Docking theory of olfaction
घ्राण के डॉकिंग सिद्धांत का सुझाव है कि एक गंध अणु की गंध गंध [एक लिगैंड] और एक या अधिक जी प्रोटीन-युग्मित गंध रिसेप्टर्स (नाक के उपकला में पाए जाने वाले) के बीच कमजोर गैर-सहसंयोजक अंतःक्रियाओं की एक श्रृंखला के कारण होती है। इनमें अंतर-आणविक बल शामिल हैं, जैसे कि द्विध्रुव-द्विध्रुव और वैन डेर वाल्स अंतःक्रियाओं के साथ-साथ हाइड्रोजन बंधन। अधिक विशिष्ट प्रस्तावित अंतःक्रियाओं में धातु-आयन, आयन-आयन, कैटायन-पाई और पाई-स्टैकिंग शामिल हैं। अंतःक्रियाएँ हाइड्रोफोबिक प्रभाव से प्रभावित हो सकती हैं। संरचनात्मक परिवर्तनों का रिसेप्टर्स के साथ बातचीत पर भी महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है, क्योंकि लिगेंड को सबसे कम ऊर्जा की संरचना में हुए बिना लिगेंड के साथ बातचीत करते हुए दिखाया गया है। जबकि गंध पहचानने के इस सिद्धांत को पहले घ्राण के आकार सिद्धांत के रूप में वर्णित किया गया है, जो मुख्य रूप से आणविक आकार और आकार पर विचार करता है, इस पहले के मॉडल को अधिक सरल बनाया गया है, क्योंकि दो गंधों में समान आकार और आकार हो सकते हैं लेकिन वे अलग-अलग अंतर-आणविक बलों के अधीन हैं और इसलिए गंध रिसेप्टर्स के विभिन्न संयोजनों को सक्रिय करते हैं, जिससे उन्हें मस्तिष्क द्वारा अलग-अलग गंध के रूप में अलग किया जा सकता है। मॉडल के अन्य नाम, जैसे "लॉक एंड की" और "हैंड इन ग्लव्स" भी गलत नाम हैंः केवल 396 अद्वितीय घ्राण रिसेप्टर्स हैं और एक गंध और रिसेप्टर के बीच एक-से-एक सहसंबंध के लिए बहुत अधिक अलग-अलग गंध हैं। नेचर में 2023 में प्रकाशित एक मौलिक पत्र में जो डॉकिंग सिद्धांत के उपरोक्त विवरण के अनुरूप है, बिलेसबोल और सहकर्मी पहली बार एक मानव की संरचना या एक गंध द्वारा सक्रिय, अर्थात् प्रोपियोनेट द्वारा सक्रिय OR51E2 का निर्धारण करने के लिए क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हैं। लेखक इंगित करते हैं कि "प्रोपियोनेट OR51E2 में एक छोटी सी गुहा में बांधता है जो बाहरी विलायक से पूरी तरह से जुड़ा होता है। यह दो प्रकार के संपर्कों के माध्यम से जुड़ता है-विशिष्ट आयनिक और हाइड्रोजन बंधन, और गैर-विशिष्ट हाइड्रोफोबिक संपर्क। बाइंडिंग पॉकेट के विशिष्ट आकार के कारण, OR51E2 को प्रोपियोनेट के लिए विशिष्ट कहा जाता है और "लंबी कार्बन श्रृंखलाओं वाले फैटी एसिड से नहीं जुड़ता है"। घ्राण का डॉकिंग सिद्धांत पहले अन्य जी प्रोटीन-युग्मित रिसेप्टर्स के ज्ञात गुणों पर निर्भर था जिन्हें क्रिस्टलीकृत किया गया है, साथ ही एक संभावित घ्राण रिसेप्टर मॉडल का उत्पादन करने के लिए ज्ञात प्राथमिक संरचना को दी गई संरचनात्मक