Kimisti ka një hundë

Në artikullin e mëposhtëm, ne do të shikojmë problemin e nuhatjes përmes syve të një kimisti - në fund të fundit, hunda e tij do të jetë e dobishme në laboratorin e tij çdo ditë.

1. Inervimi i hundës së njeriut - një trashje mbi zgavrën e hundës është llamba e nuhatjes (autor: Wikimedia/Opt1cs).

Mund të ndajmë ndjenjat fizik (shikimi, dëgjimi, prekja) dhe primare e tyre kimikpra shije dhe erë. Për të parët, tashmë janë krijuar analoge artificiale (elementë të ndjeshëm ndaj dritës, mikrofona, sensorë të prekjes), por këto të fundit nuk janë dorëzuar ende në "xhamin dhe syrin" e shkencëtarëve. Ato u krijuan miliarda vjet më parë kur qelizat e para filluan të merrnin sinjale kimike nga mjedisi.

Aroma përfundimisht ndahet nga shija, megjithëse kjo nuk ndodh në të gjithë organizmat. Kafshët dhe bimët nuhasin vazhdimisht rrethinën e tyre dhe informacioni i marrë në këtë mënyrë është shumë më i rëndësishëm sesa duket në shikim të parë. Gjithashtu për nxënësit vizualë dhe dëgjimorë, duke përfshirë njerëzit.

Sekretet e nuhatjes

Kur thithni, rryma e ajrit nxiton në hundë dhe, para se të vazhdoni, hyn në një ind të specializuar - epitelin e nuhatjes me madhësi disa centimetra.². Këtu janë mbaresat e qelizave nervore që kapin stimujt e erës. Sinjali i marrë nga receptorët udhëton në llambën e nuhatjes në tru, dhe prej andej në pjesë të tjera të trurit (1). Maja e gishtit përmban modele aromash specifike për çdo specie. Një njeri mund të njohë rreth 10 prej tyre dhe profesionistët e trajnuar në industrinë e parfumeve mund të njohin shumë më tepër.

Erërat shkaktojnë reaksione në trup, si të vetëdijshme (për shembull, ju trembeni nga një erë e keqe) dhe nënndërgjegjeshëm. Tregtarët përdorin katalogun e shoqatave të parfumeve. Ideja e tyre është të aromatizojnë ajrin e dyqaneve me aromën e pemëve të Krishtlindjeve dhe bukës së xhenxhefilit gjatë periudhës para Vitit të Ri, gjë që shkakton emocione pozitive tek të gjithë dhe rrit dëshirën për të blerë dhurata. Në mënyrë të ngjashme, aroma e bukës së freskët në seksionin e ushqimit do të bëjë që pështyma juaj të pikojë në gojë dhe do të vendosni më shumë në shportë.

2. Kamfori përdoret shpesh në pomadat ngrohëse. Tre komponime me struktura të ndryshme kanë erën e tyre.

Por çfarë e bën një substancë të caktuar të shkaktojë këtë ndjesi të nuhatjes dhe jo një ndjesi tjetër të nuhatjes?

Për shijen e nuhatjes, janë vendosur pesë shije bazë: të kripura, të ëmbla, të hidhura, të tharta, të thartë, oun (mish) dhe të njëjtin numër të llojeve të receptorëve në gjuhë. Në rastin e nuhatjes, nuk dihet as sa aroma bazë ekzistojnë, apo nëse ekzistojnë fare. Struktura e molekulave me siguri përcakton erën, por pse ndodh që komponimet me një strukturë të ngjashme kanë erë krejtësisht të ndryshme (2), dhe krejtësisht të ndryshme - të njëjta (3)?

3. Komponimi në të majtë mban erë myshku (përbërës parfumi), dhe në të djathtë - pothuajse identik në strukturë - nuk ka erë.

Pse shumica e estereve kanë erë të këndshme, por përbërjet e squfurit janë të pakëndshme (ky fakt ndoshta mund të shpjegohet)? Disa janë krejtësisht të pandjeshme ndaj disa aromave dhe statistikisht femrat kanë një hundë më të ndjeshme se meshkujt. Kjo sugjeron kushte gjenetike, d.m.th. prania e proteinave specifike në receptorë.

Në çdo rast, ka më shumë pyetje sesa përgjigje, dhe disa teori janë zhvilluar për të shpjeguar misteret e aromës.

