्रोजन आइसोटोप में भिन्न होते हैं (जो अणु के कंपन ऊर्जा स्तरों को अत्यधिक परिवर्तित कर देगा)। न केवल मक्खियाँ गंधक के ड्यूटेरेटेड एवं नॉन-ड्युटेरेटेड रूपों के मध्य अंतर कर सकती हैं, वे अन्य उपन्यास अणुओं के लिए ड्यूटेरेटेडनेस की संपत्ति को सामान्य कर सकती हैं। इसके अतिरिक्त, उन्होंने उन अणुओं के लिए सीखे गए परिहार व्यवहार को सामान्यीकृत किया, जो डीयूटेरेटेड नहीं थे, किन्तु ड्यूटेरेटेड अणुओं के साथ महत्वपूर्ण प्रदोलन आकर्षण को व्यक्त करते थे, ऐसा तथ्य जिसके लिए ड्यूटिरेशन के अंतर भौतिकी को लेखांकन में कठिनाई होती है।

ड्यूटेरेशन सोखने की ऊष्मा एवं अणुओं के क्वथनांक एवं हिमांक (क्वथनांक: H के लिए 100.0 °C) को बदल देता है2D के लिए O बनाम 101.42 °C2ओ; गलनांक: एच के लिए 0.0 डिग्री सेल्सियस2डी के लिए ओ, 3.82 डिग्री सेल्सियस2हे), पीकेए (यानी, पृथक्करण स्थिरांक: 9.71x10-15 एच के लिए2ओ बनाम 1.95x10-15 डी के लिए2ओ, सीएफ। भारी पानी) एवं हाइड्रोजन बॉन्डिंग की ताकत। इस तरह के काइनेटिक आइसोटोप प्रभाव अत्यधिक सामान्य हैं, एवं इसलिए यह सर्वविदित है कि ड्यूटेरियम प्रतिस्थापन वास्तव में अणुओं के बाध्यकारी स्थिरांक को प्रोटीन रिसेप्टर्स में बदल देगा। यह दावा किया गया है कि मानव घ्राण रिसेप्टर्स कंपन ऊर्जा स्तर संवेदन द्वारा साइक्लोपेंटाडेकेनोन के ड्यूटेरेटेड एवं अनड्यूटरेटेड समस्थानिक  के मध्य  अंतर करने में सक्षम हैं। चूँकि  इस दावे को एक अन्य रिपोर्ट द्वारा चुनौती दी गई है कि मानव कस्तूरी-पहचानने वाला रिसेप्टर, OR5AN1 जो साइक्लोपेंटैडेकेनोन एवं muscone के लिए मजबूती से प्रतिक्रिया करता है, इन यौगिकों के इन विट्रो में आइसोटोपोमर्स को अलग करने में विफल रहता है। इसके अलावा, चूहा  (मिथाइलथियो) मेथेनेथिओल-पहचानने वाले रिसेप्टर, MOR244-3, साथ ही साथ अन्य चयनित मानव एवं चूहा  घ्राण रिसेप्टर्स, ने अपने संबंधित लिगेंड के सामान्य, ड्यूटेरेटेड एवं कार्बन -13 आइसोटोपोमर्स के समान प्रतिक्रिया व्यक्त की, कस्तूरी के साथ पाए जाने वाले समानांतर परिणाम रिसेप्टर OR5AN1। इसलिए यह निष्कर्ष निकाला गया कि प्रस्तावित कंपन सिद्धांत मानव कस्तूरी रिसेप्टर OR5AN1, चूहा  थिओल रिसेप्टर MOR244-3, या अन्य घ्राण रिसेप्टर्स की जांच पर लागू नहीं होता है। इसके अलावा, गंधकों की कंपन आवृत्तियों के प्रस्तावित इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण तंत्र को गैर-सुगंधित आणविक कंपन मोड के क्वांटम प्रभावों से आसानी से दबाया जा सकता है। इसलिए गंध के कंपन सिद्धांत के खिलाफ साक्ष्य की कई पंक्तियां तर्क देती हैं। इस बाद के अध्ययन की आलोचना की गई क्योंकि यह पूरे जीवों के बजाय एक डिश में कोशिकाओं का इस्तेमाल करता था एवं मानव भ्रूण के गुर्दे की कोशिकाओं में घ्राण रिसेप्टर को व्यक्त करने से घ्राण की जटिल प्रकृति का पर्याप्त रूप से पुनर्गठन नहीं होता है ...। जवाब में, दूसरे अध्ययन के लेखक कहते हैं कि भ्रूण के गुर्दे की कोशिकाएं नाक की कोशिकाओं के समान नहीं हैं .. किन्तु अगर आप रिसेप्टर्स को देख रहे हैं, तो यह दुनिया की सबसे अच्छी प्रणाली है। घ्राण प्रणाली में मेटालोप्रोटीन की खराबी को अमाइलॉइडल आधारित न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों के साथ संबंध रखने के लिए परिकल्पित किया गया है।

