May ilong ang chemist

Sa artikulo sa ibaba, titingnan natin ang problema ng amoy sa pamamagitan ng mga mata ng isang chemist - pagkatapos ng lahat, ang kanyang ilong ay magiging kapaki-pakinabang sa kanyang laboratoryo araw-araw.

1. Innervation ng ilong ng tao - ang pampalapot sa itaas ng nasal cavity ay ang olfactory bulb (may-akda: Wikimedia/Opt1cs).

Maaari tayong magbahagi ng nararamdaman pisikal (paningin, pandinig, pagpindot) at ang kanilang pangunahin kemikalibig sabihin, lasa at amoy. Para sa una, ang mga artipisyal na analogue ay nalikha na (mga elemento na sensitibo sa ilaw, mikropono, touch sensor), ngunit ang huli ay hindi pa sumuko sa "salamin at mata" ng mga siyentipiko. Ang mga ito ay nilikha bilyun-bilyong taon na ang nakalilipas nang ang mga unang selula ay nagsimulang makatanggap ng mga senyales ng kemikal mula sa kapaligiran.

Ang amoy ay tuluyang nahiwalay sa lasa, bagaman hindi ito nangyayari sa lahat ng organismo. Ang mga hayop at halaman ay patuloy na sumisinghot sa kanilang paligid, at ang impormasyong nakuha sa ganitong paraan ay mas mahalaga kaysa sa tila sa unang tingin. Gayundin para sa mga visual at auditory learners, kabilang ang mga tao.

Mga Lihim ng Olpaktoryo

Kapag huminga ka, ang daloy ng hangin ay dumadaloy sa ilong at, bago lumipat, pumapasok sa isang espesyal na tissue - ang olfactory epithelium na may ilang sentimetro ang laki.². Narito ang mga dulo ng nerve cells na kumukuha ng stimuli ng amoy. Ang signal na natanggap mula sa mga receptor ay naglalakbay sa olfactory bulb sa utak, at mula doon sa iba pang bahagi ng utak (1). Ang dulo ng daliri ay naglalaman ng mga pattern ng pabango na partikular sa bawat species. Ang isang tao ay maaaring makilala ang tungkol sa 10 sa kanila, at sinanay na mga propesyonal sa industriya ng pabango ay maaaring makilala ang marami pa.

Ang mga amoy ay nagdudulot ng mga reaksyon sa katawan, parehong may malay (halimbawa, nagulat ka sa masamang amoy) at hindi malay. Ginagamit ng mga marketer ang direktoryo ng mga asosasyon ng pabango. Ang kanilang ideya ay tikman ang hangin sa mga tindahan na may amoy ng mga Christmas tree at gingerbread sa panahon bago ang Bagong Taon, na nagdudulot ng positibong emosyon sa lahat at nagpapataas ng pagnanais na bumili ng mga regalo. Katulad nito, ang amoy ng sariwang tinapay sa seksyon ng pagkain ay magpapatulo ng iyong laway sa iyong bibig, at maglalagay ka ng higit pa sa basket.

2. Ang camphor ay kadalasang ginagamit sa mga pampainit na pamahid. May sariling amoy ang tatlong compound na may iba't ibang istruktura.

Ngunit ano ang nagiging sanhi ng isang naibigay na sangkap upang maging sanhi nito, at hindi isa pa, olpaktoryo na sensasyon?

Para sa lasa ng olpaktoryo, limang pangunahing panlasa ang naitatag: maalat, matamis, mapait, maasim, oun (karne) at ang parehong bilang ng mga uri ng receptor sa dila. Sa kaso ng amoy, hindi alam kung gaano karaming mga pangunahing aroma ang umiiral, o kung mayroon man sila. Ang istraktura ng mga molekula ay tiyak na tumutukoy sa amoy, ngunit bakit ang mga compound na may katulad na istraktura ay ganap na naiibang amoy (2), at ganap na hindi magkatulad - pareho (3)?

3. Ang tambalan sa kaliwa ay amoy musk (perfume ingredient), at sa kanan - halos magkapareho ang istraktura - ay walang amoy.

Bakit kaaya-aya ang amoy ng karamihan sa mga ester, ngunit hindi kanais-nais ang mga compound ng sulfur (maaaring maipaliwanag ang katotohanang ito)? Ang ilan ay ganap na hindi sensitibo sa ilang mga amoy, at ayon sa istatistika, ang mga babae ay may mas sensitibong ilong kaysa sa mga lalaki. Ito ay nagmumungkahi ng mga genetic na kondisyon, i.e. ang pagkakaroon ng mga tiyak na protina sa mga receptor.

Sa anumang kaso, mayroong higit pang mga katanungan kaysa sa mga sagot, at maraming mga teorya ang binuo upang ipaliwanag ang mga misteryo ng halimuyak.

