Kimyaçının burnu var

Aşağıdakı məqalədə qoxu probleminə kimyaçının gözü ilə baxacağıq - axırda onun burnu gündəlik olaraq laboratoriyasında işinə yarayacaq.

1. İnsan burnunun innervasiyası - burun boşluğunun üstündəki qalınlaşma iybilmə lampasıdır (müəllif: Wikimedia/Opt1cs).

Hisslərimizi paylaşa bilərik fiziki (görmə, eşitmə, toxunma) və onların əsas kimyəviyəni dad və qoxu. Birincilər üçün süni analoqlar artıq yaradılmışdır (işığa həssas elementlər, mikrofonlar, toxunma sensorları), lakin sonuncular hələ də alimlərin “şüşə və gözünə” təslim olmayıb. Onlar milyardlarla il əvvəl ilk hüceyrələr ətraf mühitdən kimyəvi siqnallar almağa başlayanda yaradılmışdır.

Qoxu daddan ayrılır, baxmayaraq ki, bu, bütün orqanizmlərdə olmur. Heyvanlar və bitkilər davamlı olaraq ətraflarını iyləyirlər və bu şəkildə əldə edilən məlumatlar ilk baxışdan göründüyündən qat-qat əhəmiyyətlidir. Həmçinin insanlar da daxil olmaqla vizual və eşitmə öyrənənlər üçün.

Qoxu alma sirləri

Nəfəs aldığınız zaman hava axını buruna axır və hərəkət etməzdən əvvəl xüsusi bir toxumaya - bir neçə santimetr ölçüdə olan qoxu epitelinə daxil olur.². Budur qoxu stimullarını tutan sinir hüceyrələrinin ucları. Reseptorlardan alınan siqnal beyindəki iybilmə lampasına, oradan isə beynin digər hissələrinə keçir (1). Barmaq ucunda hər növə xas qoxu nümunələri var. İnsan onlardan təxminən 10-unu tanıya bilər və ətir sənayesində təlim keçmiş peşəkarlar daha çoxunu tanıya bilər.

Qoxular bədəndə həm şüurlu (məsələn, pis qoxudan qorxursan), həm də şüuraltı reaksiyalara səbəb olur. Marketoloqlar ətir assosiasiyalarının kataloqundan istifadə edirlər. Onların ideyası Yeni il ərəfəsində mağazalardakı havanı yolka və zəncəfil çörəklərinin qoxusu ilə dadlandırmaqdır ki, bu da hər kəsdə müsbət emosiyalar oyadır və hədiyyə almaq həvəsini artırır. Eynilə, yemək bölməsindəki təzə çörəyin qoxusu tüpürcəyinizi ağzınıza damdıracaq və səbətə daha çox qoyacaqsınız.

2. Kamfora tez-tez isidici məlhəmlərdə istifadə olunur. Müxtəlif quruluşa malik üç birləşmənin öz qoxusu var.

Bəs müəyyən bir maddənin başqa bir qoxu hissi deyil, buna səbəb olmasına səbəb nədir?

Olfaktör dad üçün beş əsas dad müəyyən edilmişdir: duzlu, şirin, acı, turş, oun (ət) və dildə eyni sayda reseptor növləri. Qoxu vəziyyətində, neçə əsas aromanın mövcud olduğu və ya ümumiyyətlə mövcud olub-olmadığı bilinmir. Molekulların quruluşu, şübhəsiz ki, qoxunu müəyyənləşdirir, amma niyə oxşar quruluşa malik birləşmələr tamamilə fərqli (2) və tamamilə fərqli qoxu verir - eyni (3)?

3. Sol tərəfdəki birləşmə müşk (ətir inqrediyenti) qoxusu verir, sağ tərəfdə isə - demək olar ki, quruluşca eynidir - qoxusu yoxdur.

Niyə ən çox efirlərin qoxusu xoş, kükürd birləşmələri isə xoşagəlməzdir (bu fakt yəqin ki, izah oluna bilər)? Bəziləri müəyyən qoxulara tamamilə həssasdırlar və statistik olaraq qadınların burnu kişilərdən daha həssasdır. Bu, genetik şərtləri göstərir, yəni. reseptorlarda xüsusi zülalların olması.

Hər halda, cavabdan çox suallar var və ətrin sirlərini izah etmək üçün bir neçə nəzəriyyə işlənib hazırlanmışdır.

