Efnafræðingur er með nef

Í greininni hér að neðan munum við skoða lyktarvandann með augum efnafræðings - þegar allt kemur til alls mun nefið hans koma sér vel á rannsóknarstofu hans daglega.

1. Inntaug í nefi mannsins - þykknun fyrir ofan nefholið er lyktarperan (höfundur: Wikimedia/Opt1cs).

Við getum deilt tilfinningum líkamlegt (sjón, heyrn, snerting) og aðal þeirra efnie.a.s. bragð og lykt. Fyrir hið fyrrnefnda hafa gervi hliðstæður þegar verið búnar til (ljósnæmar þættir, hljóðnemar, snertiskynjarar), en þeir síðarnefndu hafa ekki enn gefist upp fyrir „gleri og augum“ vísindamanna. Þær urðu til fyrir milljörðum ára þegar fyrstu frumurnar fóru að fá efnaboð frá umhverfinu.

Lykt skildi að lokum frá bragði, þó að það eigi sér ekki stað í öllum lífverum. Dýr og plöntur þefa stöðugt af umhverfi sínu og þær upplýsingar sem þannig fást eru mun mikilvægari en þær virðast við fyrstu sýn. Einnig fyrir sjónræna og hljóðræna nemendur, þar með talið menn.

Lyktarleyndarmál

Þegar þú andar að þér streymir loftstraumurinn inn í nefið og, áður en þú heldur áfram, fer hann inn í sérhæfðan vef - lyktarþekjuna nokkra sentímetra að stærð.². Hér eru endar taugafrumna sem fanga lyktarörvun. Merkið sem berast frá viðtökum berst til lyktarperunnar í heilanum og þaðan til annarra hluta heilans (1). Fingurtoppurinn inniheldur lyktarmynstur sem eru sértæk fyrir hverja tegund. Maður getur þekkt um það bil 10 þeirra og þjálfaðir sérfræðingar í ilmvatnsiðnaðinum geta þekkt mun fleiri.

Lykt veldur viðbrögðum í líkamanum, bæði meðvitund (t.d. þér brá við vonda lykt) og undirmeðvitund. Markaðsmenn nota vörulista ilmvatnssamtaka. Hugmynd þeirra er að bragðbæta loftið í verslunum með ilmi af jólatrjám og piparköku yfir áramótin, sem veldur jákvæðum tilfinningum hjá öllum og eykur gjafalöngun. Á sama hátt mun lyktin af fersku brauði í matarhlutanum láta munnvatnið leka inn í munninn og þú setur meira í körfuna.

2. Kamfóra er oft notuð í hitandi smyrsl. Þrjú efnasambönd með mismunandi uppbyggingu hafa sína eigin lykt.

En hvað veldur því að tiltekið efni veldur þessari, en ekki annarri lyktarskynjun?

Fyrir lyktarbragðið hefur verið komið á fimm grunnbragði: salt, sætt, beiskt, súrt, oun (kjöt) og jafnmargar viðtakagerðir á tungunni. Þegar um lykt er að ræða er ekki einu sinni vitað hversu margir grunnilmur eru til, eða hvort þeir séu til yfirhöfuð. Uppbygging sameindanna ræður vissulega lyktinni, en hvers vegna er það að efnasambönd með svipaða byggingu lykta allt öðruvísi (2), og algjörlega ólík - eins (3)?

3. Efnasambandið vinstra megin lyktar eins og musk (ilmvatnsefni), og hægra megin - næstum eins í uppbyggingu - hefur enga lykt.

Af hverju lykta flestir esterar skemmtilega en brennisteinssambönd óþægilega (þessa staðreynd má líklega útskýra)? Sumar eru algjörlega ónæmar fyrir ákveðnum lykt og tölfræðilega séð eru konur með viðkvæmara nef en karlar. Þetta bendir til erfðafræðilegra aðstæðna, þ.e. tilvist sérstakra próteina í viðtökum.

Hvað sem því líður eru spurningar fleiri en svör og nokkrar kenningar hafa verið þróaðar til að útskýra leyndardóma ilmsins.