भविष्यवाणियों पर भी निर्भर था। हालाँकि घ्राण ग्राही अन्य जी प्रोटीन-युग्मित ग्राही के समान होते हैं, लेकिन प्राथमिक संरचना में उल्लेखनीय अंतर हैं जो सटीक तुलना को व्यवहार्य नहीं बनाते हैं। इस वजह से, अनुमानित घ्राण ग्राही संरचनाओं को नई संरचना-भविष्यवाणी करने वाले सॉफ़्टवेयर के विकास से सहायता मिली है। इस डेटा से, सरल गंध-ग्राही बंधन मॉडल को अधिक सूक्ष्म विचारों में विकसित किया गया है जो लचीले अणुओं के विरूपण पर विचार करते हैं ताकि बंधन भागीदारों के साथ इष्टतम बातचीत हो सके। ये संशोधन मॉडल को गैर-घुलनशील जी-प्रोटीन युग्मित रिसेप्टर्स के आणविक डॉकिंग के बारे में जो ज्ञात है, उसके बेहतर अनुरूप होने में मदद करते हैं। 1949 में इतिहास, आर. डब्ल्यू. मोनक्रीफ ने अमेरिकी परफ्यूमर में "गंध क्या हैः एक नया सिद्धांत" नामक एक लेख प्रकाशित किया, जिसमें गंध के आकार-आधारित सिद्धांत का प्रस्ताव करने के लिए आकार-आधारित आणविक अंतःक्रियाओं की लिनस पॉलिंग की धारणा का उपयोग किया गया। इसने घ्राण के पुराने कंपन सिद्धांत को हटा दिया, और आकार के अलावा गैर-सहसंयोजक अंतःक्रियाओं की एक श्रृंखला को अधिक सटीक रूप से प्रतिबिंबित करने के लिए घ्राण के डॉकिंग सिद्धांत का नाम बदल दिया, जो वाणिज्यिक सुगंध रसायन विज्ञान और शैक्षणिक आणविक जीव विज्ञान दोनों में मुख्यधारा का सिद्धांत बना हुआ है। मोनक्रीफ द्वारा इस सिद्धांत को प्रस्तावित करने के तीन साल बाद, जॉन अमूर ने आगे अनुमान लगाया कि मानव घ्राण प्रणाली द्वारा अलग की जा सकने वाली दस हजार से अधिक गंध प्रत्येक के लिए गंध रिसेप्टर्स से संबंधित सात बुनियादी प्राथमिक गंधों के संयोजन के परिणामस्वरूप होती है, जितना कि दृश्य प्रकाश में कथित रंगों का स्पेक्ट्रम तीन प्राथमिक रंग रिसेप्टर्स के सक्रियण से उत्पन्न होता है। अमूर की सात प्राथमिक गंधों में पसीने वाली, शुक्राणुयुक्त, मछलीदार, मल्टी, मूत्र और कस्तूरी शामिल थीं। उनका सबसे विश्वसनीय काम कैम्फोरसियस गंध पर किया गया था, जिसके लिए उन्होंने एक अर्धगोलाकार साकेट रखा था जिसमें गोलाकार अणु, जैसे कि कैम्फर, साइक्लोऑक्टेन और नैफ्थलीन बांध सकते थे। जब लिंडा बक और रिचर्ड एक्सेल ने 1991 में घ्राण रिसेप्टर्स पर अपने नोबेल पुरस्कार विजेता शोध को प्रकाशित किया, तो उन्होंने चूहों में घ्राण के लिए उपयोग किए जाने वाले 1,000 जी-प्रोटीन-युग्मित रिसेप्टर्स की पहचान की। चूंकि वर्तमान में ज्ञात सभी प्रकार के जी-प्रोटीन रिसेप्टर्स अत्यधिक विशिष्ट संरचनाओं (आकारों) और गैर-सहसंयोजक अंतःक्रियाओं के साथ अणुओं के बंधन (डॉकिंग) के माध्यम से सक्रिय होते हैं, इसलिए यह माना जाता है कि घ्राण रिसेप्टर्स