विविधता
स्तनधारी [[जीनोम]] में 1,000 से अधिक विभिन्न गंध रिसेप्टर्स हैं, जो जीनोम में लगभग 3% जीन का प्रतिनिधित्व करते हैं। चूँकि, ये सभी संभावित गंध रिसेप्टर जीन अभिव्यक्त एवं कार्यात्मक नहीं हैं। मानव जीनोम परियोजना  से प्राप्त आंकड़ों के विश्लेषण के अनुसार, मनुष्यों में घ्राण रिसेप्टर्स के लिए लगभग 400 कार्यात्मक जीन कोडिंग हैं, एवं शेष 600 उम्मीदवार स्यूडोजेन हैं। बड़ी संख्या में विभिन्न गंध रिसेप्टर्स का कारण संभव के रूप में कई भिन्न-भिन्न गंधों के मध्य भेदभाव करने के लिए एक प्रणाली प्रदान करना है। फिर भी, प्रत्येक गंध रिसेप्टर एक गंध का पता नहीं लगाता है। बल्कि प्रत्येक व्यक्तिगत गंध रिसेप्टर को व्यापक रूप से कई समान गंधक संरचनाओं द्वारा सक्रिय करने के लिए ट्यून किया जाता है।  प्रतिरक्षा प्रणाली के अनुरूप, घ्राण रिसेप्टर परिवार के भीतर मौजूद विविधता उन अणुओं की अनुमति देती है जिनका पहले कभी सामना नहीं किया गया है। चूँकि, प्रतिरक्षा प्रणाली के विपरीत, जो वी (डी) जे पुनर्संयोजन | इन-सीटू पुनर्संयोजन के माध्यम से विविधता उत्पन्न करता है, हर एक घ्राण रिसेप्टर एक विशिष्ट जीन से अनुवादित होता है; इसलिए जीनोम का बड़ा हिस्सा एन्कोडिंग या जीन के लिए समर्पित है। इसके अलावा, अधिकांश गंध एक से अधिक प्रकार के गंध रिसेप्टर को सक्रिय करते हैं। चूँकि घ्राण ग्राहियों के संयोजकों की संख्या बहुत बड़ी है, घ्राण ग्राही प्रणाली बहुत बड़ी संख्या में गंधक अणुओं के मध्य  का पता लगाने एवं उनमें अंतर करने में सक्षम है।

गंध रिसेप्टर्स के अनाथ रिसेप्टर को इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल एवं इमेजिंग तकनीकों का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है ताकि गंध प्रदर्शनों की सूची के लिए एकल संवेदी न्यूरॉन्स की प्रतिक्रिया प्रोफाइल का विश्लेषण किया जा सके। इस तरह के डेटा गंध की धारणा के दहनशील कोड के गूढ़ रहस्य का रास्ता खोलते हैं। OR अभिव्यक्ति की ऐसी विविधता घ्राण की क्षमता को अधिकतम करती है। एकल न्यूरॉन में मोनोलेलिक या अभिव्यक्ति दोनों एवं न्यूरॉन आबादी में OR अभिव्यक्ति की अधिकतम विविधता घ्राण संवेदन की विशिष्टता एवं संवेदनशीलता के लिए आवश्यक है। इस प्रकार, घ्राण रिसेप्टर सक्रियण एक दोहरे उद्देश्य वाली डिज़ाइन समस्या है। गणितीय मॉडलिंग एवं कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, तियान एट अल ने एक विकसित रूप से अनुकूलित तीन-परत विनियमन तंत्र का प्रस्ताव दिया, जिसमें ज़ोनल अलगाव, एपिजेनेटिक बैरियर क्रॉसिंग एक नकारात्मक प्रतिक्रिया लूप एवं एक एन्हांसर प्रतियोगिता चरण सम्मिलित है। . यह मॉडल न केवल मोनोलेलिक या अभिव्यक्ति को दोहराता है, बल्कि यह भी स्पष्ट करता है कि कैसे घ्राण प्रणाली अधिकतम होती है एवं OR अभिव्यक्ति की विविधता को बनाए रखती है।

