ქიმიკოსს აქვს ცხვირი
ინფორმაციის
ქვემოთ მოცემულ სტატიაში ყნოსვის პრობლემას ქიმიკოსის თვალით შევხედავთ - ცხვირი ხომ ყოველდღიურად გამოადგება მის ლაბორატორიაში.
1. ადამიანის ცხვირის ინერვაცია - ცხვირის ღრუს ზემოთ გასქელება არის ყნოსვითი ბოლქვი (ავტორი: Wikimedia/Opt1cs).
შეგვიძლია გრძნობების გაზიარება ფიზიკური (მხედველობა, სმენა, შეხება) და მათი პირველადი ქიმიურიანუ გემო და სუნი. პირველისთვის უკვე შეიქმნა ხელოვნური ანალოგები (შუქმგრძნობიარე ელემენტები, მიკროფონები, შეხების სენსორები), მაგრამ ეს უკანასკნელი ჯერ არ დანებებულა მეცნიერთა „მინისა და თვალისთვის“. ისინი შეიქმნა მილიარდობით წლის წინ, როდესაც პირველმა უჯრედებმა დაიწყეს ქიმიური სიგნალების მიღება გარემოდან.
სუნი საბოლოოდ გამოეყო გემოვნებას, თუმცა ეს არ ხდება ყველა ორგანიზმში. ცხოველები და მცენარეები გამუდმებით ყნოსავს გარემოცვას და ამ გზით მიღებული ინფორმაცია გაცილებით მნიშვნელოვანია, ვიდრე ერთი შეხედვით ჩანს. ასევე ვიზუალური და სმენითი შემსწავლელებისთვის, მათ შორის ადამიანებისთვის.
ყნოსვის საიდუმლოებები
ჩასუნთქვისას ჰაერის ნაკადი მიედინება ცხვირში და გადაადგილებამდე შედის სპეციალიზებულ ქსოვილში - ყნოსვის ეპითელიუმში რამდენიმე სანტიმეტრის ზომის.2. აქ არის ნერვული უჯრედების დაბოლოებები, რომლებიც იჭერენ სუნის სტიმულს. რეცეპტორებიდან მიღებული სიგნალი გადადის თავის ტვინის ყნოსვის ბოლქვამდე და იქიდან ტვინის სხვა ნაწილებში (1). თითის წვერი შეიცავს თითოეული სახეობის სპეციფიკურ სურნელოვან ნიმუშებს. ადამიანს შეუძლია ამოიცნოს დაახლოებით 10 მათგანი, ხოლო პარფიუმერულ ინდუსტრიაში გაწვრთნილ პროფესიონალებს შეუძლიათ კიდევ ბევრი ამოიცნონ.
სუნი იწვევს ორგანიზმში რეაქციებს, როგორც ცნობიერს (მაგალითად, უსიამოვნო სუნი გაგიტყდებათ) და ქვეცნობიერში. მარკეტოლოგები იყენებენ სუნამოების ასოციაციების კატალოგს. მათი იდეაა წინასაახალწლო პერიოდში მაღაზიების ჰაერი ნაძვის ხისა და ჯანჯაფილის სურნელით გაახალისონ, რაც ყველაში დადებით ემოციებს იწვევს და საჩუქრების შეძენის სურვილს ზრდის. ანალოგიურად, საკვების განყოფილებაში ახალი პურის სუნი ნერწყვს პირში ჩააწვეთებს და კალათაში მეტს ჩადებთ.
2. კამფორი ხშირად გამოიყენება გამათბობელ მალამოებში. სხვადასხვა სტრუქტურის სამ ნაერთს აქვს საკუთარი სუნი.
მაგრამ რა იწვევს მოცემულ ნივთიერებას ამ და არა სხვა ყნოსვის შეგრძნებას?
ყნოსვისთვის ხუთი ძირითადი გემოა დადგენილი: მარილიანი, ტკბილი, მწარე, მჟავე, უნ (ხორცი) და იგივე რაოდენობის რეცეპტორების ტიპები ენაზე. სუნის შემთხვევაში, არც კი არის ცნობილი, რამდენი ძირითადი არომატი არსებობს, ან საერთოდ არსებობს თუ არა. მოლეკულების სტრუქტურა, რა თქმა უნდა, განსაზღვრავს სუნს, მაგრამ რატომ ხდება, რომ მსგავსი სტრუქტურის მქონე ნაერთებს სრულიად განსხვავებული სუნი აქვთ (2), ხოლო სრულიად განსხვავებული - იგივე (3)?