Lykill og læsing

Hið fyrra byggir á sannaðan ensímkerfi, þegar hvarfefnissameindin fer inn í holrúm ensímsameindarinnar (virkur staður), eins og lykill að læsingu. Þannig lykta þeir vegna þess að lögun sameinda þeirra samsvarar holrúmum á yfirborði viðtaka og ákveðnir hópar atóma bindast hlutum þess (á sama hátt binda ensím hvarfefni).

Í stuttu máli er þetta lyktarkenning þróuð af breskum lífefnafræðingi. John E. Amurea. Hann nefndi sjö helstu ilmur: kamfóru-múskí, blóma, myntu, eterískt, kryddað og rotnandi (afgangurinn eru samsetningar af þeim). Sameindir efnasambanda með svipaða lykt hafa líka svipaða uppbyggingu, til dæmis þær með kúlulaga lykt eins og kamfóra, og efnasambönd með óþægilega lykt innihalda brennistein.

Byggingarkenningar hafa gengið vel - til dæmis útskýrði hún hvers vegna við hættum að lykta eftir smá stund. Þetta er vegna þess að sameindir sem bera tiltekna lykt hindra alla viðtaka (alveg eins og þegar um er að ræða ensím sem eru upptekin af ofgnótt af hvarfefnum). Hins vegar tókst þessari kenningu ekki alltaf að koma á tengslum milli efnafræðilegrar uppbyggingar efnasambands og lyktar þess. Hún gat ekki sagt fyrir um lyktina af efninu með nægilegum líkum áður en hún fékk hana. Henni tókst heldur ekki að útskýra mikla lykt af litlum sameindum eins og ammoníaki og brennisteinsvetni. Breytingarnar sem Amur og arftakar hans gerðu (þar á meðal fjölgun grunnbragða) fjarlægðu ekki alla galla byggingarkenningarinnar.

titrandi sameindir

Atómin í sameindunum titra stöðugt, teygja og beygja tengslin sín á milli og hreyfingin stöðvast ekki jafnvel við algjöran núllhita. Sameindir gleypa titringsorku sem liggur aðallega á innrauðu sviði geislunar. Þessi staðreynd var notuð í IR litrófsgreiningu, sem er ein helsta aðferðin til að ákvarða uppbyggingu sameinda - það eru engin tvö mismunandi efnasambönd með sama IR litrófið (nema hinar svokölluðu sjónhverfur).

Höfundar titringskenning um lykt (J. M. Dyson, R. H. Wright) fundu tengsl milli tíðni titrings og skynjunar lyktar. Titringur með ómun veldur titringi viðtakasameinda í lyktarþekju sem breytir uppbyggingu þeirra og sendir taugaboð til heilans. Gert var ráð fyrir að um tuttugu tegundir viðtaka væru til og því jafnmargir grunnilmur.

Á áttunda áratugnum kepptu talsmenn beggja kenninganna (titrings- og burðarvirki) harkalega sín á milli.

Vibrionistar útskýrðu vandamálið við lyktina af litlum sameindum með því að litróf þeirra líkjast brotum af litrófum stærri sameinda sem hafa svipaða lykt. Hins vegar gátu þeir ekki útskýrt hvers vegna sumar sjónhverfur með sömu litróf hafa gjörólíka lykt (4).

4. Optískar ísómerar karvóns: Gráða S lyktar eins og kúmen, gráðu R lyktar eins og myntu.

Byggingarfræðingar eiga ekki í erfiðleikum með að útskýra þessa staðreynd - viðtakar, sem virka eins og ensím, þekkja jafnvel svo fíngerðan mun á sameindum. Titringskenningin gat heldur ekki spáð fyrir um styrk lyktarinnar, sem fylgjendur kenninga Cupid útskýrðu með styrk bindingar lyktarbera við viðtaka.

Hann reyndi að bjarga ástandinu L. Torinosem bendir til þess að lyktarþekjan virki eins og göngsmásjá (!). Samkvæmt Turin flæða rafeindir á milli hluta viðtakans þegar brot af ilmsameind er á milli þeirra með ákveðinni tíðni titrings titrings. Breytingarnar sem myndast á uppbyggingu viðtakans valda flutningi taugaboða. Hins vegar virðist breytingin á Tórínó mörgum vísindamönnum of eyðslusamleg.

