Хемичарот има нос

Во написот подолу, ќе го разгледаме проблемот со мирисот низ очите на хемичарот - на крајот на краиштата, неговиот нос секојдневно ќе ни се најде во неговата лабораторија.

1. Инервација на човечкиот нос - задебелување над носната шуплина е олфакторната сијалица (автор: Wikimedia/Opt1cs).

Можеме да споделуваме чувства физички (вид, слух, допир) и нивните примарни хемискиодносно вкус и мирис. За првите, веќе се создадени вештачки аналози (елементи чувствителни на светлина, микрофони, сензори за допир), но вторите сè уште не се предале на „стаклото и окото“ на научниците. Тие се создадени пред милијарди години кога првите клетки почнаа да примаат хемиски сигнали од околината.

Мирисот на крајот се одвои од вкусот, иако тоа не се случува кај сите организми. Животните и растенијата постојано ја шмркаат својата околина, а информациите добиени на овој начин се многу поважни отколку што изгледаат на прв поглед. Исто така, за визуелни и аудитивни ученици, вклучувајќи ги и луѓето.

Мирисни тајни

Кога вдишувате, протокот на воздух навлегува во носот и, пред да продолжите, влегува во специјализирано ткиво - олфакторниот епител со големина од неколку сантиметри.². Еве ги завршетоците на нервните клетки кои ги фаќаат стимулите за мирис. Сигналот добиен од рецепторите патува до миризливата сијалица во мозокот, а од таму до другите делови на мозокот (1). Врвот на прстот содржи модели на мирис специфични за секој вид. Човек може да препознае околу 10 од нив, а обучените професионалци во индустријата за парфеми можат да препознаат многу повеќе.

Мирисите предизвикуваат реакции во телото, и свесни (на пример, се шокирате од лоша миризба) и потсвеста. Пазарџиите го користат каталогот на здруженија на парфеми. Нивната идеја е да го ароматизираат воздухот во продавниците со мирис на новогодишни елки и джинджифилово за време на предновогодишниот период, што кај сите предизвикува позитивни емоции и ја зголемува желбата за купување подароци. Слично на тоа, мирисот на свеж леб во делот за храна ќе направи плунката да ви капе во устата, а вие ќе ставите повеќе во корпата.

2. Камфорот често се користи во мастите за затоплување. Три соединенија со различна структура имаат свој мирис.

Но, што предизвикува дадена супстанција да го предизвика ова, а не друго, мирисно чувство?

За олфакторниот вкус, утврдени се пет основни вкусови: солено, слатко, горчливо, кисело, ун (месо) и исто толку рецептори на јазикот. Во случај на мирис, не се ни знае колку основни ароми постојат, или дали воопшто постојат. Структурата на молекулите секако го одредува мирисот, но зошто соединенијата со слична структура мирисаат сосема различно (2), а сосема различно - исто (3)?

3. Соединението лево мириса на мошус (состојка на парфем), а од десната - речиси идентична по структура - нема мирис.

Зошто повеќето естери мирисаат пријатно, а сулфурните соединенија непријатно (овој факт веројатно може да се објасни)? Некои се целосно нечувствителни на одредени мириси, а статистички жените имаат почувствителен нос од мажите. Ова сугерира генетски состојби, т.е. присуство на специфични протеини во рецепторите.

Во секој случај, има повеќе прашања отколку одговори, а развиени се и неколку теории за да се објаснат мистериите на мирисот.

Клуч и брава

Првиот се заснова на докажан ензимски механизам, кога молекулата на реагенсот влегува во шуплината на молекулата на ензимот (активно место), како клуч на бравата. Така, тие мирисаат бидејќи обликот на нивните молекули одговара на шуплините на површината на рецепторите, а одредени групи атоми се врзуваат за неговите делови (на ист начин ензимите ги врзуваат реагенсите).

Накратко, ова е теорија за мирис развиена од британски биохемичар. Џон Е. Амуреа. Тој издвои седум главни ароми: камфор-мускусен, цветен, нане, етеричен, пикантен и гнил (останатите се комбинации од нив). Слична структура имаат и молекулите на соединенијата со сличен мирис, на пример, оние со сферична форма мирисаат на камфор, а соединенијата со непријатен мирис вклучуваат сулфур.

Структурната теорија беше успешна - на пример, објасни зошто престануваме да мирисаме по некое време. Ова се должи на блокирањето на сите рецептори од молекули кои носат даден мирис (исто како во случајот со ензимите окупирани од вишок на супстрати). Сепак, оваа теорија не можеше секогаш да воспостави врска помеѓу хемиската структура на соединението и нејзиниот мирис. Таа не можеше да го предвиди мирисот на супстанцијата со доволна веројатност пред да го добие. Таа, исто така, не успеа да го објасни интензивниот мирис на малите молекули како што се амонијак и водород сулфид. Измените направени од Амур и неговите наследници (вклучувајќи го и зголемувањето на бројот на основни вкусови) не ги елиминираа сите недостатоци на структурната теорија.

вибрирачки молекули

Атомите во молекулите постојано вибрираат, истегнувајќи ги и свиткувајќи ги врските меѓу себе, а движењето не запира дури и при апсолутна нула температури. Молекулите апсорбираат вибрациона енергија, која главно лежи во инфрацрвениот опсег на зрачење. Овој факт се користел во IR спектроскопијата, која е една од главните методи за одредување на структурата на молекулите - не постојат две различни соединенија со ист IR спектар (освен т.н. оптички изомери).