3. მარცხნივ ნაერთს მუშკის სუნი აქვს (პარფიუმერიის ინგრედიენტი), ხოლო მარჯვნივ - აგებულებით თითქმის იდენტური - სუნი არ აქვს.
რატომ აქვს ეთერების უმეტესობას სასიამოვნო სუნი, მაგრამ გოგირდის ნაერთებს არასასიამოვნო (ეს ფაქტი ალბათ აიხსნება)? ზოგი სრულიად უგრძნობია გარკვეული სუნის მიმართ და სტატისტიკურად ქალებს უფრო მგრძნობიარე ცხვირი აქვთ ვიდრე მამაკაცებს. ეს მიუთითებს გენეტიკურ პირობებზე, ე.ი. რეცეპტორებში სპეციფიკური ცილების არსებობა.
ნებისმიერ შემთხვევაში, უფრო მეტი კითხვაა, ვიდრე პასუხები და შემუშავებულია რამდენიმე თეორია სუნამოს საიდუმლოებების ასახსნელად.
გასაღები და საკეტი
პირველი ეფუძნება დადასტურებულ ფერმენტულ მექანიზმს, როდესაც რეაგენტის მოლეკულა შედის ფერმენტის მოლეკულის ღრუში (აქტიური ცენტრი), როგორც საკეტის გასაღები. ამრიგად, მათ სუნი აქვთ, რადგან მათი მოლეკულების ფორმა შეესაბამება რეცეპტორების ზედაპირზე არსებულ ღრუებს და ატომების გარკვეული ჯგუფები აკავშირებენ მის ნაწილებს (ასევე ფერმენტები აკავშირებენ რეაგენტებს).
მოკლედ, ეს არის ბრიტანელმა ბიოქიმიკოსის მიერ შემუშავებული სუნის თეორია. ჯონ ე ამურეა. მან გამოყო შვიდი მთავარი არომატი: ქაფურ-მუშკის, ყვავილოვანი, პიტნის, ეთერული, პიკანტური და ჩირქოვანი (დანარჩენი მათი კომბინაციაა). მსგავსი სუნის მქონე ნაერთების მოლეკულებსაც აქვთ მსგავსი სტრუქტურა, მაგალითად, სფერული ფორმის მქონე ნაერთებს ქაფურის სუნი აქვთ, ხოლო უსიამოვნო სუნის მქონე ნაერთებს მიეკუთვნება გოგირდი.
სტრუქტურული თეორია წარმატებული იყო - მაგალითად, მან განმარტა, რატომ ვწყვეტთ ყნოსვას გარკვეული პერიოდის შემდეგ. ეს გამოწვეულია მოცემული სუნის მატარებელი მოლეკულების მიერ ყველა რეცეპტორის დაბლოკვით (ისევე, როგორც სუბსტრატების სიჭარბით დაკავებული ფერმენტების შემთხვევაში). თუმცა, ამ თეორიას ყოველთვის არ შეეძლო კავშირის დამყარება ნაერთის ქიმიურ სტრუქტურასა და მის სუნს შორის. მან ვერ იწინასწარმეტყველა ნივთიერების სუნი საკმარისი ალბათობით მის მიღებამდე. მან ასევე ვერ ახსნა მცირე მოლეკულების ძლიერი სუნი, როგორიცაა ამიაკი და წყალბადის სულფიდი. ამურის და მისი მემკვიდრეების მიერ განხორციელებულმა შესწორებებმა (მათ შორის საბაზისო არომატების რაოდენობის ზრდა) არ აღმოფხვრა სტრუქტურული თეორიის ყველა ნაკლოვანება.
ვიბრაციული მოლეკულები
მოლეკულებში ატომები გამუდმებით ვიბრირებენ, ჭიმობენ და ღუნავენ ერთმანეთთან კავშირებს და მოძრაობა არ ჩერდება აბსოლუტურ ნულოვან ტემპერატურაზეც კი. მოლეკულები შთანთქავენ ვიბრაციულ ენერგიას, რომელიც ძირითადად დევს გამოსხივების ინფრაწითელ დიაპაზონში. ეს ფაქტი გამოიყენებოდა IR სპექტროსკოპიაში, რომელიც არის მოლეკულების სტრუქტურის განსაზღვრის ერთ-ერთი მთავარი მეთოდი - არ არსებობს ორი განსხვავებული ნაერთი ერთიდაიგივე IR სპექტრით (გარდა ე.წ. ოპტიკური იზომერებისა).