Açar və kilid

Birincisi, bir reagent molekulu kilidin açarı kimi ferment molekulunun boşluğuna (aktiv mərkəz) daxil olduqda, sübut edilmiş enzimatik mexanizmə əsaslanır. Beləliklə, onlar iy verirlər, çünki onların molekullarının forması reseptorların səthindəki boşluqlara uyğundur və müəyyən atom qrupları onun hissələrinə bağlanır (eyni şəkildə fermentlər reagentləri bağlayır).

Qısaca desək, bu, İngilis biokimyaçı tərəfindən hazırlanmış qoxu nəzəriyyəsidir. John E. Amurea. O, yeddi əsas aromanı ayırd etdi: kamfora-müşk, çiçək, nanə, efir, ədviyyatlı və çürük (qalanları onların birləşməsidir). Bənzər qoxuya malik birləşmələrin molekulları da oxşar quruluşa malikdir, məsələn, sferik formaya malik olanlar kamfora kimi qoxuyur, xoşagəlməz qoxu olan birləşmələrə isə kükürd daxildir.

Struktur nəzəriyyəsi müvəffəqiyyət qazandı - məsələn, bir müddət sonra qoxunu niyə dayandırdığımızı izah etdi. Bu, müəyyən bir qoxu daşıyan molekullar tərəfindən bütün reseptorların bloklanması ilə bağlıdır (eynilə substratların artıqlığı ilə işğal edilmiş fermentlər vəziyyətində olduğu kimi). Ancaq bu nəzəriyyə həmişə birləşmənin kimyəvi quruluşu ilə qoxusu arasında əlaqə qura bilməyib. O, maddənin qoxusunu əldə etməzdən əvvəl kifayət qədər ehtimalla proqnozlaşdıra bilmədi. O, həmçinin ammonyak və hidrogen sulfid kimi kiçik molekulların sıx qoxusunu izah edə bilmədi. Amur və onun varisləri tərəfindən edilən düzəlişlər (o cümlədən əsas tatların sayının artması) struktur nəzəriyyəsinin bütün çatışmazlıqlarını aradan qaldırmadı.

titrəyən molekullar

Molekullardakı atomlar davamlı olaraq titrəyərək, öz aralarında olan bağları dartaraq və bükür və hərəkət mütləq sıfır temperaturda belə dayanmır. Molekullar əsasən infraqırmızı radiasiya diapazonunda olan vibrasiya enerjisini udurlar. Bu fakt molekulların quruluşunu təyin etmək üçün əsas üsullardan biri olan İQ spektroskopiyasında istifadə edilmişdir - eyni IR spektrinə malik iki müxtəlif birləşmə yoxdur (sözdə optik izomerlər istisna olmaqla).

Yaradıcılar qoxunun vibrasiya nəzəriyyəsi (J. M. Dyson, R. H. Wright) vibrasiya tezliyi ilə qəbul edilən qoxu arasında əlaqə tapdı. Rezonansla titrəyişlər qoxu epitelindəki reseptor molekullarının titrəməsinə səbəb olur ki, bu da onların strukturunu dəyişir və beyinə sinir impulsu göndərir. İyirmiyə yaxın reseptor növü və buna görə də eyni sayda əsas aromaların olduğu güman edilirdi.

70-ci illərdə hər iki nəzəriyyənin (vibrasiya və struktur) tərəfdarları bir-biri ilə şiddətli rəqabət aparırdılar.

Vibrionistlər kiçik molekulların qoxusu problemini onların spektrlərinin oxşar qoxuya malik daha böyük molekulların spektrlərinin fraqmentlərinə bənzəməsi ilə izah etdilər. Bununla belə, eyni spektrli bəzi optik izomerlərin niyə tamamilə fərqli qoxulara malik olduğunu izah edə bilmədilər (4).

4. Karvonun optik izomerləri: S dərəcəsi zirə, R dərəcəsi nanə qoxusu verir.

Strukturalistlər bu həqiqəti asanlıqla izah etdilər - fermentlər kimi fəaliyyət göstərən reseptorlar molekullar arasındakı belə incə fərqləri belə tanıyırlar. Vibrasiya nəzəriyyəsi də qoxunun gücünü proqnozlaşdıra bilmədi, Cupid nəzəriyyəsinin davamçıları bunu qoxu daşıyıcılarının reseptorlara bağlanmasının gücü ilə izah etdilər.

Vəziyyəti xilas etməyə çalışdı L. Torinoqoxu epitelinin skan edən tunel mikroskopu (!) kimi fəaliyyət göstərdiyini göstərir. Turinə görə, elektronlar reseptorun hissələri arasında, onların arasında müəyyən bir vibrasiya titrəyiş tezliyi olan aroma molekulunun fraqmenti olduqda axır. Reseptorun strukturunda baş verən dəyişikliklər sinir impulsunun ötürülməsinə səbəb olur. Bununla belə, Turinin modifikasiyası bir çox alim üçün çox ekstravaqant görünür.

