Химиктің мұрны бар

Төмендегі мақалада біз иіс мәселесін химиктің көзімен қарастырамыз - ақыр соңында оның мұрны оның зертханасында күнделікті пайдалы болады.

1. Адам мұрнының иннервациясы – мұрын қуысының үстіндегі қалыңдау иіс сезу шамы (авторы: Wikimedia/Opt1cs).

Біз сезімдермен бөлісе аламыз физикалық (көру, есту, сипап сезу) және олардың негізгі химиялық заттаряғни дәм мен иіс. Біріншісі үшін жасанды аналогтар қазірдің өзінде жасалған (жарық сезгіш элементтер, микрофондар, сенсорлық сенсорлар), бірақ соңғысы ғалымдардың «әйнек пен көзге» әлі берілген жоқ. Олар миллиардтаған жылдар бұрын алғашқы жасушалар қоршаған ортадан химиялық сигналдарды ала бастаған кезде жасалған.

Иіс ақырында дәмнен ажыратылады, дегенмен бұл барлық ағзаларда бола бермейді. Жануарлар мен өсімдіктер үнемі айналасын иіскейді және осылайша алынған ақпарат бір қарағанда қарағанда әлдеқайда маңызды. Сондай-ақ көрнекі және есту қабілеті бар оқушыларға, соның ішінде адамдарға арналған.

Иіс сезу құпиялары

Дем алған кезде ауа ағыны мұрынға түседі және қозғалмас бұрын мамандандырылған тінге - өлшемі бірнеше сантиметр болатын иіс сезу эпителийіне енеді.². Мұнда иіс тітіркендіргіштерін қабылдайтын жүйке жасушаларының ұштары орналасқан. Рецепторлардан алынған сигнал мидағы иіс сезу шамына, одан мидың басқа бөліктеріне барады (1). Саусақ ұшында әр түрге тән иіс үлгілері бар. Адам олардың 10 шақтысын тани алады, ал парфюмерия өнеркәсібінде дайындалған мамандар тағы да көп нәрсені тани алады.

Иістер денеде саналы түрде (мысалы, жағымсыз иістен шошып кетесіз) және бейсаналық реакцияларды тудырады. Маркетологтар парфюмериялық бірлестіктердің каталогын пайдаланады. Олардың идеясы - Жаңа жыл қарсаңында дүкендердегі ауаны шырша мен пряниктердің хош иісімен хош иістендіріп алу, бұл әр адамда жағымды эмоциялар тудырып, сыйлық алуға деген құштарлықты арттырады. Сол сияқты, тағам бөліміндегі жаңа піскен нанның иісі сілекейіңізді аузыңызға ағызып, себетке көбірек саласыз.

2. Камфораны жылыту жақпаларында жиі қолданады. Құрылымы әртүрлі үш қосылыстардың өзіндік иісі бар.

Бірақ басқа иіс сезімін емес, берілген заттың бұлай болуына не себеп болады?

Иіс сезу үшін бес негізгі дәм белгіленді: тұзды, тәтті, ащы, қышқыл, ун (ет) және тілдегі рецепторлардың саны бірдей. Иіс сезу жағдайында қанша негізгі хош иіс бар екені немесе олардың бар-жоғы белгісіз. Молекулалардың құрылымы, әрине, иісті анықтайды, бірақ неге ұқсас құрылымы бар қосылыстар мүлде басқа (2) және мүлдем ұқсамайтын - бірдей (3) иіс шығарады?

3. Сол жақтағы қосылыс мускус (парфюмерлік ингредиент) иісі бар, ал оң жағында - құрылымы жағынан бірдей дерлік - иісі жоқ.

Неліктен эфирлердің көпшілігінің иісі жағымды, ал күкірт қосылыстары жағымсыз (бұл фактіні түсіндіруге болады)? Кейбіреулер белгілі бір иістерге мүлдем сезімтал емес, ал статистика бойынша әйелдердің мұрындары ерлерге қарағанда сезімтал. Бұл генетикалық жағдайларды болжайды, яғни. рецепторларда спецификалық белоктардың болуы.

Қалай болғанда да, жауаптардан гөрі сұрақтар көп және хош иістің құпияларын түсіндіру үшін бірнеше теориялар әзірленді.

