Die apteker het 'n neus

In die artikel hieronder sal ons na die probleem van reuk deur die oë van 'n apteker kyk - sy neus sal immers daagliks vir hom nuttig wees in sy laboratorium.

1. Innervasie van die menslike neus - 'n verdikking bokant die neusholte is die reukbol (outeur: Wikimedia/Opt1cs).

Ons kan gevoelens deel fisiese (sig, gehoor, aanraking) en hul primêre chemiesedit wil sê smaak en reuk. Vir eersgenoemde is reeds kunsmatige analoë geskep (ligsensitiewe elemente, mikrofone, raaksensors), maar laasgenoemde het nog nie aan die "glas en oog" van wetenskaplikes oorgegee nie. Hulle is miljarde jare gelede geskep toe die eerste selle chemiese seine van die omgewing begin ontvang het.

Reuk het uiteindelik van smaak geskei, hoewel dit nie in alle organismes voorkom nie. Diere en plante snuif voortdurend hul omgewing, en die inligting wat op hierdie manier verkry word, is baie belangriker as wat dit met die eerste oogopslag lyk. Ook vir visuele en ouditiewe leerders, insluitend mense.

Reukgeheime

Wanneer jy inasem, jaag die lugstroom in die neus en, voordat jy verder gaan, gaan dit 'n gespesialiseerde weefsel binne - die olfaktoriese epiteel van 'n paar sentimeter groot.². Hier is die eindes van senuweeselle wat reukstimuli vasvang. Die sein wat van die reseptore ontvang word, beweeg na die reukbol in die brein, en van daar na ander dele van die brein (1). Die vingerpunt bevat geurpatrone spesifiek vir elke spesie. 'n Mens kan ongeveer 10 van hulle herken, en opgeleide professionele persone in die parfuumbedryf kan baie meer herken.

Reuke veroorsaak reaksies in die liggaam, beide bewustelik (jy skrik byvoorbeeld vir 'n slegte reuk) en onderbewussyn. Bemarkers gebruik die katalogus van parfuumverenigings. Hulle idee is om die lug in winkels te geur met die geur van Kersbome en gemmerbrood gedurende die voor-Nuwejaar tydperk, wat positiewe emosies by almal veroorsaak en die begeerte om geskenke te koop verhoog. Net so sal die reuk van vars brood in die kosafdeling jou speeksel in jou mond laat drup, en jy sal meer in die mandjie sit.

2. Kamfer word dikwels in verwarmende salf gebruik. Drie verbindings met verskillende strukture het hul eie reuk.

Maar wat veroorsaak dat 'n gegewe stof hierdie, en nie 'n ander, reuksensasie veroorsaak nie?

Vir die reuksmaak is vyf basiese smake vasgestel: sout, soet, bitter, suur, oun (vleis) en dieselfde aantal reseptortipes op die tong. In die geval van reuk is dit nie eens bekend hoeveel basiese geure bestaan, en of dit enigsins bestaan ​​nie. Die struktuur van die molekules bepaal beslis die reuk, maar hoekom ruik verbindings met 'n soortgelyke struktuur heeltemal anders (2), en heeltemal verskillend - dieselfde (3)?

3. Die verbinding aan die linkerkant ruik soos muskus (parfuumbestanddeel), en aan die regterkant - amper identies in struktuur - het geen reuk nie.

Hoekom ruik die meeste esters aangenaam, maar swaelverbindings onaangenaam (hierdie feit kan waarskynlik verklaar word)? Sommige is heeltemal onsensitief vir sekere reuke, en statisties het vroue 'n meer sensitiewe neus as mans. Dit dui op genetiese toestande, m.a.w. die teenwoordigheid van spesifieke proteïene in die reseptore.

Daar is in elk geval meer vrae as antwoorde, en verskeie teorieë is ontwikkel om die geheimenisse van die geur te verduidelik.