परिवार
घ्राण रिसेप्टर परिवार के लिए एक जीन नामकरण प्रणाली तैयार की गई है एवं इन रिसेप्टर्स को एन्कोड करने वाले जीन के लिए आधिकारिक मानव जीनोम प्रोजेक्ट (मानव जीनोम संगठन) प्रतीकों का आधार है। व्यक्तिगत घ्राण रिसेप्टर परिवार के सदस्यों के नाम प्रारूप ORnXm में हैं जहां: उदाहरण के लिए, घ्राण रिसेप्टर परिवार 1 के सबफ़ैमिली ए के पहले समस्थानिक में OR1A1।
 * या मूल नाम है (घ्राण रिसेप्टर सुपरफैमिली)
 * n = एक परिवार का प्रतिनिधित्व करने वाला एक पूर्णांक (उदाहरण के लिए, 1-56) जिसके सदस्यों की अनुक्रम पहचान 40% से अधिक है,
 * X = एक एकल अक्षर (A, B, C, ...) एक सबफ़ैमिली को दर्शाता है (>60% अनुक्रम पहचान), एवं
 * एम = एक व्यक्तिगत परिवार के सदस्य (प्रोटीन आइसोफॉर्म) का प्रतिनिधित्व करने वाला एक पूर्णांक।

घ्राण रिसेप्टर्स (> 60% अनुक्रम पहचान) के एक ही उपपरिवार से संबंधित सदस्य संरचनात्मक रूप से समान गंध वाले अणुओं को पहचानने की संभावना रखते हैं। मनुष्यों में घ्राण रिसेप्टर्स के दो प्रमुख वर्गों की पहचान की गई है: कक्षा I के रिसेप्टर्स हाइड्रोफिलिक गंधकों का पता लगाने के लिए विशिष्ट हैं जबकि द्वितीय श्रेणी के रिसेप्टर्स अधिक हाइड्रोफोबिक यौगिकों का पता लगाएंगे।
 * कक्षा I (मछली जैसे रिसेप्टर्स) या परिवार 51-56
 * वर्ग II (टेट्रापोड विशिष्ट रिसेप्टर्स) या परिवार 1-13

विकास
कशेरुकियों में घ्राण रिसेप्टर जीन परिवार को जीन दोहराव एवं जीन रूपांतरण जैसी जीनोमिक घटनाओं के माध्यम से विकसित होते दिखाया गया है। अग्रानुक्रम दोहराव के लिए एक भूमिका का साक्ष्य इस तथ्य को प्रदान किया जाता है कि एक ही जीन क्लस्टर में एक ही फाइलोजेनेटिक क्लेड से संबंधित कई घ्राण रिसेप्टर जीन स्थित हैं। इस बिंदु तक, या जीनोमिक समूहों का संगठन मनुष्यों एवं चूहों के मध्य अच्छी तरह से संरक्षित है, भले ही कार्यात्मक या गिनती इन दो प्रजातियों के मध्य  काफी भिन्न है। इस तरह के जन्म एवं मृत्यु के विकास ने कई OR जीनों के खंडों को एक साथ लाकर गंधक बाध्यकारी साइट विन्यास को उत्पन्न एवं विकृत कर दिया है, जिससे नए कार्यात्मक या जीन के साथ-साथ स्यूडोजेन भी बन गए हैं। कई अन्य स्तनधारियों की तुलना में, प्राइमेट्स में अपेक्षाकृत कम संख्या में कार्यात्मक या जीन होते हैं। उदाहरण के लिए, अपने सबसे हाल के सामान्य पूर्वज (MRCA) से विचलन के बाद से, चूहों ने कुल 623 नए OR जीन प्राप्त किए हैं, एवं 285 जीन खो दिए हैं, जबकि मनुष्यों ने केवल 83 जीन प्राप्त किए हैं, किन्तु 428 जीन खो दिए हैं। चूहों में कुल 1035 प्रोटीन-कोडिंग या जीन होते हैं, मनुष्यों में 387 प्रोटीन-कोडिंग या जीन होते हैं। दृष्टि प्राथमिकता परिकल्पना में कहा गया है कि प्राइमेट्स में रंग दृष्टि के विकास ने घ्राण पर प्राइमेट निर्भरता को कम किया हो सकता है, जो प्राइमेट्स में घ्राण रिसेप्टर स्यूडोजेन के संचय के लिए जिम्मेदार चयनात्मक दबाव की छूट की व्याख्या करता है। चूँकि, हाल के साक्ष्य ने दृष्टि प्राथमिकता परिकल्पना को अप्रचलित कर दिया है, क्योंकि यह भ्रामक डेटा एवं मान्यताओं पर आधारित थी। परिकल्पना ने माना कि कार्यात्मक या जीन किसी दिए गए जानवर की घ्राण क्षमता से संबंधित हो सकते हैं। इस दृष्टि से, कार्यात्मक या जीन के अंश में कमी से गंध की भावना में कमी आएगी; उच्च स्यूडोजेन काउंट वाली प्रजातियों में भी घ्राण क्षमता कम होगी। यह धारणा त्रुटिपूर्ण है। कुत्ते, जिन्हें सूंघने की अच्छी समझ के लिए जाना जाता है, कार्यात्मक या जीन की सबसे बड़ी संख्या नहीं है। इसके अतिरिक्त, स्यूडोजेन कार्यात्मक हो सकते हैं; 67% मानव या स्यूडोजेन मुख्य घ्राण उपकला में व्यक्त किए जाते हैं, जहां संभवतः जीन अभिव्यक्ति में उनकी नियामक भूमिका होती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि दृष्टि प्राथमिकता परिकल्पना ने पुराने विश्व बंदरों की शाखा में कार्यात्मक या जीनों का भारी नुकसान माना, किन्तु यह निष्कर्ष केवल 100 या जीनों से कम-रिज़ॉल्यूशन डेटा पर आधारित था। इसके बजाय उच्च-रिज़ॉल्यूशन अध्ययन इस बात से सहमत हैं कि प्राइमेट्स ने MRCA से मनुष्यों की हर शाखा में OR जीन खो दिया है, यह दर्शाता है कि प्राइमेट्स में OR जीन रिपर्टरीज के अध: पतन को केवल दृष्टि में बदलती क्षमताओं द्वारा समझाया नहीं जा सकता है। यह दिखाया गया है कि आधुनिक मानव घ्राण रिसेप्टर्स में नकारात्मक चयन अभी भी शिथिल है, यह सुझाव देते हुए कि आधुनिक मनुष्यों में न्यूनतम कार्य का कोई पठार अभी तक नहीं पहुंचा है एवं इसलिए घ्राण क्षमता अभी भी कम हो सकती है। यह भविष्य के मानव अनुवांशिक विकास के लिए पहला सुराग प्रदान करने के लिए माना जाता है।