Susi at lock

Ang una ay batay sa isang napatunayang mekanismo ng enzymatic, kapag ang molekula ng reagent ay pumasok sa lukab ng molekula ng enzyme (aktibong site), tulad ng isang susi sa isang lock. Kaya, sila ay naaamoy dahil ang hugis ng kanilang mga molekula ay tumutugma sa mga cavity sa ibabaw ng mga receptor, at ang ilang mga grupo ng mga atom ay nagbubuklod sa mga bahagi nito (sa parehong paraan na ang mga enzyme ay nagbubuklod ng mga reagents).

Sa madaling sabi, ito ay isang teorya ng amoy na binuo ng isang British biochemist. John E. Amurea. Pinili niya ang pitong pangunahing aroma: camphor-musky, floral, minty, ethereal, spicy at bulok (ang iba ay mga kumbinasyon ng mga ito). Ang mga molekula ng mga compound na may katulad na amoy ay mayroon ding katulad na istraktura, halimbawa, ang mga may spherical na hugis na amoy tulad ng camphor, at ang mga compound na may hindi kanais-nais na amoy ay kinabibilangan ng sulfur.

Naging matagumpay ang teorya ng istruktura - halimbawa, ipinaliwanag nito kung bakit huminto tayo sa pag-amoy pagkaraan ng ilang sandali. Ito ay dahil sa pagharang ng lahat ng mga receptor ng mga molekula na nagdadala ng isang naibigay na amoy (tulad ng sa kaso ng mga enzyme na inookupahan ng labis na mga substrate). Gayunpaman, ang teoryang ito ay hindi palaging nakakapagtatag ng koneksyon sa pagitan ng kemikal na istraktura ng isang tambalan at ng amoy nito. Hindi niya mahulaan ang amoy ng sangkap na may sapat na posibilidad bago ito makuha. Nabigo rin siyang ipaliwanag ang matinding amoy ng maliliit na molekula tulad ng ammonia at hydrogen sulfide. Ang mga pagbabagong ginawa ni Amur at ng kanyang mga kahalili (kabilang ang pagtaas sa bilang ng mga base na lasa) ay hindi nag-alis ng lahat ng mga pagkukulang ng teorya ng istruktura.

vibrating molecules

Ang mga atomo sa mga molekula ay patuloy na nag-vibrate, lumalawak at yumuko sa mga bono sa pagitan ng kanilang mga sarili, at ang paggalaw ay hindi tumitigil kahit na sa ganap na zero na temperatura. Ang mga molekula ay sumisipsip ng vibrational energy, na higit sa lahat ay nasa infrared range ng radiation. Ang katotohanang ito ay ginamit sa IR spectroscopy, na isa sa mga pangunahing pamamaraan para sa pagtukoy ng istraktura ng mga molekula - walang dalawang magkaibang mga compound na may parehong IR spectrum (maliban sa tinatawag na optical isomers).

Mga tagalikha vibrational theory of smell (J. M. Dyson, R. H. Wright) natagpuan ang mga link sa pagitan ng dalas ng mga panginginig ng boses at ang nakikitang amoy. Ang mga vibrations sa pamamagitan ng resonance ay nagdudulot ng mga vibrations ng receptor molecules sa olfactory epithelium, na nagbabago sa kanilang istraktura at nagpapadala ng nerve impulse sa utak. Ipinapalagay na mayroong halos dalawampung uri ng mga receptor at, samakatuwid, ang parehong bilang ng mga pangunahing aroma.

Noong dekada 70, ang mga tagapagtaguyod ng parehong mga teorya (vibrational at structural) ay mahigpit na nakikipagkumpitensya sa isa't isa.

Ipinaliwanag ng mga Vibrionist ang problema ng amoy ng maliliit na molekula sa pamamagitan ng katotohanan na ang kanilang spectra ay katulad ng mga fragment ng spectra ng mas malalaking molekula na may katulad na amoy. Gayunpaman, hindi nila naipaliwanag kung bakit ang ilang mga optical isomer na may parehong spectra ay may ganap na magkakaibang mga amoy (4).

4. Optical isomers ng carvone: grade S smells like cumin, grade R smells like mint.

Madaling ipinaliwanag ng mga structuralists ang katotohanang ito - ang mga receptor, na kumikilos tulad ng mga enzyme, ay nakikilala kahit na ang mga banayad na pagkakaiba sa pagitan ng mga molekula. Ang teorya ng vibrational ay hindi rin mahuhulaan ang lakas ng amoy, na ipinaliwanag ng mga tagasunod ng teorya ni Cupid sa pamamagitan ng lakas ng pagbubuklod ng mga tagadala ng amoy sa mga receptor.

Sinubukan niyang iligtas ang sitwasyon L. Torinonagmumungkahi na ang olfactory epithelium ay kumikilos tulad ng isang scanning tunneling microscope (!). Ayon kay Turin, ang mga electron ay dumadaloy sa pagitan ng mga bahagi ng receptor kapag mayroong isang fragment ng isang molekula ng aroma sa pagitan ng mga ito na may isang tiyak na dalas ng vibrational vibrations. Ang mga nagresultang pagbabago sa istraktura ng receptor ay nagiging sanhi ng paghahatid ng nerve impulse. Gayunpaman, ang pagbabago ng Turin ay tila masyadong maluho sa maraming mga siyentipiko.