Çelës dhe kyç

E para bazohet në një mekanizëm enzimatik të provuar, kur molekula e reagentit hyn në zgavrën e molekulës së enzimës (vend aktiv), si një çelës për një bravë. Kështu, ata nuhasin sepse forma e molekulave të tyre korrespondon me zgavrat në sipërfaqen e receptorëve, dhe grupe të caktuara atomesh lidhen me pjesët e tij (në të njëjtën mënyrë që enzimat lidhin reagentët).

Me pak fjalë, kjo është një teori e nuhatjes e zhvilluar nga një biokimist britanik. John E. Amurea. Ai veçoi shtatë aroma kryesore: kamfor-musku, lules, nenexhik, eterike, pikante dhe të kalbur (të tjerat janë kombinime të tyre). Molekulat e komponimeve me një erë të ngjashme kanë gjithashtu një strukturë të ngjashme, për shembull, ato me formë sferike erë si kamfuri, dhe komponimet me erë të pakëndshme përfshijnë squfurin.

Teoria strukturore ka qenë e suksesshme - për shembull, ajo shpjegoi pse ne ndalojmë së nuhaturi pas një kohe. Kjo është për shkak të bllokimit të të gjithë receptorëve nga molekulat që mbajnë një erë të caktuar (ashtu si në rastin e enzimave të zëna nga një tepricë e substrateve). Sidoqoftë, kjo teori nuk ishte gjithmonë në gjendje të krijonte një lidhje midis strukturës kimike të një përbërjeje dhe erës së tij. Ajo nuk ishte në gjendje të parashikonte erën e substancës me probabilitet të mjaftueshëm përpara se ta merrte atë. Ajo gjithashtu nuk arriti të shpjegonte erën e fortë të molekulave të vogla si amoniaku dhe sulfidi i hidrogjenit. Ndryshimet e bëra nga Amur dhe pasardhësit e tij (duke përfshirë një rritje të numrit të shijeve bazë) nuk eliminuan të gjitha mangësitë e teorisë strukturore.

molekulat vibruese

Atomet në molekula vibrojnë vazhdimisht, duke shtrirë dhe përkulur lidhjet midis tyre dhe lëvizja nuk ndalet as në temperaturat zero absolute. Molekulat thithin energjinë vibruese, e cila shtrihet kryesisht në rrezen infra të kuqe të rrezatimit. Ky fakt është përdorur në spektroskopinë IR, e cila është një nga metodat kryesore për përcaktimin e strukturës së molekulave - nuk ka dy komponime të ndryshme me të njëjtin spektër IR (përveç të ashtuquajturve izomerë optikë).

Krijuesit teoria vibruese e nuhatjes (J. M. Dyson, R. H. Wright) gjeti lidhje midis frekuencës së dridhjeve dhe erës së perceptuar. Dridhjet nga rezonanca shkaktojnë dridhje të molekulave të receptorit në epitelin nuhatës, i cili ndryshon strukturën e tyre dhe dërgon një impuls nervor në tru. Supozohej se kishte rreth njëzet lloje të receptorëve dhe, për rrjedhojë, të njëjtin numër aromash bazë.

Në vitet '70, ithtarët e të dy teorive (vibruese dhe strukturore) konkurruan ashpër me njëri-tjetrin.

Vibrionistët e shpjeguan problemin e erës së molekulave të vogla me faktin se spektrat e tyre janë të ngjashëm me fragmentet e spektrit të molekulave më të mëdha që kanë një erë të ngjashme. Megjithatë, ata nuk ishin në gjendje të shpjegonin pse disa izomerë optikë me të njëjtat spektra kanë erë krejtësisht të ndryshme (4).

4. Izomerët optikë të karvonit: klasa S ka erë si qimnon, klasa R ka erë si nenexhik.

Strukturalistët nuk e kanë të vështirë ta shpjegojnë këtë fakt - receptorët, duke vepruar si enzima, njohin edhe dallime të tilla delikate midis molekulave. Teoria vibruese gjithashtu nuk mund të parashikonte forcën e erës, të cilën ndjekësit e teorisë së Cupid e shpjeguan me forcën e lidhjes së bartësve të erërave me receptorët.

Ai u përpoq të shpëtonte situatën L. Torinoduke sugjeruar që epiteli nuhatës vepron si një mikroskop tunelues skanues (!). Sipas Torinos, elektronet rrjedhin midis pjesëve të receptorit kur ekziston një fragment i një molekule aroma midis tyre me një frekuencë të caktuar dridhjesh vibruese. Ndryshimet që rezultojnë në strukturën e receptorit shkaktojnë transmetimin e impulsit nervor. Sidoqoftë, modifikimi i Torinos për shumë shkencëtarë duket tepër ekstravagant.

