Mkemia ana pua

Katika makala hapa chini, tutaangalia tatizo la harufu kupitia macho ya duka la dawa - baada ya yote, pua yake itakuja kwa manufaa katika maabara yake kila siku.

1. Uwekaji wa ndani wa pua ya mwanadamu - unene juu ya matundu ya pua ni balbu ya kunusa (mwandishi: Wikimedia/Opt1cs).

Tunaweza kushiriki hisia kiwiliwili (kuona, kusikia, kugusa) na msingi wao kemikaliyaani ladha na harufu. Kwa zamani, analogues za bandia tayari zimeundwa (vipengele vya mwanga-nyeti, maikrofoni, sensorer za kugusa), lakini mwisho bado haujajisalimisha kwa "glasi na jicho" la wanasayansi. Waliumbwa mabilioni ya miaka iliyopita wakati seli za kwanza zilianza kupokea ishara za kemikali kutoka kwa mazingira.

Harufu hatimaye hutenganishwa na ladha, ingawa hii haitokei kwa viumbe vyote. Wanyama na mimea hunusa mazingira yao kila wakati, na habari inayopatikana kwa njia hii ni muhimu zaidi kuliko inavyoonekana mwanzoni. Pia kwa wanafunzi wa kuona na kusikia, pamoja na wanadamu.

Siri za kunusa

Unapopumua, mkondo wa hewa huingia ndani ya pua na, kabla ya kuendelea, huingia kwenye tishu maalum - epithelium ya kunusa sentimita kadhaa kwa ukubwa.². Hapa kuna mwisho wa seli za ujasiri ambazo hukamata vichocheo vya harufu. Ishara inayopokelewa kutoka kwa vipokezi husafiri hadi kwenye balbu ya kunusa kwenye ubongo, na kutoka hapo hadi sehemu nyingine za ubongo (1). Ncha ya vidole ina muundo wa harufu maalum kwa kila spishi. Mwanadamu anaweza kutambua takriban 10 kati yao, na wataalamu waliofunzwa katika tasnia ya manukato wanaweza kutambua mengi zaidi.

Harufu husababisha athari katika mwili, wote wakiwa na ufahamu (kwa mfano, unashtuka na harufu mbaya) na fahamu. Wauzaji hutumia orodha ya vyama vya manukato. Wazo lao ni ladha ya hewa katika maduka na harufu ya miti ya Krismasi na gingerbread wakati wa kipindi cha kabla ya Mwaka Mpya, ambayo husababisha hisia chanya kwa kila mtu na huongeza hamu ya kununua zawadi. Vile vile, harufu ya mkate safi katika sehemu ya chakula itafanya mate yako yatiririke kinywani mwako, na utaweka zaidi kwenye kikapu.

2. Camphor mara nyingi hutumiwa katika mafuta ya joto. Misombo mitatu yenye miundo tofauti ina harufu yao wenyewe.

Lakini ni nini husababisha dutu fulani kusababisha hii, na sio hisia nyingine ya kunusa?

Kwa ladha ya kunusa, ladha tano za msingi zimeanzishwa: chumvi, tamu, chungu, sour, oun (nyama) na idadi sawa ya aina za vipokezi kwenye ulimi. Katika kesi ya harufu, haijulikani hata ni harufu ngapi za msingi zipo, au ikiwa zipo kabisa. Muundo wa molekuli hakika huamua harufu, lakini kwa nini ni kwamba misombo yenye muundo sawa harufu tofauti kabisa (2), na tofauti kabisa - sawa (3)?

3. Mchanganyiko wa upande wa kushoto una harufu ya miski (kiungo cha manukato), na upande wa kulia - karibu sawa katika muundo - hauna harufu.

Kwa nini esta nyingi zina harufu ya kupendeza, lakini misombo ya sulfuri haipendezi (ukweli huu unaweza kuelezewa labda)? Baadhi hawana hisia kabisa na harufu fulani, na takwimu wanawake wana pua nyeti zaidi kuliko wanaume. Hii inaonyesha hali ya maumbile, i.e. uwepo wa protini maalum katika receptors.

Kwa hali yoyote, kuna maswali zaidi kuliko majibu, na nadharia kadhaa zimetengenezwa ili kuelezea siri za harufu nzuri.