შემქმნელები სუნის ვიბრაციული თეორია (J. M. Dyson, R. H. Wright) აღმოაჩინა კავშირი ვიბრაციის სიხშირესა და აღქმულ სუნს შორის. რეზონანსული ვიბრაციები იწვევს რეცეპტორების მოლეკულების ვიბრაციას ყნოსვის ეპითელიუმში, რაც ცვლის მათ სტრუქტურას და აგზავნის ნერვულ იმპულსს თავის ტვინში. ვარაუდობდნენ, რომ არსებობდა დაახლოებით ოცი ტიპის რეცეპტორები და, შესაბამისად, იგივე რაოდენობის ძირითადი არომატი.
70-იან წლებში ორივე თეორიის (ვიბრაციული და სტრუქტურული) მომხრეები სასტიკად ეჯიბრებოდნენ ერთმანეთს.
ვიბრიონისტები ხსნიდნენ მცირე მოლეკულების სუნის პრობლემას იმით, რომ მათი სპექტრები მსგავსია უფრო დიდი მოლეკულების სპექტრის ფრაგმენტების მსგავსი სუნი. თუმცა, მათ ვერ აეხსნათ, რატომ აქვს ზოგიერთ ოპტიკურ იზომერს ერთი და იგივე სპექტრით სრულიად განსხვავებული სუნი (4).
4. კარვონის ოპტიკური იზომერები: ჯიშის S კვამლის სუნი აქვს, ჯიშის R - პიტნის სუნი.
სტრუქტურალისტები ადვილად ხსნიდნენ ამ ფაქტს - რეცეპტორები, რომლებიც მოქმედებენ ფერმენტების მსგავსად, აღიარებენ მოლეკულებს შორის ასეთ დახვეწილ განსხვავებებსაც კი. ვიბრაციულმა თეორიამ ასევე ვერ იწინასწარმეტყველა სუნის სიძლიერე, რაც კუპიდონის თეორიის მიმდევრებმა ხსნიდნენ რეცეპტორებთან სუნის მატარებლების შებოჭვის სიძლიერით.
სიტუაციის გადარჩენას ცდილობდა ლ.ტორინოვარაუდობს, რომ ყნოსვის ეპითელიუმი მოქმედებს სკანირების გვირაბის მიკროსკოპის მსგავსად (!). ტურინის თანახმად, ელექტრონები მიედინება რეცეპტორის ნაწილებს შორის, როდესაც მათ შორის არის არომატის მოლეკულის ფრაგმენტი ვიბრაციული ვიბრაციების გარკვეული სიხშირით. შედეგად მიღებული ცვლილებები რეცეპტორის სტრუქტურაში იწვევს ნერვული იმპულსის გადაცემას. თუმცა, ტურინის მოდიფიკაცია ბევრ მეცნიერს ძალიან ექსტრავაგანტულად ეჩვენება.
ხაფანგები
მოლეკულურმა ბიოლოგიამ ასევე სცადა ამოეხსნა სუნების საიდუმლოებები და ეს აღმოჩენა რამდენჯერმე მიენიჭა ნობელის პრემია. ადამიანის სუნის რეცეპტორები არის დაახლოებით ათასი განსხვავებული ცილის ოჯახი და მათ სინთეზზე პასუხისმგებელი გენები აქტიურია მხოლოდ ყნოსვის ეპითელიუმში (ანუ იქ, სადაც ეს საჭიროა). რეცეპტორული ცილები შედგება ამინომჟავების ხვეული ჯაჭვისგან. ნაკერის ნაკერის გამოსახულებაში ცილების ჯაჭვი XNUMX-ჯერ ხვრეტს უჯრედის მემბრანას, აქედან მომდინარეობს სახელი: შვიდი სპირალური ტრანსმემბრანული უჯრედის რეცეპტორები ().