Кілт пен құлып

Біріншісі дәлелденген ферментативті механизмге негізделген, реагент молекуласы құлыптың кілті сияқты фермент молекуласының қуысына (белсенді аймақ) енеді. Осылайша, олар иіс шығарады, өйткені олардың молекулаларының пішіні рецепторлардың бетіндегі қуыстарға сәйкес келеді және атомдардың белгілі бір топтары оның бөліктерімен байланысады (ферменттер реагенттерді осылай байланыстырады).

Қысқасы, бұл британдық биохимиктер жасаған иіс теориясы. Джон Э. Амуреа. Ол жеті негізгі хош иісті бөлді: камфора-мускус, гүлді, жалбыз, эфирлік, ащы және шірік (қалғандары олардың комбинациясы). Иісі ұқсас қосылыстардың молекулалары да ұқсас құрылымға ие, мысалы, сфералық пішінділері камфора тәрізді иіс, ал жағымсыз иісі бар қосылыстарға күкірт жатады.

Құрылымдық теория сәтті болды - мысалы, ол неге біз біраз уақыттан кейін иіс шығаруды тоқтатамыз деп түсіндірді. Бұл берілген иісті тасымалдайтын молекулалардың барлық рецепторларды блоктауымен байланысты (дәл осындай субстраттардың артықшылығы бар ферменттер жағдайында). Дегенмен, бұл теория қосылыстың химиялық құрылымы мен оның иісі арасындағы байланысты орнатуға әрқашан қабілетті емес. Ол заттың иісін алғанға дейін жеткілікті ықтималдықпен болжай алмады. Ол сондай-ақ аммиак пен күкіртті сутегі сияқты ұсақ молекулалардың күшті иісін түсіндіре алмады. Амур және оның мұрагерлері енгізген түзетулер (негізгі дәмдердің санын көбейтуді қоса алғанда) құрылымдық теорияның барлық кемшіліктерін жоймады.

тербелетін молекулалар

Молекулалардағы атомдар үнемі дірілдеп, бір-бірімен байланыстарды созып, иіп отырады, ал қозғалыс абсолютті нөлдік температурада да тоқтамайды. Молекулалар діріл энергиясын жұтады, ол негізінен сәулеленудің инфрақызыл диапазонында жатыр. Бұл факт молекулалардың құрылымын анықтаудың негізгі әдістерінің бірі болып табылатын ИК-спектроскопияда қолданылды - бірдей ИҚ спектрі бар екі түрлі қосылыс жоқ (оптикалық изомерлер деп аталатындардан басқа).

Жасаушылар иістің тербеліс теориясы (Дж. М. Дайсон, Р. Х. Райт) тербеліс жиілігі мен қабылданатын иіс арасындағы байланыстарды тапты. Резонанстық тербеліс иіс сезу эпителийіндегі рецепторлық молекулалардың дірілдерін тудырады, бұл олардың құрылымын өзгертеді және миға жүйке импульсін жібереді. Рецепторлардың жиырмаға жуық түрі бар, демек, негізгі хош иістердің саны бірдей деп есептелді.

70-жылдары екі теорияның да (діріл және құрылымдық) жақтаушылары бір-бірімен қызу бәсекеге түсті.

Вибрионистер кішкентай молекулалардың иісі мәселесін олардың спектрлері ұқсас иісі бар үлкенірек молекулалардың спектрлерінің фрагменттеріне ұқсас болуымен түсіндірді. Бірақ олар неліктен бірдей спектрлері бар кейбір оптикалық изомерлердің мүлдем басқа иістерге ие екенін түсіндіре алмады (4).

4. Карвонның оптикалық изомерлері: S сорты зире, R сорты жалбыз иісі.

Структурологтар бұл фактіні түсіндіруде еш қиналмайды - ферменттер сияқты әрекет ететін рецепторлар молекулалар арасындағы осындай нәзік айырмашылықтарды да таниды. Діріл теориясы да иістің күшін болжай алмады, оны Купиид теориясының ізбасарлары иіс тасымалдаушылардың рецепторлармен байланысу күшімен түсіндірді.

Ол жағдайды сақтап қалуға тырысты Л.Ториноиіс сезу эпителийі сканерлеуші ​​туннельдік микроскоп (!) сияқты әрекет етеді деп болжайды. Туриннің пікірінше, электрондар рецептор бөліктерінің арасында тербеліс тербелістерінің белгілі бір жиілігі бар хош иісті молекуланың фрагменті болған кезде өтеді. Рецептордың құрылымында туындаған өзгерістер жүйке импульсінің берілуін тудырады. Дегенмен, Туриннің модификациясы көптеген ғалымдарға тым экстравагант болып көрінеді.