Mga bitag

Sinubukan din ng molecular biology na malutas ang mga misteryo ng mga amoy, at ang pagtuklas na ito ay ginawaran ng Nobel Prize ng ilang beses. Ang mga receptor ng amoy ng tao ay isang pamilya ng halos isang libong magkakaibang mga protina, at ang mga gene na responsable para sa kanilang synthesis ay aktibo lamang sa olfactory epithelium (ibig sabihin, kung saan ito kinakailangan). Ang mga receptor ng protina ay binubuo ng isang helically twisted chain ng mga amino acid. Sa imahe ng stitch stitch, isang kadena ng mga protina ang tumutusok sa cell membrane ng pitong beses, kaya ang pangalan ay: seven-helix transmembrane cell receptors 🇧🇷

Ang mga fragment na nakausli sa labas ng cell ay lumikha ng isang bitag kung saan maaaring mahulog ang mga molekula na may katumbas na istraktura (5). Ang isang partikular na G-type na protina ay nakakabit sa site ng receptor, na inilubog sa loob ng cell. Kapag ang molekula ng amoy ay nakuha sa bitag, ang G-protein ay isinaaktibo at inilabas, at isa pang G-protein ang nakakabit sa lugar nito, na isinaaktibo at inilabas muli, atbp. Ang pag-ikot ay umuulit hanggang ang nakagapos na molekula ng aroma ay inilabas o nawasak ng mga enzyme na patuloy na naglilinis sa ibabaw ng olfactory epithelium. Ang receptor ay maaaring mag-activate ng kahit ilang daang G-protein molecules, at tulad ng isang mataas na signal amplification factor ay nagbibigay-daan ito upang tumugon sa kahit na bakas na halaga ng flavorings (6). Ang activated G-protein ay nagsisimula ng isang cycle ng mga kemikal na reaksyon na humahantong sa pagpapadala ng isang nerve impulse.

5. Ito ang hitsura ng odor receptor - protina 7TM.

Ang paglalarawan sa itaas ng paggana ng mga receptor ng olpaktoryo ay katulad ng ipinakita sa teorya ng istruktura. Dahil ang pagbubuklod ng mga molekula ay nangyayari, maaari itong mapagtatalunan na ang teorya ng vibrational ay bahagyang tama din. Hindi ito ang unang pagkakataon sa kasaysayan ng agham na ang mga naunang teorya ay hindi ganap na mali, ngunit lumapit lamang sa katotohanan.

6. Ang ilong ng tao bilang isang detector ng mga compound sa pagsusuri ng kanilang chromatographically separated mixtures.

Bakit may amoy?

Marami pang amoy kaysa sa mga uri ng olpaktoryo na mga receptor, na nangangahulugan na ang mga molekula ng amoy ay nagpapagana ng ilang magkakaibang protina nang sabay-sabay. batay sa buong pagkakasunud-sunod ng mga signal na nagmumula sa ilang mga lugar sa olpaktoryo na bombilya. Dahil ang mga likas na pabango ay naglalaman ng higit sa isang daang mga compound, maiisip ng isa ang pagiging kumplikado ng proseso ng paglikha ng isang olpaktoryo na sensasyon.

Okay, pero bakit may mabango, nakakadiri, at hindi naman talaga?

Ang tanong ay kalahating pilosopo, ngunit bahagyang nasagot. Ang utak ay may pananagutan para sa pang-unawa ng amoy, na kumokontrol sa pag-uugali ng mga tao at hayop, na nagtuturo sa kanilang interes sa mga kaaya-ayang amoy at nagbabala laban sa masasamang bagay. Ang mga nakakaakit na amoy ay matatagpuan, bukod sa iba pang mga bagay, ang mga ester na binanggit sa simula ng artikulo ay inilabas ng mga hinog na prutas (samakatuwid ang mga ito ay sulit na kainin), at ang mga sulfur compound ay inilabas mula sa mga nabubulok na residues (pinakamahusay na lumayo sa kanila).

Ang hangin ay hindi amoy dahil ito ang background kung saan kumakalat ang mga amoy: gayunpaman, bakas ang dami ng NH3 o H₂S, at ang ating pang-amoy ay magpapatunog ng alarma. Kaya, ang pang-unawa ng amoy ay isang senyas ng epekto ng isang tiyak na kadahilanan. kaugnayan sa mga species.

Ano ang amoy ng paparating na bakasyon? Ang sagot ay ipinapakita sa larawan (7).

7. Ang amoy ng Pasko: sa kaliwa, gingerbread flavors (zingerone at gingerol), sa kanan, mga Christmas tree (bornyl acetate at dalawang uri ng pinene).