Kimyogarning burni bor

Quyidagi maqolada biz hid muammosini kimyogarning ko'zi bilan ko'rib chiqamiz - axir, uning burni har kuni o'z laboratoriyasida yordam beradi.

1. Inson burnining innervatsiyasi - burun bo'shlig'i ustidagi qalinlashuv hid bilish lampochkasi (muallif: Wikimedia/Opt1cs).

Biz his-tuyg'ularni baham ko'rishimiz mumkin jismoniy (ko'rish, eshitish, teginish) va ularning asosiy kimyoviyya'ni ta'mi va hidi. Birinchisi uchun sun'iy analoglar allaqachon yaratilgan (yorug'likka sezgir elementlar, mikrofonlar, sensorli sensorlar), ammo ikkinchisi hali olimlarning "shisha va ko'zlariga" taslim bo'lmagan. Ular milliardlab yillar oldin birinchi hujayralar atrof-muhitdan kimyoviy signallarni qabul qila boshlaganlarida yaratilgan.

Hid oxir-oqibat ta'mdan ajralib chiqadi, garchi bu barcha organizmlarda bo'lmasa ham. Hayvonlar va o'simliklar doimo o'z atroflarini hidlaydilar va shu tarzda olingan ma'lumotlar birinchi qarashda ko'rinadiganidan ancha muhimroqdir. Shuningdek, vizual va eshitish qobiliyatini o'rganuvchilar, shu jumladan odamlar uchun.

Hid bilish sirlari

Nafas olayotganda, havo oqimi burunga tushadi va harakat qilishdan oldin maxsus to'qimalarga - bir necha santimetr kattalikdagi olfaktor epiteliyga kiradi.². Bu erda hidni qo'zg'atadigan nerv hujayralarining uchlari mavjud. Retseptorlardan olingan signal miyadagi hid bilish lampochkasiga, u yerdan esa miyaning boshqa qismlariga boradi (1). Barmoq uchida har bir turga xos hid naqshlari mavjud. Inson ularning 10 ga yaqinini taniydi va parfyumeriya sanoatida o'qitilgan mutaxassislar yana ko'plarini taniy oladi.

Hidlar tanada ongli ravishda (masalan, siz yomon hiddan qo'rqib ketasiz) va ongsiz reaktsiyalarni keltirib chiqaradi. Marketologlar parfyumeriya uyushmalari katalogidan foydalanadilar. Ularning g'oyasi - Yangi yil oldidan do'konlardagi havoni Rojdestvo daraxtlari va gingerbread hidi bilan xushbo'ylash, bu har bir kishida ijobiy his-tuyg'ularni uyg'otadi va sovg'a sotib olish istagini oshiradi. Xuddi shunday, oziq-ovqat bo'limidagi yangi nonning hidi tupurigingizni og'zingizga tomizadi va siz savatga ko'proq qo'yasiz.

2. Kofur ko'pincha isituvchi malhamlarda qo'llaniladi. Turli xil tuzilishga ega bo'lgan uchta birikma o'ziga xos hidga ega.

Ammo ma'lum bir moddaning boshqa hidlash hissi emas, balki bunga sabab bo'lishiga nima sabab bo'ladi?

Xushbo'y ta'm uchun beshta asosiy ta'm o'rnatilgan: sho'r, shirin, achchiq, nordon, un (go'sht) va tilda bir xil miqdordagi retseptor turlari. Hidga kelsak, qancha asosiy xushbo'y hidlar mavjudligi yoki ularning umuman mavjudligi ma'lum emas. Molekulalarning tuzilishi, albatta, hidni aniqlaydi, lekin nima uchun o'xshash tuzilishga ega bo'lgan birikmalar butunlay boshqacha (2) va butunlay o'xshash bo'lmagan - bir xil (3) hidlaydi?

3. Chap tarafdagi birikma mushk (parfyum ingrediyenti) kabi hidlanadi, o'ng tomonda esa - tuzilishi jihatidan deyarli bir xil - hidi yo'q.

Nima uchun ko'pchilik esterlar yoqimli hidga ega, ammo oltingugurt birikmalari yoqimsiz (bu haqiqatni tushuntirish mumkin)? Ba'zilar ma'lum hidlarga mutlaqo befarq, statistik ma'lumotlarga ko'ra, ayollar erkaklarnikiga qaraganda ko'proq sezgir burunga ega. Bu genetik sharoitlarni ko'rsatadi, ya'ni. retseptorlarda o'ziga xos oqsillarning mavjudligi.

Qanday bo'lmasin, javoblardan ko'ra ko'proq savollar mavjud va hidning sirlarini tushuntirish uchun bir nechta nazariyalar ishlab chiqilgan.