Kurthe

Biologjia molekulare është përpjekur gjithashtu të zbulojë misteret e aromave dhe ky zbulim është vlerësuar disa herë me çmimin Nobel. Receptorët e aromës njerëzore janë një familje me rreth një mijë proteina të ndryshme dhe gjenet përgjegjëse për sintezën e tyre janë aktive vetëm në epitelin e nuhatjes (d.m.th., aty ku është e nevojshme). Proteinat e receptorit përbëhen nga një zinxhir spirale aminoacidesh. Në imazhin e thurjes së thurjes, një zinxhir proteinash shpon shtatë herë membranën qelizore, prandaj emri: receptorët e qelizave transmembranore me shtatë spirale ()

Fragmentet që dalin jashtë qelizës krijojnë një kurth në të cilin mund të bien molekulat me strukturën përkatëse (5). Një proteinë specifike e tipit G është ngjitur në vendin e receptorit, e zhytur brenda qelizës. Kur molekula e erës kapet në kurth, proteina G aktivizohet dhe lirohet dhe në vend të saj ngjitet një tjetër G-proteinë. e cila aktivizohet dhe lirohet sërish etj.Cikli përsëritet derisa molekula e aromës së lidhur të çlirohet ose të zbërthehet nga enzimat që pastrojnë vazhdimisht sipërfaqen e epitelit të nuhatjes. Receptori mund të aktivizojë edhe disa qindra molekula të proteinës G, dhe një faktor kaq i lartë i amplifikimit të sinjalit e lejon atë të përgjigjet edhe ndaj sasive të vogla të aromatizuesve (6). Proteina G e aktivizuar fillon një cikël reaksionesh kimike që çojnë në dërgimin e një impulsi nervor.

5. Kështu duket receptori i erës - proteina 7TM.

Përshkrimi i mësipërm i funksionimit të receptorëve të nuhatjes është i ngjashëm me atë të paraqitur në teorinë strukturore. Meqenëse ndodh lidhja e molekulave, mund të argumentohet se teoria vibruese ishte gjithashtu pjesërisht e saktë. Kjo nuk është hera e parë në historinë e shkencës që teoritë e mëparshme nuk ishin krejtësisht të gabuara, por thjesht iu afruan realitetit.

6. Hunda e njeriut si detektor i komponimeve në analizën e përzierjeve të tyre të ndara kromatografikisht.

Pse diçka merr erë?

Ka shumë më tepër aroma se sa ka lloje të receptorëve të nuhatjes, që do të thotë se molekulat e erës aktivizojnë disa proteina të ndryshme në të njëjtën kohë. bazuar në të gjithë sekuencën e sinjaleve që vijnë nga vende të caktuara në llambën e nuhatjes. Meqenëse aromat natyrale përmbajnë më shumë se njëqind përbërës, mund të imagjinohet kompleksiteti i procesit të krijimit të një ndjesie nuhatjeje.

Mirë, por pse diçka ka erë të mirë, diçka të neveritshme dhe diçka aspak?

Pyetja është gjysmë filozofike, por pjesërisht e përgjigjur. Truri është përgjegjës për perceptimin e nuhatjes, i cili kontrollon sjelljen e njerëzve dhe kafshëve, duke e drejtuar interesin e tyre drejt aromave të këndshme dhe duke paralajmëruar kundër objekteve me erë të keqe. Gjenden aroma joshëse, ndër të tjera, esteret e përmendura në fillim të artikullit lirohen nga frutat e pjekura (prandaj ia vlen të hahen), dhe komponimet e squfurit çlirohen nga mbetjet e kalbura (më mirë të qëndroni larg tyre).

Ajri nuk mban erë sepse është sfondi mbi të cilin përhapen erërat: megjithatë, sasi të vogla të NH3 ose H₂S, dhe shqisa jonë e nuhatjes do të bjerë alarmin. Kështu, perceptimi i erës është një sinjal i ndikimit të një faktori të caktuar. lidhje me speciet.

Çfarë arome kanë festat e ardhshme? Përgjigja është paraqitur në foton (7).

7. Era e Krishtlindjes: në të majtë, shijet e kek me xhenxhefil (zingerone dhe gingerol), në të djathtë, pemët e Krishtlindjeve (bornyl acetate dhe dy lloje pinene).