एक समान तरीके से काम करते हैं। मानव घ्राण प्रणालियों पर आगे के शोध ने 347 घ्राण रिसेप्टर्स की पहचान की। पहले नामित आकार सिद्धांत का एक हालिया संस्करण, जिसे ओडोटोप सिद्धांत या कमजोर आकार सिद्धांत के रूप में भी जाना जाता है, का मानना है कि सक्रिय रिसेप्टर्स का एक संयोजन किसी भी एक गंध के लिए जिम्मेदार है, जैसा कि एक रिसेप्टर, एक आकार, एक गंध के पुराने मॉडल के विपरीत है। ओडोटोप मॉडल में रिसेप्टर प्रत्येक अणु पर केवल छोटी संरचनात्मक विशेषताओं को पहचानते हैं, और मस्तिष्क संयुक्त संकेत को एक व्याख्या की गई गंध में संसाधित करने के लिए जिम्मेदार होता है। डॉकिंग सिद्धांत पर बहुत वर्तमान काम मूल संकेत उत्पन्न करने वाले गंध और रिसेप्टर के बीच विशिष्ट बातचीत के बजाय तंत्रिका प्रसंस्करण पर केंद्रित है। समर्थन 2023 क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी मानव घ्राण ग्राही OR51E2 के लिए प्रोपियोनेट के बंधन का संरचनात्मक अध्ययन प्रकृति में प्रकाशित विशेष गंध और ग्राही के लिए घ्राण के डॉकिंग सिद्धांत के साथ पूरी तरह से सुसंगत है। एक गंध अणु के डॉकिंग और इसके कथित गंध चरित्र के बीच जटिल संबंध को स्पष्ट करने के लिए कई अध्ययन किए गए हैं, और सुगंध रसायनज्ञों ने एम्बर, चंदन और कपूर की गंध के लिए संरचना मॉडल प्रस्तावित किए हैं। 2004 में नेचर न्यूरोसाइंस में प्रकाशित लेस्ली बी. वॉशॉल और एंड्रियास केलर के एक अध्ययन ने प्रतिस्पर्धी कंपन सिद्धांत की कई प्रमुख भविष्यवाणियों का परीक्षण किया और इसके लिए कोई प्रयोगात्मक समर्थन नहीं मिला। डेटा को वॉशॉल द्वारा "आकार सिद्धांत के अनुरूप" के रूप में वर्णित किया गया था, हालांकि उन्होंने कहा कि "वे आकार सिद्धांत को साबित नहीं करते हैं"। एक अन्य अध्ययन से यह भी पता चला है कि गंध की आणविक मात्रा ड्रोसोफिला में घ्राण रिसेप्टर्स की तंत्रिका प्रतिक्रियाओं की ऊपरी सीमाओं को निर्धारित कर सकती है। "आकार" बनाम "कंपन" बहस पर 2015 के एक रासायनिक और इंजीनियरिंग समाचार लेख में कहा गया है कि "तीखे, लगभग दो दशक लंबे controversy.on एक तरफ अधिकांश संवेदी वैज्ञानिक हैं जो तर्क देते हैं कि हमारे गंध रिसेप्टर्स विशिष्ट गंध अणुओं का पता लगाते हैं उनके आकार और रासायनिक गुणों के आधार पर। दूसरी ओर मुट्ठी भर वैज्ञानिक हैं जो मानते हैं कि एक गंध रिसेप्टर एक गंध अणु की कंपन आवृत्तियों का पता लगाता है। लेख इंगित करता है कि ब्लॉक एट अल के नेतृत्व में एक नया अध्ययन, घ्राण के कंपन सिद्धांत को लक्षित करता है, इस बात का कोई सबूत नहीं मिलता है कि घ्राण रिसेप्टर्स अणुओं की कंपन स्थितियों को अलग करते हैं। विशेष रूप से, ब्लॉक एट अल। रिपोर्ट