ISSN:
1432-1351
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Biology
,
Medicine
Description / Table of Contents:
Zusammenfassung 1. Die Reaktionen einzelner Riechzellen in den grubenförmigen Geruchsorganen (Sensilla coeloconica) auf den Antennen der Wanderheuschrecke (Locusta migratoria) auf 370 stufenweise abgewandelte Verbindungen wurden in extrazellulären Ableitungen quantitativ bestimmt. 2. Die Reizung erfolgte in einem Spritzenolfactometer. Es wurde mit gaschromatographischen und radiometrischen Methoden geeicht. Damit konnte die im Mittel auf die Öffnungsfläche eines Grubenkegels (15 μm2) treffende Molekülzahl (Reizgröße, N 0) auf 25% genau bestimmt werden. 3. Die Riechzellen reagierten entweder auf sauerstofforganische (1. Reaktionsgruppe) oder auf stickstofforganische Verbindungen (2. Reaktionsgruppe) mit einer Erhöhung der Impulsfrequenz (Reaktionsgröße). Zellen beider Gruppen kommen nebeneinander in einem Geruchsorgan vor. 4. Bei geeigneter Wahl von Qualität und Quantität des Reizes war es möglich, gleichartige Zellreaktionen zu erzeugen. 5. Für die Zellen der Reaktionsgruppe 1 wurde die zur Auslösung von 30 Imp./ sec notwendige mittlere Reizgröße (N 0) bestimmt. Als wirksamste Verbindungen erwiesen sich unverzweigte Oxosäuren und ungesättigte Fettsäuren bei einer Kettenlänge von 6 C-Atomen (N 0=104). Etwas weniger wirksam waren unverzweigte gesättigte Säuren, ungesättigte Aldehyde (N 0=105) und ungesättigte Alkohole (N 0=106). Verzweigte Säuren, Halogen-Kohlenwasserstoffe und ungesättigte Kohlenwasserstoffe waren nur schwach wirksam (N 0〉107). 6. Verbindungen, die die Zellen der einen Reaktionsgruppe erregen, können die Zellen der anderen Reaktionsgruppe hemmen. Unverzweigte Amine der Kettenlänge von 4 C-Atomen ergaben an Zellen der Reaktionsgruppe 1 den höchsten Grad der Hemmung. 7. Aus den simultan registrierten Reaktionen benachbarter Zellen wird geschlossen, daß die Spezifität und somit die Wechselwirkungspartner (Acceptoren) im Membranbereich des Dendriten liegen. 8. Aus den ermittelten Schwellwerten wird geschlossen, daß die Erregungsauslösung über molekulare Einzeleffekte und nicht über Masseneffekte erfolgt. Zur Beschreibung der Spezifität müssen daher Eigenschaften einzelner Moleküle betrachtet werden. 9. Aus der Wirksamkeit der in Konstitution und Konfiguration systematisch abgewandelten Testverbindungen wird geschlossen, daß die zur Erklärung der Spezifität notwendigen Stoffeigenschaften von submolekularer Größenordnung sind. Die zur Zellerregung führenden Wechselwirkungen zwischen Duftmolekülen und Acceptoren sind im wesentlichen a) durch relativ schwache und ungerichtete Dispersionskräfte in einem „Substratteil“ (substrate structure) und b) durch stärkere submolekulare Polarisations- und Dipolkräfte in einem „Wirkteil“ (active structure) bestimmt. Der sterische Aufbau der Duftmoleküle ist für die Spezifität von sekundärer Bedeutung. 10. Die Beteiligung submolekularer Dipolkräfte an der Wechselwirkung macht es wahrscheinlich, daß die Erregungsauslösung über eine reversible Konformationsänderung der Acceptoren im Membranbereich erfolgt. Das Duftmolekül bleibt dabei vermutlich unverändert.
Notes:
Summary 1. Studies were made of olfactory receptor cells situated in the pit organs (sensilla coeloconica) on the antennae of the migratory locust (Locusta migratoria). The reactions of single cells to 370 stepwise altered compounds have been investigated quantitatively with electrophysiological methods. 2. The stimuli were given by a syringe-olfactometer which was calibrated by gaschromatographic and radiometric methods. The average number of molecules (stimulus quantity N 0) hitting the area of the opening of a pit organ (15 μm2) was determined with an accuracy of 25%. 3. The cells reacted either to oxygen-organic (reaction group 1), or to nitrogenorganic compounds (reaction group 2) with increased impulse frequency (reaction quantity). Cells of both types were found side by side in one pit organ. 4. With a proper choice of stimulus quality and quantity it was possible to elicit similar cell reactions. 5. The average stimulus quantity (N 0) necessary to produce a reaction of 30 imp/s was determined for cells of reaction group 1. Most effective compounds were unbranched keto-acids and unsaturated fatty acids with a chain-length of 6 C-atoms (N 0=104). Somewhat less effective were unbranched saturated acids (N 0=105), and unsaturated alcohols (N 0=106). Branched acids, halides and unsaturated carbohydrates were only weakly effective (N 0〉 07). 6. Compounds which excite cells of one reaction group often inhibit those of the other reaction group. Unbranched amines with a chain-length of 4 C-atoms showed the strongest inhibitory effect on cells of reaction group 1. 7. From simultaneous recordings of the reactions of neighbouring cells it was concluded that: The locus of the specificity, and therefore also of the interacting partners (acceptors) is the membrane region of the dendrite. 8. From the determination of the threshold values it was concluded that the cell's excitation is triggered by single molecular effects and not by mass effects. The properties of single molecules must therefore be considered to describe the specificity. 9. From the effectiveness of compounds which were systematically altered in constitution and configuration it was concluded that the properties necessary to interprete the specificity are of submolecular order. The interaction between odor molecules and acceptors which lead to cell-excitation are determined: a) by relatively weak and undirected dispersion-bonds in a “substrate structure”, and b) by stronger submolecular polarisation- and dipole-bonds in an active structure of the odor molecule. The steric conformation of the odor molecule is of secondary importance for the specificity. 10. The participation of submolecular dipole-bonds in the interactions makes it probable that cell excitation is brought about by a reversible change of conformation of the acceptors in the membrane region. Presumably the odor molecule is not altered in this process.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF00297713
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