Креаторите вибрациона теорија на мирис (Џ. М. Дајсон, Р. Х. Рајт) најде врски помеѓу фреквенцијата на вибрациите и воочениот мирис. Вибрациите со резонанца предизвикуваат вибрации на рецепторните молекули во олфакторниот епител, што ја менува нивната структура и испраќа нервен импулс до мозокот. Се претпоставуваше дека има околу дваесет видови рецептори и, според тоа, ист број основни ароми.

Во 70-тите, поборниците на двете теории (вибрациони и структурни) жестоко се натпреваруваа едни со други.

Вибрионистите го објаснија проблемот со мирисот на малите молекули со фактот дека нивните спектри се слични на фрагменти од спектрите на поголемите молекули кои имаат сличен мирис. Сепак, тие не беа во можност да објаснат зошто некои оптички изомери со исти спектри имаат сосема различни мириси (4).

4. Оптички изомери на карвон: одделение S мириса на ким, одделение R мириса на нане.

Структуралистите немаат потешкотии да го објаснат овој факт - рецепторите, делувајќи како ензими, препознаваат дури и такви суптилни разлики меѓу молекулите. Теоријата на вибрации, исто така, не можеше да ја предвиди јачината на мирисот, што следбениците на теоријата на Купидон го објаснија со силата на врзувањето на носителите на мирис со рецепторите.

Тој се обиде да ја спаси ситуацијата Л. Ториношто сугерира дека олфакторниот епител делува како микроскоп за скенирање на тунели (!). Според Торино, електроните течат помеѓу деловите на рецепторот кога меѓу нив има фрагмент од молекула на арома со одредена фреквенција на вибрациони вибрации. Добиените промени во структурата на рецепторот предизвикуваат пренос на нервниот импулс. Сепак, модификацијата на Торино на многу научници им се чини премногу екстравагантна.

Замки

Молекуларната биологија, исто така, се обиде да ги разоткрие мистериите на мирисите, а ова откритие неколку пати беше наградувано со Нобеловата награда. Човечките рецептори за мирис се семејство од околу илјада различни протеини, а гените одговорни за нивната синтеза се активни само во миризливиот епител (т.е. каде што е потребно). Рецепторските протеини се состојат од спирален ланец на амино киселини. На сликата со бод, синџир од протеини ја пробива клеточната мембрана седум пати, па оттука и името: седум-спирали трансмембрански клеточни рецептори ().

Фрагментите што излегуваат надвор од клетката создаваат стапица во која можат да паднат молекули со соодветна структура (5). Специфичен протеин од типот Г е прикачен на местото на рецепторот, потопен внатре во клетката.Кога молекулата на мирисот е заробена во стапицата, Г-протеинот се активира и ослободува, а на негово место се прикачува друг Г-протеин. кој повторно се активира и се ослободува итн Циклусот се повторува додека врзаната арома молекула не се ослободи или уништи со ензими кои постојано ја чистат површината на миризливиот епител. Рецепторот може да активира дури и неколку стотини молекули на Г-протеин, а таквиот висок фактор на засилување на сигналот му овозможува да одговори дури и на минимални количини на вкусови (6). Активираниот Г-протеин започнува циклус на хемиски реакции кои водат до испраќање на нервен импулс.

5. Вака изгледа рецепторот за мирис - протеин 7TM.

Горенаведениот опис на функционирањето на миризливите рецептори е сличен на оној претставен во структурната теорија. Бидејќи се случува врзувањето на молекулите, може да се тврди дека теоријата на вибрации исто така била делумно точна. Ова не е прв пат во историјата на науката претходните теории да не биле целосно погрешни, туку едноставно да пристапат кон реалноста.

6. Човечки нос како детектор на соединенија при анализа на нивните хроматографски одвоени мешавини.

Зошто нешто мириса?

Има многу повеќе мириси отколку што има типови на миризливи рецептори, што значи дека молекулите на мирисот активираат неколку различни протеини во исто време. врз основа на целата низа сигнали кои доаѓаат од одредени места во олфакторната сијалица. Бидејќи природните мириси содржат дури и повеќе од сто соединенија, може да се замисли сложеноста на процесот на создавање мирисна сензација.

Добро, но зошто нешто мириса убаво, нешто одвратно, а нешто воопшто не?

Прашањето е полуфилозофско, но делумно одговорено. Мозокот е одговорен за перцепцијата на мирисот, кој го контролира однесувањето на луѓето и животните, насочувајќи го нивниот интерес кон пријатни мириси и предупредувајќи од предмети со лош мирис. Се среќаваат примамливи мириси, меѓу другото, естрите споменати на почетокот на статијата ги ослободуваат зрелите плодови (затоа вреди да се јадат), а сулфурните соединенија се ослободуваат од остатоците што се распаѓаат (најдобро е да се држите подалеку од нив).

Воздухот не мириса бидејќи тоа е позадината на која се шират мирисите: сепак, траги од NH3 или H₂S, и нашето сетило за мирис ќе звучи аларм. Така, перцепцијата на мирис е сигнал за влијанието на одреден фактор. однос на видовите.

Како мирисаат претстојните празници? Одговорот е прикажан на сликата (7).

7. Мирисот на Божиќ: лево, аромите на джинджифилово (зингерон и џингерол), десно, новогодишни елки (борнил ацетат и две сорти пинен).