Kalit va qulf

Birinchisi, tasdiqlangan fermentativ mexanizmga asoslanadi, reagent molekulasi ferment molekulasining bo'shlig'iga (faol markaz), qulfning kaliti kabi kirganda. Shunday qilib, ular hidlanadi, chunki ularning molekulalarining shakli retseptorlar yuzasidagi bo'shliqlarga mos keladi va atomlarning ma'lum guruhlari uning qismlari bilan bog'lanadi (xuddi shunday fermentlar reagentlarni bog'laydi).

Qisqasi, bu britaniyalik biokimyogari tomonidan ishlab chiqilgan hid nazariyasi. Jon E. Amurea. U ettita asosiy xushbo'y hidni ajratib ko'rsatdi: kofur-musk, gulli, yalpiz, efir, achchiq va chirigan (qolganlari ularning kombinatsiyasi). Xuddi shunday hidga ega bo'lgan birikmalarning molekulalari ham xuddi shunday tuzilishga ega, masalan, sharsimon shaklga ega bo'lganlar kofur kabi hidlanadi va yoqimsiz hidli birikmalarga oltingugurt kiradi.

Strukturaviy nazariya muvaffaqiyatli bo'ldi - masalan, u bir muncha vaqt o'tgach, nima uchun hidlashni to'xtatganimizni tushuntirdi. Bu barcha retseptorlarni ma'lum bir hidni tashuvchi molekulalar tomonidan bloklanishi bilan bog'liq (xuddi substratlarning ortiqcha bilan band bo'lgan fermentlarda bo'lgani kabi). Biroq, bu nazariya har doim ham birikmaning kimyoviy tuzilishi va uning hidi o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatishga qodir emas edi. U moddaning hidini olishdan oldin uni yetarlicha ehtimollik bilan bashorat qila olmadi. U shuningdek, ammiak va vodorod sulfidi kabi kichik molekulalarning kuchli hidini tushuntira olmadi. Amur va uning vorislari tomonidan kiritilgan tuzatishlar (shu jumladan, asosiy lazzatlar sonining ko'payishi) tizimli nazariyaning barcha kamchiliklarini bartaraf etmadi.

tebranish molekulalari

Molekulalardagi atomlar doimo tebranadi, o'zaro bog'lanishlarni cho'zadi va egib turadi va harakat mutlaq nol haroratda ham to'xtamaydi. Molekulalar tebranish energiyasini o'zlashtiradi, bu asosan infraqizil nurlanish diapazonida joylashgan. Bu fakt molekulalarning tuzilishini aniqlashning asosiy usullaridan biri bo'lgan IQ spektroskopiyasida qo'llanilgan - bir xil IQ spektriga ega bo'lgan ikki xil birikma mavjud emas (optik izomerlar deb ataladiganlardan tashqari).

Ijodkorlar hidning tebranish nazariyasi (J. M. Dayson, R. H. Rayt) tebranishlar chastotasi va seziladigan hid o'rtasidagi bog'liqlikni topdi. Rezonans bilan tebranishlar hid bilish epiteliysida retseptor molekulalarining tebranishlarini keltirib chiqaradi, bu ularning tuzilishini o'zgartiradi va miyaga nerv impulsini yuboradi. Taxminan yigirma turdagi retseptorlar va shuning uchun bir xil miqdordagi asosiy aromalar mavjud deb taxmin qilingan.

70-yillarda ikkala nazariya (tebranish va strukturaviy) tarafdorlari bir-biri bilan qattiq raqobatlashdilar.

Vibrionistlar kichik molekulalarning hidi muammosini ularning spektrlari o'xshash hidga ega bo'lgan kattaroq molekulalar spektrlarining bo'laklariga o'xshashligi bilan izohladilar. Biroq, ular nima uchun bir xil spektrga ega bo'lgan ba'zi optik izomerlar butunlay boshqacha hidlarga ega ekanligini tushuntira olmadilar (4).

4. Karvonning optik izomerlari: S navi zira, R navi yalpiz hidi.

Strukturalistlar bu haqiqatni osongina tushuntirdilar - fermentlar kabi harakat qiluvchi retseptorlar molekulalar orasidagi bunday nozik farqlarni ham tan oladilar. Tebranish nazariyasi ham hidning kuchini oldindan aytib bera olmadi, Cupid nazariyasi izdoshlari buni hid tashuvchilarning retseptorlari bilan bog'lanish kuchi bilan izohlashdi.

U vaziyatni saqlab qolishga harakat qildi L. Torinohidli epiteliy skanerlash tunnel mikroskop (!) kabi harakat qiladi, deb taxmin qiladi. Turinning fikriga ko'ra, elektronlar retseptorlarning qismlari o'rtasida tebranish tebranishlarining ma'lum chastotasi bilan aroma molekulasining fragmenti mavjud bo'lganda oqadi. Retseptor strukturasida yuzaga keladigan o'zgarishlar nerv impulsining uzatilishiga sabab bo'ladi. Biroq, Turinning modifikatsiyasi ko'plab olimlar uchun juda g'ayrioddiy ko'rinadi.