Sleutel en slot

Die eerste is gebaseer op 'n bewese ensiematiese meganisme, wanneer 'n reagensmolekule die holte van die ensiemmolekule (aktiewe middelpunt) binnegaan, soos 'n sleutel tot 'n slot. Hulle ruik dus omdat die vorm van hul molekules ooreenstem met die holtes op die oppervlak van die reseptore, en sekere groepe atome bind aan sy dele (op dieselfde manier bind ensieme reagense).

Kortom, dit is 'n reukteorie wat deur 'n Britse biochemikus ontwikkel is. John E. Amurea. Hy het sewe hoofaromas uitgesonder: kamfer-muskus, blom, kruisement, eteries, pittig en verrot (die res is kombinasies daarvan). Molekules van verbindings met 'n soortgelyke reuk het ook 'n soortgelyke struktuur, byvoorbeeld dié met 'n sferiese vorm ruik soos kamfer, en verbindings met 'n onaangename reuk sluit swael in.

Struktuurteorie was suksesvol – dit het byvoorbeeld verduidelik hoekom ons na 'n rukkie ophou ruik. Dit is as gevolg van die blokkering van alle reseptore deur molekules wat 'n gegewe reuk dra (net soos in die geval van ensieme wat deur 'n oormaat substrate beset word). Hierdie teorie was egter nie altyd in staat om 'n verband tussen die chemiese struktuur van 'n verbinding en sy reuk te vestig nie. Sy was nie in staat om die reuk van die stof met genoegsame waarskynlikheid te voorspel voordat sy dit gekry het nie. Sy het ook nie daarin geslaag om die intense reuk van klein molekules soos ammoniak en waterstofsulfied te verduidelik nie. Die wysigings wat Amur en sy opvolgers aangebring het (insluitend 'n toename in die aantal basisgeure) het nie al die tekortkominge van die struktuurteorie uitgeskakel nie.

vibrerende molekules

Die atome in molekules vibreer voortdurend, rek en buig die bindings tussen mekaar, en die beweging stop nie eers by absolute nul temperature nie. Molekules absorbeer vibrasie-energie, wat hoofsaaklik in die infrarooi-reeks van straling lê. Hierdie feit is gebruik in IR-spektroskopie, wat een van die hoofmetodes is om die struktuur van molekules te bepaal - daar is nie twee verskillende verbindings met dieselfde IR-spektrum nie (behalwe vir die sogenaamde optiese isomere).

Skeppers vibrasieteorie van reuk (J.M. Dyson, R.H. Wright) verbande gevind tussen die frekwensie van vibrasies en die waargenome reuk. Vibrasies deur resonansie veroorsaak vibrasies van reseptormolekules in die olfaktoriese epiteel, wat hul struktuur verander en 'n senuwee-impuls na die brein stuur. Daar is aanvaar dat daar ongeveer twintig soorte reseptore was en dus dieselfde aantal basiese aromas.

In die 70's het die voorstanders van beide teorieë (vibrasie en struktureel) fel met mekaar meegeding.

Vibrioniste het die probleem van die reuk van klein molekules verduidelik deur die feit dat hul spektra soortgelyk is aan fragmente van die spektra van groter molekules wat 'n soortgelyke reuk het. Hulle was egter nie in staat om te verduidelik waarom sommige optiese isomere met dieselfde spektra heeltemal verskillende reuke het nie (4).

4. Optiese isomere van karvon: variëteit S ruik soos komyn, variëteit R ruik soos kruisement.

Strukturaliste het hierdie feit maklik verduidelik - reseptore, wat soos ensieme optree, herken selfs sulke subtiele verskille tussen molekules. Die vibrasieteorie kon ook nie die sterkte van die reuk voorspel nie, wat die volgelinge van Cupido se teorie verklaar het deur die sterkte van die binding van reukdraers aan reseptore.

