¿Los receptores olfatorios reconocen la forma de las moléculas o las vibraciones moleculares?

Si les pregunto… ¿Cuál de todos tus sentidos es el más importante? Les aseguro que casi el 100% me dirá la vista. Para muchos quedar ciegos es lo peor que nos podría pasar en la vida, y tal vez sea cierto, porque casi todo lo que hacemos depende de ella. Para otros animales, el oído será el sentido más importante, sobre todo para aquellos que viven en las profundidades del mar quienes se valen del sonar para poder cazar o de la ecolocalización para poder orientarse. Y para otros, el más importante será el olfato, ya que gracias a él pueden detectar las moléculas que hay en el entorno (feromonas) y poder encontrar una pareja con quien aparearse.

En los humanos, hemos despreciado mucho al sentido del olfato. Sin embargo, para muchos biólogos evolutivos, este sentido es uno de los más importantes, tal vez tan importante como lo es el sentido de la vista. En primer lugar, un olor puede evocar muchos más recuerdos que una imagen o un sonido. Y en segundo lugar, un gran porcentaje de los sabores que sentimos se dan gracias al sentido del olfato y no del gusto. Esto lo podemos demostrar fácilmente al taparnos la nariz y tomar un sorbo de café y uno de té. No podremos distinguir la diferencia entre ellos. Otro ejemplo es cuando tomamos un jarabe muy feo, al taparnos la nariz éste pasará desapercibido. Cuando estamos resfriados y con la nariz tapada, las comidas nos sabrán insípidas. Un cebiche no será el mismo.

A pesar de ser un sentido muy importante, sabemos poco acerca de su funcionamiento. De manera sencilla, la principal teoría que explica cómo olemos dice que cada molécula o parte de ella (odotipos) es reconocida en base a su forma (disposición de sus átomos) por un receptor en particular, formando u mecanismo tipo ‘llave-cerradura’. Sin embargo, la principal falla de esta teoría es que podemos captar decenas de miles de olores diferentes sólo con unos cientos de receptores, ¿cómo puede ser posible esto bajo un mecanismo de llave-cerradura?. Otra falla en la teoría es que moléculas con estructuras muy similares tienen olores completamente diferentes.

Una teoría alternativa para explicar como los receptores olfativos reconocen un olores se basa en las vibraciones de los átomos o de los grupos funcionales que conforman una molécula. Reemplazando los átomos de hidrógeno por deuterio, sería una buena forma de probar esta teoría. El deuterio es un isótopo del hidrógeno el cual tiene un neutrón y un protón en el núcleo, volviéndolo el doble de pesado que el hidrógeno y afectando la vibración molecular. A pesar de la sutil diferencia entre el hidrógeno y el deuterio, las propiedades químicas de ambos isótopos son las mismas. Esto quiere decir que la molécula que posea deuterio en vez de hidrógeno tendrá las mismas propiedades químicas que la molécula original.

Entonces, si la molécula deuterada y no deuterada posee las mismas propiedades químicas y estructurales, no debería haber diferencia entre ellas al momento de olerlas si la teoría de llave-cerradura es la correcta. Sin embargo, científicos griegos liderados por la Dra. María Isabel Franco, demostraron que la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) tiene la capacidad de distinguir el olor de una misma molécula deuterada y no deuterada, según reportaron el día lunes en PNAS.

Para probar la hipótesis de las vibraciones moleculares, los investigadores usaron un compuesto comercial llamado aceptofenona (ACP). La ACP también fue comprada en sus versiones deuteradas, las cuales tenían 3, 5 y 8 átomos de deuterio reemplazando a los hidrógenos. Las cuatro versiones del ACP fueron diluidos y puestos en dos extremos de un pequeño laberinto en forma de ‘T’. Las moscas se sintieron atraídas por el compuesto así que compararon la respuesta hacia el ACP normal con los deuterados. Los resultados mostraron que las moscas tenían la capacidad de distinguir entre las dos versiones de la ACP, y cuanto más deuterada se encontraba, más se alejaban de ella.

Además, se obtuvo el mismo resultado cuando se usó 1-octanol normal y uno deuterado, y también cuando hicieron lo mismo con el benzaldehido. Las moscas distinguían estos dos tipos de moléculas y en casi todos los casos no les gustaba la versión deuterada de la molécula.

Para corroborar estos resultados, los investigadores entrenaron a las moscas para que evitaran escoger una de las dos moléculas a través de una descarga eléctrica. Por ejemplo, cada vez que la mosca elegía la ACP normal recibía una descarga eléctrica. Así que cuando pusieron en el laberinto la versión deuterada con la normal, las moscas elegían la versión deuterada, a pesar que en el primer experimento no lo hacían. Esto demostraba que las moscas eran capaces de distinguir entre los dos olores.

Si bien en humanos no se ha demostrado la capacidad de distinguir el olor de moléculas deuteradas y no deuteradas, este artículo ofrece una buena evidencia que indicaría que la teoría de las vibraciones moleculares es la correcta. Aunque ha científicos que se mantienen escépticos ya que creen que las moscas tienen la capacidad de distinguir entre una molécula deuterada y otra no deuterada, sin la necesidad de que las vibraciones moleculares jueguen un papel crucial en este echo.

Para responder a esta crítica, los científicos diseñaron otro experimento en el cual se reemplazó los enlaces carbono-deuterio  (C-D) por grupos nitrilo (C≡N), los cuales poseen una vibración similar. Cuando a las moscas entrenaron para que la mosca relacionara la descarga eléctrica con la versión normal de la molécula y luego las sometieron al laberinto confrontando las versiones deuteradas y nitriladas, las moscas no pudieron encontrar diferencia significativas entre ellas, dando un punto a favor a la teoría de las vibraciones moleculares.

Bueno, el estudio se ve bastante prometedor y podría dar claves de la forma como funciona nuestro sentido del olfato. Sin embargo, sería muy difícil hacer experimentos similares en humanos porque nosotros no podemos distinguir entre una forma normal y una deuterada —nuestros receptores olfatorios no son tan sensibles. Y no somos los únicos, los perros, quienes también tienen un gran número de receptores olfatorios, tampoco pueden discriminar entre una y otra molécula, lo cual indicaría que hay algo más que aún nos falta entender.

Referencia:

Franco, M., Turin, L., Mershin, A., & Skoulakis, E. (2011). Molecular vibration-sensing component in Drosophila melanogaster olfaction Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1012293108