Ufunguo na kufuli

Ya kwanza inategemea utaratibu wa enzymatic uliothibitishwa, wakati molekuli ya reagent inapoingia kwenye cavity ya molekuli ya enzyme (tovuti inayofanya kazi), kama ufunguo wa kufuli. Kwa hivyo, wananuka kwa sababu umbo la molekuli zao linalingana na mashimo kwenye uso wa vipokezi, na vikundi fulani vya atomi hufunga kwa sehemu zake (kwa njia sawa na enzymes hufunga vitendanishi).

Kwa kifupi, hii ni nadharia ya harufu iliyotengenezwa na mwanabiolojia wa Uingereza. John E. Amurea. Alichagua harufu kuu saba: camphor-musky, maua, minty, ethereal, spicy na putrid (mengine ni mchanganyiko wao). Molekuli za misombo yenye harufu sawa pia zina muundo sawa, kwa mfano, wale walio na sura ya spherical harufu kama kafuri, na misombo yenye harufu mbaya ni pamoja na sulfuri.

Nadharia ya muundo imefanikiwa - kwa mfano, ilielezea kwa nini tunaacha kunusa baada ya muda. Hii ni kutokana na kuzuia vipokezi vyote na molekuli zinazobeba harufu fulani (kama vile enzymes zilizochukuliwa na ziada ya substrates). Walakini, nadharia hii haikuweza kila wakati kuanzisha uhusiano kati ya muundo wa kemikali wa kiwanja na harufu yake. Hakuweza kutabiri harufu ya dutu hii kwa uwezekano wa kutosha kabla ya kuipata. Pia alishindwa kueleza harufu kali ya molekuli ndogo kama vile amonia na sulfidi hidrojeni. Marekebisho yaliyofanywa na Amur na warithi wake (ikiwa ni pamoja na ongezeko la idadi ya ladha ya msingi) haikuondoa mapungufu yote ya nadharia ya muundo.

molekuli za vibrating

Atomi katika molekuli daima hutetemeka, kunyoosha na kupiga vifungo kati yao wenyewe, na harakati haziacha hata kwa joto la sifuri kabisa. Molekuli huchukua nishati ya mtetemo, ambayo iko hasa katika safu ya infrared ya mionzi. Ukweli huu ulitumiwa katika spectroscopy ya IR, ambayo ni mojawapo ya mbinu kuu za kuamua muundo wa molekuli - hakuna misombo miwili tofauti na wigo sawa wa IR (isipokuwa kwa kinachojulikana isoma za macho).

Waumbaji nadharia ya mtetemo ya harufu (J. M. Dyson, R. H. Wright) kupatikana viungo kati ya mzunguko wa vibrations na alijua harufu. Mitetemo kwa sababu ya resonance husababisha mitikisiko ya molekuli za vipokezi katika epitheliamu ya kunusa, ambayo hubadilisha muundo wao na kutuma msukumo wa neva kwa ubongo. Ilifikiriwa kuwa kulikuwa na aina ishirini za receptors na, kwa hiyo, idadi sawa ya harufu za msingi.

Katika miaka ya 70, wafuasi wa nadharia zote mbili (vibrational na miundo) walishindana vikali na kila mmoja.

Vibrionists walielezea tatizo la harufu ya molekuli ndogo kwa ukweli kwamba spectra yao ni sawa na vipande vya spectra ya molekuli kubwa ambayo ina harufu sawa. Hata hivyo, hawakuweza kueleza kwa nini baadhi ya isoma za macho zilizo na mwonekano sawa zina harufu tofauti kabisa (4).

4. Isoma za macho za carvone: daraja la S linanuka kama jira, daraja R harufu kama mint.

Wataalamu wa miundo hawana ugumu wa kueleza ukweli huu - vipokezi, vinavyofanya kazi kama vimeng'enya, vinatambua hata tofauti hizo ndogo kati ya molekuli. Nadharia ya vibrational pia haikuweza kutabiri nguvu ya harufu, ambayo wafuasi wa nadharia ya Cupid walielezea kwa nguvu ya kumfunga wabebaji wa harufu kwa vipokezi.

Alijaribu kuokoa hali hiyo L. Torinoikipendekeza kwamba epitheliamu ya kunusa hufanya kazi kama darubini ya kuvinjari (!). Kulingana na Turin, elektroni hutiririka kati ya sehemu za kipokezi kunapokuwa na kipande cha molekuli ya harufu kati yao na mzunguko fulani wa mitetemo ya mitetemo. Mabadiliko yanayotokana na muundo wa kipokezi husababisha maambukizi ya msukumo wa neva. Walakini, marekebisho ya Turin yanaonekana kwa wanasayansi wengi kuwa ya kupita kiasi.