Hy het probeer om die situasie te red L. Torinowat daarop dui dat die reukepiteel soos 'n skandeertonnelmikroskoop optree (!). Volgens Turyn vloei elektrone tussen dele van die reseptor wanneer daar 'n fragment van 'n aromamolekule tussen hulle is met 'n sekere frekwensie van vibrasievibrasies. Die gevolglike veranderinge in die struktuur van die reseptor veroorsaak die oordrag van die senuwee-impuls. Die wysiging van Turyn lyk egter vir baie wetenskaplikes te buitensporig.

strikke

Molekulêre biologie het ook probeer om die raaisels van reuke te ontrafel, en hierdie ontdekking is al verskeie kere met die Nobelprys bekroon. Menslike reukreseptore is 'n familie van ongeveer 'n duisend verskillende proteïene, en die gene wat vir hul sintese verantwoordelik is, is slegs aktief in die olfaktoriese epiteel (d.w.s. waar dit nodig is). Reseptorproteïene bestaan ​​uit 'n heliese ketting van aminosure. In die steeksteekbeeld deurboor 'n ketting proteïene die selmembraan sewe keer, vandaar die naam: sewe-heliks transmembraan sel reseptore ().

Fragmente wat buite die sel uitsteek, skep 'n lokval waarin molekules met die ooreenstemmende struktuur kan val (5). 'n Spesifieke G-tipe proteïen word aan die plek van die reseptor geheg, binne-in die sel gedompel.Wanneer die reukmolekule in die lokval vasgevang word, word die G-proteïen geaktiveer en vrygestel, en 'n ander G-proteïen word in die plek daarvan geheg, wat geaktiveer en weer vrygestel word, ens. Siklus herhaal totdat die gebonde aromamolekule vrygestel of vernietig word deur ensieme wat voortdurend die oppervlak van die olfaktoriese epiteel skoonmaak. Die reseptor kan selfs 'n paar honderd G-proteïenmolekules aktiveer, en so 'n hoë seinversterkingsfaktor laat dit toe om op selfs spoorhoeveelhede geure te reageer (6). Die geaktiveerde G-proteïen begin 'n siklus van chemiese reaksies wat lei tot die stuur van 'n senuwee-impuls.

5. Dit is hoe die reukreseptor lyk - proteïen 7TM.

Bogenoemde beskrywing van die funksionering van reukreseptore is soortgelyk aan dié wat in die struktuurteorie aangebied word. Aangesien die binding van molekules plaasvind, kan daar geargumenteer word dat die vibrasieteorie ook deels korrek was. Dit is nie die eerste keer in die geskiedenis van die wetenskap dat vroeëre teorieë nie heeltemal verkeerd was nie, maar bloot die werklikheid benader het.

6. Menslike neus as 'n detektor van verbindings in die ontleding van hul chromatografies geskeide mengsels.

Hoekom ruik iets?

Daar is baie meer reuke as wat daar tipes reukreseptore is, wat beteken dat reukmolekules verskeie verskillende proteïene op dieselfde tyd aktiveer. gebaseer op die hele reeks seine wat van sekere plekke in die reukbol kom. Aangesien natuurlike geure selfs meer as honderd verbindings bevat, kan 'n mens jou die kompleksiteit voorstel van die proses om 'n olfaktoriese sensasie te skep.

Goed, maar hoekom ruik iets lekker, iets walglik en iets glad nie?

Die vraag is half filosofies, maar gedeeltelik beantwoord. Die brein is verantwoordelik vir die persepsie van reuk, wat die gedrag van mense en diere beheer, hul belangstelling op aangename reuke rig en waarsku teen slegruikende voorwerpe. Aanloklike reuke word onder meer gevind, die esters wat aan die begin van die artikel genoem word, word deur ryp vrugte vrygestel (dus is dit die moeite werd om te eet), en swaelverbindings word vrygestel van verrottende residue (beste om daarvan weg te bly).

Die lug ruik nie, want dit is die agtergrond waarteen reuke versprei: spoorhoeveelhede NH3 of H₂S, en ons reuksintuig sal alarm maak. Dus, die persepsie van reuk is 'n sein van die impak van 'n sekere faktor. verband met spesies.

Hoe ruik die komende vakansiedae? Die antwoord word in die prent (7) getoon.

7. Die reuk van Kersfees: aan die linkerkant, die aromas van gemmerkoek (zingerone en gingerol), aan die regterkant, Kersbome (bornielasetaat en twee variëteite pinene).