Weitere Einzelheiten zum Riechsinn

Wenn sich ein passender Duftstoff mit dem Rezeptorprotein verbindet, so aktiviert dieses Molekül mehrere G-Proteine, und diese G-Proteine aktivieren wiederum viele Moleküle des Enzyms Adenylatcyclase.

Hier eine schematische Darstellung der Reaktionskaskade. Wir befinden uns gerade im Innern einer Riechzelle und betrachten einen Ausschnitt aus der Membran einer Riechcilie von innen. In der Mitte sehen wir ein Rezeptorprotein (grün). Dieses Rezeptorprotein ist mit drei G-Proteinen verbunden (violett). Jedes G-Protein wiederum aktiviert zwei, drei oder vier Adenylatcyclasen (rot). In Wirklichkeit ist diese Kaskade noch viel stärker verzweigt als in der Abbildung gezeigt, so dass das Andocken eines einzigen Duftstoff-Moleküls zur Bildung vieler Tausend cAMP-Moleküle führt.

Die cAMP-Moleküle setzen sich dann in Kationenkanäle, die sich daraufhin öffnen und Natrium- und Calcium-Ionen in die Zelle fließen lassen, so dass eine Depolarisierung entsteht. Die Calcium-Ionen bewirken außerdem eine Öffnung der Chlorid-Kanäle, was dazu führt, dass Chlorid-Ionen mit dem Konzentrationsgefälle nach außen fließen und die Depolarisierung verstärken. Das alles kennen wir bereits von der Einführungsseite.

Die Calcium-Ionen haben aber neben der Depolarisierung der Membran und dem Öffnen der Chlorid-Kanäle noch eine dritte Wirkung. Sie können sich an ein kleines Protein namens Calmodulin (abgekürzt: CaM) binden, es entsteht dann der so genannte Ca²⁺/CaM-Komplex.

Die Na⁺/Ca²⁺-Kanäle haben neben der cAMP-Bindungsstelle eine zweite Bindungsstelle, nämlich für den Ca²⁺/CAM-Komplex. Sobald sich ein Ca²⁺/CAM-Komplex an einen Na⁺/Ca²⁺-Kanal bindet, verliert dieses Protein seine Empfindlichkeit für cAMP und schließt sich auch in Anwesenheit von cAMP wieder, so dass keine Natrium- oder Calciumionen mehr durch diesen Kanal in die Zelle eindringen können.

Mit den Natrium-Ionen strömen auch Calcium-Ionen in die Riechsinneszelle ein. Zunächst verstärken die Calcium-Ionen die Depolarisierung direkt durch ihre positive Ladung und indirekt, indem sie Chlorid-Kanäle öffnen, durch die Chlorid-Ionen nach außen strömen.

Langfristig jedoch schwächen die Calcium-Ionen die Depolarisierung ab. Die Calcium-Ionen verbinden sich mit CaM-Proteinen zum Ca²⁺/CAM-Komplexen, welche dann die Na⁺/Ca²⁺-Kanäle unempfindlich für cAMP machen.

Die Calcium-Ionen sorgen also kurzfristig für eine Verstärkung des Duftes, so dass man zunächst besonders gut riechen kann, vielleicht um gefährliche Stoffe besonders schnell erkennen zu können. Nach einiger Zeit sorgen aber die Calcium-Ionen für eine Abschwächung des Dufteindrucks, man gewöhnt sich quasi an den Geruch und nimmt nach längerer Zeit seine Anwesenheit überhaupt nicht mehr wahr, was ja auch durchaus Vorteile hat, wenn es sich um lästige aber harmlose Substanzen handelt. Eine solche Gewöhnung an bestimmte Reize bezeichnet man allgemein als Adaption.