Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der richtige Riecher: RUB-Forscher entschlüsseln Interaktion von Duftstoffen und Riechrezeptoren

13.12.2011
Angewandte Chemie: Dreidimensionale Struktur und Wasserstoffbrückenmuster aufgeklärt

Banane, Mango oder Aprikose – diese Gerüche zu unterscheiden, ist für die menschliche Nase kein Problem. Wie das Riechorgan so ähnliche Düfte auseinanderhält, fand ein interdisziplinäres Forscherteam der RUB heraus. Erstmals klärten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die dynamische dreidimensionale Struktur der Bindetasche eines Riechrezeptors auf.

Dabei fanden sie auch ein charakteristisches Muster von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Duftstoff und Rezeptor, das für die Selektivität der Riechsensoren entscheidend ist. Mit Computersimulationen konnte das RUB-Team vorhersagen, ob Duftmoleküle einen bestimmten Rezeptor aktivieren oder nicht. „Ein Traum von Wissenschaft und Industrie geht damit in Erfüllung“, sagt Riechexperte Prof. Dr. Dr. Dr. Hanns Hatt (Lehrstuhl für Zellphysiologie). Die Studie der Forscher wurde für das Titelblatt der Zeitschrift Angewandte Chemie (International Edition) ausgewählt.

Computermodell und lebende Zellen

Die menschliche Nase besitzt ungefähr 350 verschiedene Arten von Riechrezeptoren, die jeweils auf einen Duft oder wenige Düfte spezialisiert sind. „Der Rezeptor ist wie ein Türschloss, das nur durch den passenden Schlüssel geöffnet werden kann“, sagt Dr. Lian Gelis vom Lehrstuhl für Zellphysiologie. Wie genau das Schloss aufgebaut ist, war bislang unbekannt. Um das Rätsel zu lösen, erstellten Dr. Steffen Wolf und Prof. Dr. Klaus Gerwert (Lehrstuhl für Biophysik) zunächst ein Computermodell des menschlichen Riechrezeptors für Aprikosenduft. Im Modell mutierten sie verschiedene Bausteine (Aminosäuren) in der Bindetasche des Proteins und sagten vorher, ob diese Rezeptorvarianten Aprikosenduft binden oder nicht. Diese Vorhersagen überprüften Gelis und Hatt mittels „Ca2+-Imaging“ dann an den Rezeptoren im physiologischen System.

Tango der Moleküle

Auf diese Weise zeigten die Forscher, wie die Bindetasche strukturell beschaffen sein muss, damit der Aprikosenduftstoff den Rezeptor aktiviert. Mit molekulardynamischen Simulationen analysierten sie die beiden Bindungspartner dann genauer. Dabei stellten sie fest, dass sich im Verlauf der Interaktion zwischen Rezeptor und Duftmolekül bestimmte chemische Bindungen, Wasserstoffbrücken genannt, bilden und wieder trennen. „Es ist wie beim Tango, wenn die Tänzerin sich immer wieder von ihrem Partner löst und an anderer Stelle mit ihm trifft“, erklärt Gerwert. „Der Rezeptor nutzt das dynamische Wasserstoffbrückenmuster, um aktivierende von nicht aktivierenden Düften zu unterscheiden.“

Vorhersagen für andere Riechrezeptoren

Die Wissenschaftler bestimmten, wie viele molekulare Kontakte die Interaktionspartner bilden müssen, damit ein Duft einen Riechrezeptor aktiviert. Es gelang ihnen auch, ein Rezeptorprotein im Modell und im Experiment gezielt so zu manipulieren, dass es statt Aprikosenduft nun Papayaduft erkannte. „Die Erkenntnisse können helfen, gezielt ‚Super-Riechsensoren‘ für einen definierten Duft zu erzeugen“, so Hatt. „Da Riechrezeptoren nicht nur in der Nase, sondern auch in vielen anderen Geweben im menschlichen Körper vorkommen, zum Beispiel in der Prostata, in Spermien oder dem Darm, können die Ergebnisse dazu beitragen, neue therapeutische Ansätze zu entwickeln.“ Die Arbeiten wurden im Rahmen des SFB 642 durchgeführt. Die Stiftung Mercator unterstütze Prof. Gerwert mit einem Stipendium.

Titelaufnahme

L. Gelis, S. Wolf, H. Hatt, E.M. Neuhaus, K. Gerwert (2011): Prediction of a ligand-binding niche within a human olfactory receptor by combining site-directed mutagenesis with dynamic homology modeling, Angewandte Chemie, International Edition, doi: 10.1002/ange.201103980

Weitere Informationen

Prof. Dr. Klaus Gerwert, Lehrstuhl für Biophysik, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel.: 0234/32-24461

gerwert@bph.ruhr-uni-bochum.de

Prof. Dr. Dr. Dr. Hanns Hatt, Lehrstuhl für Zellphysiologie, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel.: 0234/32-24586

Hanns.Hatt@ruhr-uni-bochum.de

Angeklickt

„Early View”-Artikel in „Angewandte Chemie“
http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/(ISSN)1521-3773/earlyview
Lehrstuhl für Zellphysiologie
http://www.cphys.rub.de/index.htm
Lehrstuhl für Biophysik
http://www.bph.rub.de/
Redaktion
Dr. Julia Weiler

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie