Хемичар има нос

У чланку испод, погледаћемо проблем мириса кроз очи хемичара - на крају крајева, његов нос ће свакодневно добро доћи у његовој лабораторији.

1. Инервација људског носа – задебљање изнад носне шупљине је олфакторна луковица (аутор: Викимедиа/Опт1цс).

Можемо да делимо осећања физички (вид, слух, додир) и њихов примарни хемијскаодносно укуса и мириса. За прве су већ створени вештачки аналози (елементи осетљиви на светлост, микрофони, сензори на додир), али други се још нису предали „стаклу и оку“ научника. Настали су пре више милијарди година када су прве ћелије почеле да примају хемијске сигнале из околине.

Мирис се на крају одвојио од укуса, иако се то не јавља код свих организама. Животиње и биљке непрестано њуше своје окружење, а информације добијене на овај начин су много важније него што се на први поглед чини. Такође за визуелне и слушне ученике, укључујући људе.

Олфацтори Сецретс

Када удишете, ваздушна струја јури у нос и, пре него што крене даље, улази у специјализовано ткиво - мирисни епител величине неколико центиметара.². Ево завршетака нервних ћелија које хватају мирисне стимулусе. Сигнал примљен од рецептора путује до мирисне сијалице у мозгу, а одатле до других делова мозга (1). Врх прста садржи шаре мириса специфичне за сваку врсту. Човек их може препознати око 10, а обучени професионалци у индустрији парфема могу препознати много више.

Мириси изазивају реакције у телу, како свесне (на пример, препаднете се на лош мирис) тако и подсвесне. Маркетари користе каталог парфемских удружења. Њихова идеја је да у предновогодишњем периоду ваздух у продавницама зачине мирисом јелки и медењака, што код свих изазива позитивне емоције и појачава жељу за куповином поклона. Слично, мирис свежег хлеба у одељку за храну ће учинити да вам пљувачка капне у уста, а ви ћете ставити још у корпу.

2. Камфор се често користи у мастима за загревање. Три једињења различите структуре имају свој мирис.

Али шта узрокује да дата супстанца изазове овај, а не још један мирисни осећај?

За мирисни укус установљено је пет основних укуса: слано, слатко, горко, кисело, оун (месо) и исто толико типова рецептора на језику. У случају мириса, не зна се ни колико основних арома постоји, нити да ли уопште постоје. Структура молекула свакако одређује мирис, али зашто једињења сличне структуре миришу потпуно другачије (2), а потпуно различито - исто (3)?

3. Једињење са леве стране мирише на мошус (парфемски састојак), а десно - скоро идентично по структури - нема мирис.

Зашто већина естара мирише пријатно, а једињења сумпора непријатна (ова чињеница се вероватно може објаснити)? Неки су потпуно неосетљиви на одређене мирисе, а статистички жене имају осетљивији нос од мушкараца. Ово сугерише генетска стања, тј. присуство специфичних протеина у рецепторима.

У сваком случају, постоји више питања него одговора, а развијено је неколико теорија које објашњавају мистерије мириса.

Кључ и брава

Први се заснива на провереном ензимском механизму, када молекул реагенса улази у шупљину молекула ензима (активно место), као кључ од браве. Тако миришу јер облик њихових молекула одговара шупљинама на површини рецептора, а одређене групе атома се везују за његове делове (на исти начин ензими везују реагенсе).

Укратко, ово је теорија мириса коју је развио британски биохемичар. Џон Е. Амуреа. Он је издвојио седам главних арома: камфор-мошусни, цветни, мента, етерични, зачински и трули (остале су њихове комбинације). Сличну структуру имају и молекули једињења сличног мириса, на пример, они са сферичним обликом миришу на камфор, а једињења непријатног мириса укључују сумпор.

Структурна теорија је била успешна - на пример, објаснила је зашто престајемо да миришемо након неког времена. То је због блокирања свих рецептора од стране молекула који носе дати мирис (баш као у случају ензима заузетих вишком супстрата). Међутим, ова теорија није увек могла да успостави везу између хемијске структуре једињења и његовог мириса. Није била у стању да предвиди мирис супстанце са довољном вероватноћом пре него што га је добила. Такође није успела да објасни интензиван мирис малих молекула као што су амонијак и водоник сулфид. Амандмани које су направили Амур и његови наследници (укључујући повећање броја основних укуса) нису елиминисали све недостатке теорије структуре.

вибрирајући молекули

Атоми у молекулима непрестано вибрирају, растежући и савијајући везе међу собом, а кретање не престаје чак ни на апсолутним нултим температурама. Молекули апсорбују енергију вибрација, која лежи углавном у инфрацрвеном опсегу зрачења. Ова чињеница је коришћена у ИЦ спектроскопији, која је једна од главних метода за одређивање структуре молекула – не постоје два различита једињења са истим ИР спектром (осим тзв. оптичких изомера).