Gildrur

Sameindalíffræði hefur einnig reynt að afhjúpa leyndardóma lyktarinnar og þessi uppgötvun hefur nokkrum sinnum hlotið Nóbelsverðlaunin. Lyktarviðtakar manna eru um það bil þúsund mismunandi próteinfjölskylda og genin sem bera ábyrgð á myndun þeirra eru aðeins virk í lyktarþekjunni (þ.e. þar sem þess er þörf). Viðtakaprótein samanstanda af helical keðju amínósýra. Í saumasaumsmyndinni stingur próteinkeðja sjö sinnum í gegnum frumuhimnuna, þar af leiðandi nafnið: sjö helix transmembrane frumuviðtakar ,

Brot sem standa út fyrir frumuna mynda gildru sem sameindir með samsvarandi uppbyggingu geta fallið í (5). Sérstakt G-prótein er tengt við viðtakastaðinn, sökkt inni í frumunni.Þegar lyktarsameindin er tekin í gildruna er G-próteinið virkjað og losað og annað G-prótein fest í staðinn, sem er virkjað og sleppt aftur o.s.frv. Hringrásin endurtekur sig þar til bundnu ilmsameindinni losnar eða brotnar niður af ensímum sem hreinsa stöðugt yfirborð lyktarþekju. Viðtakinn getur virkjað jafnvel nokkur hundruð G-próteinsameindir og svo hár merkjamögnunarstuðull gerir honum kleift að bregðast við jafnvel snefilmagni bragðefna (6). Virkjað G-prótein kemur af stað hringrás efnahvarfa sem leiða til taugaboða.

5. Svona lítur lyktarviðtakinn út - prótein 7TM.

Ofangreind lýsing á starfsemi lyktarviðtaka er svipuð þeirri sem sett er fram í byggingarkenningunni. Þar sem binding sameinda á sér stað má færa rök fyrir því að titringskenningin hafi einnig verið rétt að hluta. Þetta er ekki í fyrsta sinn í vísindasögunni sem fyrri kenningar voru ekki algjörlega rangar, heldur einfaldlega nálgast raunveruleikann.

6. Nef úr mönnum sem skynjari efnasambanda við greiningu á litskiljanlega aðskildum blöndum þeirra.

Af hverju lyktar eitthvað?

Það er miklu meiri lykt en til eru tegundir lyktarviðtaka, sem þýðir að lyktarsameindir virkja mörg mismunandi prótein á sama tíma. byggt á allri röð merkja sem koma frá ákveðnum stöðum í lyktarperunni. Þar sem náttúruleg ilmefni innihalda jafnvel meira en hundrað efnasambönd, getur maður ímyndað sér hversu flókið ferlið við að búa til lyktarskynjun.

Allt í lagi, en af ​​hverju lyktar eitthvað vel, eitthvað ógeðslegt og eitthvað alls ekki?

Spurningin er hálf heimspekileg, en svarað að hluta. Heilinn ber ábyrgð á lyktarskynjun, sem stjórnar hegðun manna og dýra, beinir áhuga þeirra að skemmtilegri lykt og varar við illa lyktandi hlutum. Aðlaðandi lykt er meðal annars að finna, esterarnir sem nefndir eru í upphafi greinarinnar gefa frá sér þroskaðir ávextir (þess vegna eru þeir þess virði að borða) og brennisteinssambönd berast frá rotnandi leifum (betra að halda sig frá þeim).

Loftið lyktar ekki vegna þess að það er bakgrunnurinn sem lyktin dreifist gegn: hins vegar snefilmagn af NH3 eða H₂S, og lyktarskyn okkar mun hringja í vekjaraklukkuna. Þannig er lyktarskynjun merki um áhrif ákveðins þáttar. sambandi við tegundir.

Hvernig lyktar komandi hátíðir? Svarið er sýnt á myndinni (7).

7. Jólalyktin: til vinstri, piparkökubragðefni (zingerone og gingerol), hægra megin, jólatré (bornýlasetat og tvær tegundir af pinene).