Tuzakları

Molekulyar biologiya da qoxuların sirlərini açmağa çalışıb və bu kəşf bir neçə dəfə Nobel mükafatına layiq görülüb. İnsan qoxu reseptorları minə yaxın müxtəlif zülaldan ibarət bir ailədir və onların sintezindən məsul olan genlər yalnız qoxu epitelində (yəni ehtiyac duyulan yerdə) aktivdirlər. Reseptor zülalları spiral şəklində bükülmüş amin turşuları zəncirindən ibarətdir. Dikiş şəklində bir zülal zənciri hüceyrə membranını yeddi dəfə deşir, buna görə də adı: yeddi sarmal transmembran hüceyrə reseptorları 🇧🇷

Hüceyrədən kənara çıxan fraqmentlər müvafiq quruluşa malik molekulların düşə biləcəyi tələ yaradır (5). Reseptorun yerinə xüsusi bir G tipli zülal bağlanır, hüceyrənin içərisinə batırılır.Tələndə qoxu molekulu tutulduqda, G-proteini aktivləşərək sərbəst buraxılır və onun yerinə başqa bir G-proteini bağlanır. aktivləşən və yenidən sərbəst buraxılan və s. Dövr, qoxu epitelinin səthini daim təmizləyən fermentlər tərəfindən bağlı aroma molekulu buraxılana və ya məhv edilənə qədər təkrarlanır. Reseptor hətta bir neçə yüz G-protein molekulunu aktivləşdirə bilər və belə yüksək siqnal gücləndirmə faktoru ona hətta az miqdarda ləzzətlərə cavab verməyə imkan verir (6). Aktivləşdirilmiş G-proteini sinir impulsunun göndərilməsinə səbəb olan kimyəvi reaksiyalar dövrünə başlayır.

5. Qoxu reseptoru belə görünür - protein 7TM.

Qoxu reseptorlarının işinin yuxarıdakı təsviri struktur nəzəriyyədə təqdim edilənə bənzəyir. Molekulların bağlanması baş verdiyi üçün vibrasiya nəzəriyyəsinin də qismən doğru olduğunu iddia etmək olar. Bu, elm tarixində ilk dəfə deyil ki, əvvəlki nəzəriyyələr tamamilə yanlış deyil, sadəcə olaraq reallığa yaxınlaşırdı.

6. İnsan burnu onların xromatoqrafik cəhətdən ayrılmış qarışıqlarının analizində birləşmələrin detektoru kimi.

Niyə bir şey iyi gəlir?

Qoxu reseptorlarının növlərinə nisbətən daha çox qoxu var, yəni qoxu molekulları eyni anda bir neçə müxtəlif zülalları aktivləşdirir. iybilmə lampasının müəyyən yerlərindən gələn siqnalların bütün ardıcıllığına əsaslanır. Təbii ətirlərin tərkibində yüzdən çox birləşmə olduğundan, qoxu hissi yaratmaq prosesinin mürəkkəbliyini təsəvvür etmək olar.

Yaxşı, amma niyə bir şey yaxşı, iyrənc bir şey qoxuyur və heç bir şey yoxdur?

Sual yarı fəlsəfidir, lakin qismən cavablandırılıb. Beyin insanların və heyvanların davranışlarına nəzarət edən, onların marağını xoş qoxulara yönəldən və pis qoxulu əşyalara qarşı xəbərdarlıq edən qoxu qəbulundan məsuldur. Cazibədar qoxular, digər şeylərlə yanaşı, məqalənin əvvəlində qeyd olunan efirlər yetişmiş meyvələr tərəfindən buraxılır (buna görə də yeməyə dəyər), kükürd birləşmələri isə çürüyən qalıqlardan azad edilir (yaxşısı onlardan uzaq olmaq).

Hava iy vermir, çünki o, qoxuların yayıldığı fondur: lakin iz miqdarda NH3 və ya H₂S və qoxu duyğumuz həyəcan təbili çalacaq. Beləliklə, qoxunun qəbulu müəyyən bir faktorun təsirinin siqnalıdır. növlərə münasibət.

Qarşıdan gələn bayramların qoxusu necədir? Cavab şəkildə (7) göstərilmişdir.

7. Milad qoxusu: solda, zəncəfil ləzzətləri (zingerone və gingerol), sağda, yolkalar (bornil asetat və iki növ pinen).