უჯრედის გარეთ გამოსული ფრაგმენტები ქმნიან ხაფანგს, რომელშიც შესაბამისი სტრუქტურის მქონე მოლეკულები შეიძლება მოხვდნენ (5). სპეციფიური G-ტიპის ცილა მიმაგრებულია რეცეპტორის ადგილზე, ჩაეფლო უჯრედის შიგნით.როდესაც სუნის მოლეკულა იჭერს ხაფანგში, G- პროტეინი აქტიურდება და გამოთავისუფლდება და მის ადგილას სხვა G- პროტეინი მიმაგრებულია. რომელიც აქტიურდება და კვლავ გამოთავისუფლდება და ა.შ. ციკლი მეორდება მანამ, სანამ შეკრული არომატის მოლეკულა არ გამოთავისუფლდება ან განადგურდება ფერმენტებით, რომლებიც მუდმივად ასუფთავებენ ყნოსვის ეპითელიუმის ზედაპირს. რეცეპტორს შეუძლია რამდენიმე ასეული G- პროტეინის მოლეკულაც კი გაააქტიუროს და სიგნალის გამაძლიერებელი ასეთი მაღალი ფაქტორი საშუალებას აძლევს მას უპასუხოს არომატების კვალზეც კი (6). გააქტიურებული G- პროტეინი იწყებს ქიმიური რეაქციების ციკლს, რაც იწვევს ნერვული იმპულსის გაგზავნას.
5. ასე გამოიყურება სუნის რეცეპტორი - პროტეინი 7TM.
ყნოსვის რეცეპტორების ფუნქციონირების ზემოთ აღწერილი აღწერა სტრუქტურულ თეორიაში წარმოდგენილის მსგავსია. ვინაიდან მოლეკულების შეერთება ხდება, შეიძლება ითქვას, რომ ვიბრაციული თეორია ასევე ნაწილობრივ სწორი იყო. ეს არ არის პირველი შემთხვევა მეცნიერების ისტორიაში, როდესაც ადრინდელი თეორიები არ იყო სრულიად მცდარი, არამედ უბრალოდ მიუახლოვდა რეალობას.
6. ადამიანის ცხვირი, როგორც ნაერთების დეტექტორი მათი ქრომატოგრაფიულად გამოყოფილი ნარევების ანალიზისას.
რატომ აქვს რაღაც სუნი?
სუნი გაცილებით მეტია, ვიდრე ყნოსვის რეცეპტორების ტიპები, რაც ნიშნავს, რომ სუნის მოლეკულები ააქტიურებენ რამდენიმე სხვადასხვა პროტეინს ერთდროულად. ყნოსვის ბოლქვის გარკვეული ადგილებიდან მომდინარე სიგნალების მთელ თანმიმდევრობაზე დაყრდნობით. ვინაიდან ბუნებრივი სუნამოები შეიცავს ასზე მეტ ნაერთს, შეიძლება წარმოიდგინოთ ყნოსვის შეგრძნების შექმნის პროცესის სირთულე.
კარგი, მაგრამ რატომ აქვს რაღაცას კარგი სუნი, რაღაც ამაზრზენი და რაღაც საერთოდ არა?
კითხვა ნახევრად ფილოსოფიურია, მაგრამ ნაწილობრივ პასუხი. ტვინი პასუხისმგებელია სუნის აღქმაზე, რომელიც აკონტროლებს ადამიანებისა და ცხოველების ქცევას, მიმართავს მათ ინტერესს სასიამოვნო სურნელებისკენ და აფრთხილებს ცუდ სუნიან საგნებს. აღმოჩენილია მიმზიდველი სუნი, სხვა საკითხებთან ერთად, სტატიის დასაწყისში ნახსენები ეთერები გამოიყოფა მწიფე ხილით (ამიტომ ღირს მათი ჭამა), ხოლო გოგირდის ნაერთები გამოიყოფა გახრწნილი ნარჩენებისგან (საუკეთესოა მათგან თავი შეიკავოთ).
ჰაერს არ აქვს სუნი, რადგან ეს არის ფონზე, რომლის წინააღმდეგაც სუნი ვრცელდება: თუმცა, კვალი NH3 ან H.2S, და ჩვენი ყნოსვის გრძნობა აფრთხილებს. ამრიგად, სუნის აღქმა არის გარკვეული ფაქტორის გავლენის სიგნალი. სახეობებთან კავშირი.
როგორი სუნი აქვს მოახლოებულ დღესასწაულებს? პასუხი ნაჩვენებია სურათზე (7).
7. შობის სუნი: მარცხნივ ჯანჯაფილის არომატები (ზინჯერონი და ჯინჯეროლი), მარჯვნივ ნაძვის ხეები (ბორნილის აცეტატი და პინენის ორი სახეობა).