Креатори вибрациона теорија мириса (Ј. М. Дисон, Р. Х. Вригхт) пронађене везе између фреквенције вибрација и перципираног мириса. Вибрације резонанцом изазивају вибрације молекула рецептора у олфакторном епителу, што мења њихову структуру и шаље нервни импулс у мозак. Претпостављало се да постоји двадесетак типова рецептора и, према томе, исто толико основних арома.

Седамдесетих година, заговорници обе теорије (вибрационе и структурне) жестоко су се такмичили једни са другима.

Проблем мириса малих молекула вибрионисти су објаснили чињеницом да су њихови спектри слични фрагментима спектра већих молекула који имају сличан мирис. Међутим, нису могли да објасне зашто неки оптички изомери са истим спектром имају потпуно различите мирисе (4).

4. Оптички изомери карвона: степен С мирише на ким, степен Р мирише на менту.

Структуралисти немају потешкоћа да објасне ову чињеницу - рецептори, делујући као ензими, препознају чак и тако суптилне разлике између молекула. Вибрациона теорија такође није могла да предвиди јачину мириса, што су следбеници Купидонове теорије објаснили снагом везивања носача мириса за рецепторе.

Покушао је да спасе ситуацију Л. Ториношто сугерише да олфакторни епител делује као скенирајући тунелски микроскоп (!). Према Турину, електрони теку између делова рецептора када се између њих налази фрагмент молекула ароме са одређеном фреквенцијом вибрационих вибрација. Настале промене у структури рецептора изазивају пренос нервног импулса. Међутим, модификација Торина многим научницима изгледа превише екстравагантна.

Трапс

Молекуларна биологија је такође покушала да разоткрије мистерије мириса, а ово откриће је више пута награђивано Нобеловом наградом. Људски мирисни рецептори су породица од око хиљаду различитих протеина, а гени одговорни за њихову синтезу активни су само у олфакторном епителу (тј. тамо где је то потребно). Рецепторски протеини се састоје од спиралног ланца аминокиселина. На слици убодом, ланац протеина пробија ћелијску мембрану седам пута, отуда и назив: трансмембранске ћелијске рецепторе са седам хеликса ,

Фрагменти који вире ван ћелије стварају замку у коју могу упасти молекули одговарајуће структуре (5). Специфичан протеин Г-типа је везан за место рецептора, уроњен у ћелију.Када се молекул мириса ухвати у замку, Г-протеин се активира и ослобађа, а други Г-протеин је причвршћен на његово место, који се поново активира и ослобађа итд. Циклус се понавља све док се везани молекул ароме не ослободи или разгради ензимима који непрестано чисте површину олфакторног епитела. Рецептор може да активира чак неколико стотина молекула Г-протеина, а тако висок фактор појачања сигнала омогућава му да одговори чак и на трагове укуса (6). Активирани Г-протеин покреће циклус хемијских реакција које доводе до слања нервног импулса.

5. Овако изгледа рецептор мириса - протеин 7ТМ.

Горњи опис функционисања олфакторних рецептора је сличан ономе који је представљен у теорији структуре. Пошто долази до везивања молекула, може се тврдити да је и теорија вибрација била делимично тачна. Ово није први пут у историји науке да раније теорије нису биле потпуно погрешне, већ су се једноставно приближиле стварности.

6. Људски нос као детектор једињења у анализи њихових хроматографски издвојених смеша.

Зашто нешто мирише?

Постоји много више мириса него типова олфакторних рецептора, што значи да молекули мириса активирају неколико различитих протеина истовремено. на основу читавог низа сигнала који долазе са одређених места у олфакторној сијалици. Пошто природни мириси садрже чак више од стотину једињења, може се замислити сложеност процеса стварања мирисног осећаја.

Добро, али зашто нешто мирише добро, нешто одвратно, а нешто никако?

Питање је напола филозофско, али делимично одговорено. Мозак је одговоран за перцепцију мириса, који контролише понашање људи и животиња, усмеравајући њихово интересовање на пријатне мирисе и упозоравајући на предмете лошег мириса. Налазе се примамљиви мириси, између осталог, естри поменути на почетку чланка ослобађају зрели плодови (зато их вреди јести), а једињења сумпора се ослобађају од распадајућих остатака (најбоље их је клонити).

Ваздух не мирише јер је позадина на којој се мириси шире: међутим, количине НХ3 или Х у траговима₂С, и наше чуло мириса ће огласити аларм. Дакле, перцепција мириса је сигнал утицаја одређеног фактора. однос према врсти.

Како мирише предстојећи празници? Одговор је приказан на слици (7).

7. Мирис Божића: лево, укуси медењака (зингерон и гингерол), десно јелке (борнил ацетат и две врсте пинена).