करें कि मानव कस्तूरी-पहचानने वाला रिसेप्टर, OR5AN1, एक विषम घ्राण रिसेप्टर अभिव्यक्ति प्रणाली का उपयोग करके पहचाना जाता है और साइक्लोपेंटाडेकैनोन और मस्कोन के लिए मजबूत रूप से प्रतिक्रिया करता है, इन यौगिकों के आइसोटोपोमर्स को विट्रो में अलग करने में विफल रहता है। इसके अलावा, चूहे (मिथाइलथियो) मेथेनेथियोल-पहचानने वाला रिसेप्टर, एम. ओ. आर. 244-3, के साथ-साथ अन्य चयनित मानव और चूहे के घ्राण रिसेप्टर्स ने अपने-अपने लिगेंड के सामान्य, ड्यूटरेटेड और कार्बन-13 आइसोटोपोमर्स के लिए समान रूप से प्रतिक्रिया दी, जो कस्तूरी रिसेप्टर ओ. आर. 5. ए. एन. 1 के साथ पाए गए परिणामों के समानांतर थे। इन निष्कर्षों के आधार पर, लेखकों ने निष्कर्ष निकाला कि प्रस्तावित कंपन सिद्धांत मानव कस्तूरी रिसेप्टर OR5AN1, माउस थियोल रिसेप्टर MOR 244-3, या अन्य घ्राण रिसेप्टर्स की जांच पर लागू नहीं होता है। इसके अतिरिक्त, लेखकों द्वारा सैद्धांतिक विश्लेषण से पता चलता है कि गंध की कंपन आवृत्तियों के प्रस्तावित इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण तंत्र को गैर-गंध आणविक कंपन मोड के क्वांटम प्रभावों द्वारा आसानी से दबाया जा सकता है। लेखकों ने निष्कर्ष निकालाः "ये और घ्राण रिसेप्टर्स पर इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के बारे में अन्य चिंताएं, हमारे व्यापक प्रयोगात्मक डेटा के साथ, कंपन सिद्धांत की संभाव्यता के खिलाफ तर्क देती हैं।" इस काम पर टिप्पणी करते हुए, वॉशॉल लिखते हैं "पी. एन. ए. एस. में, ब्लॉक और अन्य ने" आकार बनाम कंपन "बहस को घ्राण मनोभौतिकी से ओ. आर. के जैवभौतिकी में बदल दिया। लेखक सिंथेटिक कार्बनिक रसायन विज्ञान, घ्राण रिसेप्टर्स की विषम अभिव्यक्ति और सैद्धांतिक विचारों का उपयोग करके कंपन सिद्धांत के केंद्रीय सिद्धांतों पर एक परिष्कृत बहु-विषयक हमला करते हैं ताकि गंध के कंपन सिद्धांत का समर्थन करने के लिए कोई सबूत न मिल सके। जबकि ट्यूरिन टिप्पणी करते हैं कि ब्लॉक ने "पूरे जीवों के बजाय एक डिश में कोशिकाओं" का उपयोग किया और "मानव भ्रूण गुर्दे की कोशिकाओं में एक घ्राण ग्राही को व्यक्त करने से घ्राण की जटिल प्रकृति का पर्याप्त रूप से पुनर्गठन नहीं होता है।" वॉशॉल ने जवाब दिया "भ्रूण गुर्दे की कोशिकाएं नाक में कोशिकाओं के समान नहीं हैं। लेकिन यदि आप रिसेप्टर्स को देख रहे हैं, तो यह दुनिया में सबसे अच्छी प्रणाली है।" कई अध्ययनों के बावजूद, डॉकिंग सिद्धांत ने अभी तक महान भविष्यसूचक शक्ति के साथ संरचना-गंध संबंधों की खोज नहीं की है। इसी तरह अलग-अलग आणविक कंपन वाले आकार के अणुओं में अलग-अलग गंध होती है (मेटालोसिन प्रयोग