Tuzoqlar

Molekulyar biologiya ham hidlarning sirlarini ochishga harakat qildi va bu kashfiyot bir necha bor Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi. Inson hidining retseptorlari mingga yaqin turli xil oqsillar oilasi bo'lib, ularning sintezi uchun mas'ul bo'lgan genlar faqat olfaktor epiteliyda (ya'ni, kerak bo'lganda) faoldir. Retseptor oqsillari aminokislotalarning spiral zanjiridan iborat. Tikilgan tikuv tasvirida oqsillar zanjiri hujayra membranasini etti marta teshadi, shuning uchun nom: etti spiralli transmembran hujayra retseptorlari ().

Hujayradan tashqariga chiqadigan bo'laklar tegishli tuzilishga ega molekulalar tushishi mumkin bo'lgan tuzoq hosil qiladi (5). Retseptor joyiga o'ziga xos G-tipli oqsil biriktirilib, hujayra ichiga botiriladi.Hid molekulasi tuzoqqa ushlanganda, G-oqsil faollashadi va ajralib chiqadi va uning o'rniga boshqa G-oqsil biriktiriladi. faollashadi va yana chiqariladi va hokazo. Bog'langan aroma molekulasi bo'shatilguncha yoki hidlash epiteliysining sirtini doimiy ravishda tozalaydigan fermentlar tomonidan yo'q qilinmaguncha tsikl takrorlanadi. Retseptor hatto bir necha yuzlab G-oqsil molekulalarini faollashtirishi mumkin va bunday yuqori signalni kuchaytirish omili unga hatto iz miqdoridagi lazzatlarga ham javob berishga imkon beradi (6). Faollashtirilgan G-oqsil nerv impulsining yuborilishiga olib keladigan kimyoviy reaktsiyalar siklini boshlaydi.

5. Hid retseptorlari shunday ko'rinadi - oqsil 7TM.

Xushbo'y retseptorlari faoliyatining yuqoridagi tavsifi struktura nazariyasida keltirilganga o'xshaydi. Molekulalarning bog'lanishi sodir bo'lganligi sababli, tebranish nazariyasi ham qisman to'g'ri ekanligini ta'kidlash mumkin. Bu ilm-fan tarixida birinchi marta emas, balki avvalgi nazariyalar butunlay noto'g'ri emas, balki haqiqatga shunchaki yaqinlashgan.

6. Inson burni xromatografik jihatdan ajratilgan aralashmalarni tahlil qilishda birikmalarning detektori sifatida.

Nima uchun biror narsa hidlaydi?

Xushbo'y retseptorlarning turlaridan ko'ra ko'proq hidlar mavjud, ya'ni hid molekulalari bir vaqtning o'zida bir nechta turli oqsillarni faollashtiradi. olfaktor lampochkaning ma'lum joylaridan keladigan signallarning butun ketma-ketligiga asoslanadi. Tabiiy xushbo'y hidlar hatto yuzdan ortiq birikmalarni o'z ichiga olganligi sababli, hidlash hissi yaratish jarayonining murakkabligini tasavvur qilish mumkin.

Yaxshi, lekin nima uchun biror narsa yoqimli hid, jirkanch narsa va umuman yo'q?

Savol yarim falsafiy, ammo qisman javob berilgan. Miya odamlar va hayvonlarning xatti-harakatlarini boshqaradigan, ularning qiziqishlarini yoqimli hidlarga yo'naltiradigan va yomon hidli narsalardan ogohlantiruvchi hidni idrok etish uchun javobgardir. Maqolaning boshida aytib o'tilgan efirlar, boshqa narsalar qatorida, pishgan mevalar tomonidan chiqariladi (shuning uchun ular eyishga arziydi) va oltingugurt birikmalari chirigan qoldiqlardan chiqariladi (yaxshisi ulardan uzoqroq bo'lish).

Havo hidlamaydi, chunki u hidlar tarqaladigan fon hisoblanadi: ammo NH3 yoki H ning iz miqdori.₂S, va bizning hid hissi signal beradi. Shunday qilib, hidni idrok etish ma'lum bir omil ta'sirining signalidir. turlarga munosabat.

Kelgusi bayramlar qanday hidga o'xshaydi? Javob rasmda ko'rsatilgan (7).

7. Rojdestvo hidi: chapda, gingerbread lazzatlari (zingerone va gingerol), o'ngda, Rojdestvo daraxtlari (bornil asetat va ikki xil pinen).