Қақпақтар

Молекулярлық биология да иістердің құпиясын ашуға тырысты және бұл жаңалық бірнеше рет Нобель сыйлығымен марапатталды. Адамның иіс рецепторлары мыңға жуық түрлі белоктардан тұратын отбасы болып табылады және олардың синтезіне жауапты гендер иіс сезу эпителийінде ғана белсенді (яғни, қажет жерде). Рецепторлық ақуыздар аминқышқылдарының спиральді тізбегінен тұрады. Тігіс тігісіндегі кескінде белоктар тізбегі жасуша мембранасын жеті рет тесіп өтеді, сондықтан бұл атау: жеті спиральді трансмембраналық жасуша рецепторлары ,

Жасуша сыртына шығып тұрған фрагменттер оған сәйкес құрылымы бар молекулалар түсуі мүмкін тұзақ жасайды (5). Рецептор орналасқан жерге белгілі бір G-типті белок бекітіледі, жасуша ішіне батырылады.Иіс молекуласы тұзаққа түсіп қалғанда, G-белок белсендіріліп, босатылады, ал оның орнына басқа G-белок бекітіледі, белсендіріледі және қайтадан босатылады және т.б. Цикл байланысқан хош иіс молекуласы босатылғанша немесе иіс сезу эпителийінің бетін үнемі тазартатын ферменттермен жойылғанша қайталанады. Рецептор тіпті бірнеше жүз G-белок молекуласын белсендіре алады және мұндай жоғары сигналды күшейту факторы оған дәмдердің тіпті із қалдырмайтын мөлшеріне де жауап беруге мүмкіндік береді (6). Белсендірілген G-белок жүйке импульсінің жіберілуіне әкелетін химиялық реакциялар циклін бастайды.

5. Иіс рецепторы осылай көрінеді – ақуыз 7TM.

Иіс сезу рецепторларының жұмысының жоғарыда келтірілген сипаттамасы құрылымдық теорияда берілгенге ұқсас. Молекулалардың байланысуы болғандықтан, діріл теориясы да ішінара дұрыс болды деп айтуға болады. Бұл ғылым тарихында бұрынғы теориялардың мүлде қате емес, жай ғана шындыққа жақындауы бірінші рет емес.

6. Адам мұрны қосылыстардың хроматографиялық бөлінген қоспаларын талдау кезіндегі детектор ретінде.

Неліктен бір нәрсенің иісі шығады?

Иіс сезу рецепторларының түрлеріне қарағанда иістер әлдеқайда көп, яғни иіс молекулалары бір уақытта бірнеше түрлі ақуыздарды белсендіреді. иіс сезу шамының белгілі бір жерінен келетін сигналдардың бүкіл тізбегіне негізделген. Табиғи хош иістердің құрамында жүзден астам қосылыстар бар болғандықтан, иіс сезімін тудыру процесінің күрделілігін елестетуге болады.

Жарайды, бірақ неге бірдеңенің иісі жақсы, бірдеңе жиіркенішті, ал бірдеңе мүлде жоқ?

Сұрақ жартылай философиялық, бірақ ішінара жауап береді. Ми адам мен жануарлардың мінез-құлқын бақылайтын, олардың қызығушылығын жағымды иістерге бағыттайтын және жағымсыз иісті заттардан ескертетін иісті қабылдауға жауап береді. Еліктіретін иістер табылды, сонымен қатар мақаланың басында айтылған күрделі эфирлер піскен жемістермен (сондықтан олар жеуге тұрарлық), ал күкірт қосылыстары ыдырайтын қалдықтардан босатылады (олардан аулақ болған жөн).

Ауа иіс шығармайды, өйткені ол иістердің таралатын фон болып табылады: дегенмен NH3 немесе H аз мөлшерде болады.₂S, ал біздің иіс сезіміміз дабыл қағады. Осылайша, иісті қабылдау белгілі бір фактордың әсер ету сигналы болып табылады. түрлерге қатынасы.

Алдағы мерекелердің иісі қандай? Жауабы суретте (7) көрсетілген.

7. Рождество иісі: сол жақта пряниктер дәмі (зингерон және гингерол), оң жақта шыршалар (борнилацетат және пиненнің екі түрі).