डिस्कवरी
2004 में लिंडा बी बक एवं रिचर्ड एक्सल ने अपने कार्य के लिए फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार जीता घ्राण रिसेप्टर्स पर। 2006 में, यह दिखाया गया था कि गंधक रिसेप्टर्स का एक अन्य वर्ग - जिसे ट्रेस अमाइन-एसोसिएटेड रिसेप्टर्स (TAARs) के रूप में जाना जाता है - वाष्पशील अमाइन का पता लगाने के लिए मौजूद हैं। TAAR1 को छोड़कर, मनुष्यों में सभी कार्यात्मक TAAR घ्राण उपकला में व्यक्त किए जाते हैं। घ्राण रिसेप्टर्स की एक तीसरी श्रेणी जिसे वोमरोनसाल रिसेप्टर्स के रूप में जाना जाता है, की भी पहचान की गई है; वोमेरोनसाल रिसेप्टर्स फेरोमोन रिसेप्टर्स के रूप में कार्य  करते हैं।

कई अन्य जीपीसीआर के साथ, घ्राण रिसेप्टर्स के लिए परमाणु स्तर पर प्रायोगिक संरचनाओं की अभी भी कमी है एवं संरचनात्मक जानकारी समरूपता मॉडलिंग  विधियों पर आधारित है। विषम प्रणालियों में घ्राण रिसेप्टर्स की सीमित कार्यात्मक अभिव्यक्ति, चूँकि, उन्हें ख़राब करने के प्रयासों में बहुत बाधा उत्पन्न हुई है (एकल घ्राण रिसेप्टर्स की प्रतिक्रिया प्रोफाइल का विश्लेषण करें)। देशी एल्डिहाइड रिसेप्टर्स की आबादी के "गंध स्थान" को चिह्नित करने के लिए यह पहली बार आनुवंशिक रूप से इंजीनियर रिसेप्टर, OR-I7 द्वारा पूरा किया गया था।

यह भी देखें

 * फैंटोस्मिया
 * रिसेप्टर (जैव रसायन)
 * अमाइन-जुड़े रिसेप्टर का पता लगाएं
 * सुगंधित यौगिक
 * स्यूडोजेन्स
 * जीन परिवार

बाहरी संबंध

 * Olfactory Receptor Database
 * Human Olfactory Receptor Data Exploratorium (HORDE)