और आणविक हाइड्रोजन का ड्यूटेरियम प्रतिस्थापन)। मेटालोसिन प्रयोग में, ट्यूरिन ने देखा कि जबकि फेरोसिन और निकेलोसिन में लगभग समान आणविक सैंडविच संरचनाएँ होती हैं, उनमें अलग-अलग गंध होती हैं। उनका सुझाव है कि "आकार और द्रव्यमान में परिवर्तन के कारण, विभिन्न धातु परमाणु उन कंपनों के लिए अलग-अलग आवृत्तियाँ देते हैं जिनमें धातु परमाणु शामिल होते हैं", एक अवलोकन जो कंपन सिद्धांत के साथ संगत है। हालांकि यह ध्यान दिया गया है कि, फेरोसीन के विपरीत, निकेलोसीन तेजी से हवा में विघटित हो जाता है और निकेलोसीन के लिए देखी गई साइक्लोआल्किन गंध, लेकिन फेरोसीन के लिए नहीं, केवल निकेलोसीन के अपघटन को प्रतिबिंबित कर सकती है जिससे साइक्लोपेंटाडाइन जैसे हाइड्रोकार्बन की मात्रा का पता चलता है। समान संरचनाओं वाले अणुओं की गंध के बारे में चुनौती बुर्जोनल और लिलियल के सिलिकॉन एनालॉग के साथ प्राप्त परिणामों के विपरीत है, जो आणविक कंपन में उनके अंतर के बावजूद समान गंध रखते हैं और इसी तरह सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील मानव रिसेप्टर, एचओआर 17-4 को सक्रिय करते हैं, अध्ययनों से पता चलता है कि मानव कस्तूरी रिसेप्टर ओआर5एएन1 ड्यूटेरेट और गैर-ड्यूटेरेट मांसपेशियों के लिए समान रूप से प्रतिक्रिया करता है और ड्यूटेरेट और नॉनड्यूटेरेट गंध के लिए घ्राण रिसेप्टर प्रतिक्रिया की एकल-न्यूरॉन तुलना के साथ। समान आणविक कंपन वाले अलग-अलग आकार के अणुओं में समान गंध होती है (सल्फर परमाणुओं और अलग-अलग आकार के एम्बर गंधों द्वारा कार्बन दोहरे बंधन का प्रतिस्थापन)। कार्यात्मक समूहों को छिपाने से समूह की विशिष्ट गंध नहीं छिपती है। हालाँकि हमेशा ऐसा नहीं होता है, क्योंकि ऑर्थो-प्रतिस्थापित एरिलिसोनाट्राइल्स और थियोफेनोल्स में मूल यौगिकों की तुलना में बहुत कम आक्रामक गंध होती है। समान आकार के बहुत छोटे अणु, जो आकार-आधारित प्रणाली द्वारा भ्रमित होने की सबसे अधिक संभावना रखते हैं, उनमें हाइड्रोजन सल्फाइड जैसी अत्यंत विशिष्ट गंध होती है। हालांकि, यह सुझाव दिया गया है कि क्यू (आई) जैसी धातुएं मजबूत-गंध वाले वाष्पशील के लिए घ्राण में एक धातु-ग्राही स्थल के साथ जुड़ी हो सकती हैं जो थियोल जैसे अच्छे धातु-समन्वयकारी लिगेंड भी हैं। इस परिकल्पना की पुष्टि थियोल-प्रतिक्रियाशील चूहे और मानव घ्राण ग्राही के विशिष्ट मामलों में की गई थी। यह दावा किया जाता है कि घ्राण साहित्य में गंध विवरण उनके आणविक आकार की तुलना में उनकी कंपन आवृत्तियों के साथ अधिक दृढ़ता से संबंधित हैं। ओडोटोप सिद्धांत घ्राण का कंपन सिद्धांत भी देखें संदर्भ आगे पढ़ने के लिए घ्राण प्रणाली 1949 परिचय सिद्धांत