Mitego

Biolojia ya molekuli pia imejaribu kufumbua mafumbo ya harufu, na ugunduzi huu umetunukiwa Tuzo ya Nobel mara kadhaa. Vipokezi vya harufu ya binadamu ni familia ya protini elfu tofauti, na jeni zinazohusika na usanisi wao zinafanya kazi tu katika epithelium ya kunusa (yaani, inapohitajika). Protini za kupokea hujumuisha mlolongo wa helical wa amino asidi. Katika picha ya mshono, msururu wa protini hutoboa utando wa seli mara saba, kwa hivyo jina: vipokezi vya seli za transmembrane za hesi saba ,

Vipande vinavyojitokeza nje ya seli huunda mtego ambamo molekuli zilizo na muundo unaolingana zinaweza kuanguka (5). Protini mahususi ya aina ya G imeambatishwa kwenye tovuti ya kipokezi, ikitumbukizwa ndani ya seli. Wakati molekuli ya harufu inanaswa kwenye mtego, protini ya G huwashwa na kutolewa, na protini nyingine ya G huwekwa mahali pake. ambayo imeamilishwa na kutolewa tena, nk Mzunguko hurudia hadi molekuli ya harufu iliyofungwa inatolewa au kuvunjwa na vimeng'enya ambavyo husafisha uso wa epithelium ya kunusa kila mara. Kipokezi kinaweza kuwezesha hata mia kadhaa ya molekuli za G-protini, na kipengele cha juu kama hicho cha ukuzaji wa mawimbi hukiruhusu kujibu hata kiasi kidogo cha ladha (6). G-protini iliyoamilishwa huanza mzunguko wa athari za kemikali ambayo husababisha kutumwa kwa msukumo wa neva.

5. Hivi ndivyo kipokezi cha harufu kinavyoonekana - protini 7TM.

Maelezo ya hapo juu ya utendakazi wa vipokezi vya kunusa ni sawa na yale yaliyowasilishwa katika nadharia ya muundo. Kwa kuwa kufungwa kwa molekuli hutokea, inaweza kusemwa kuwa nadharia ya vibrational pia ilikuwa sahihi kwa sehemu. Hii sio mara ya kwanza katika historia ya sayansi kwamba nadharia za mapema hazikuwa mbaya kabisa, lakini zilikaribia ukweli.

6. Pua ya binadamu kama kigunduzi cha misombo katika uchanganuzi wa michanganyiko yao iliyotenganishwa kwa kromatografia.

Kwa nini kitu kinanuka?

Kuna harufu nyingi zaidi kuliko kuna aina za vipokezi vya kunusa, ambayo ina maana kwamba molekuli za harufu huwasha protini kadhaa tofauti kwa wakati mmoja. kulingana na mlolongo mzima wa ishara zinazotoka sehemu fulani kwenye balbu ya kunusa. Kwa kuwa manukato ya asili yana misombo zaidi ya mia moja, mtu anaweza kufikiria ugumu wa mchakato wa kuunda hisia ya kunusa.

Sawa, lakini kwa nini kitu harufu nzuri, kitu cha kuchukiza, na kitu sio kabisa?

Swali ni nusu ya kifalsafa, lakini limejibiwa kwa sehemu. Ubongo ni wajibu wa mtazamo wa harufu, ambayo inadhibiti tabia ya wanadamu na wanyama, kuelekeza maslahi yao kwa harufu ya kupendeza na onyo dhidi ya vitu vyenye harufu mbaya. Harufu ya kuvutia hupatikana, kati ya mambo mengine, esters zilizotajwa mwanzoni mwa makala hutolewa na matunda yaliyoiva (kwa hiyo ni ya thamani ya kula), na misombo ya sulfuri hutolewa kutoka kwa mabaki ya kuoza (bora kukaa mbali nao).

Hewa hainuki kwa sababu ni mandharinyuma ambayo harufu huenea: hata hivyo, fuatilia kiasi cha NH3 au H.₂S, na hisia zetu za harufu zitapiga kengele. Kwa hivyo, mtazamo wa harufu ni ishara ya athari ya sababu fulani. uhusiano na aina.

Likizo zinazokuja zina harufu gani? Jibu limeonyeshwa kwenye picha (7).

7. Harufu ya Krismasi: upande wa kushoto, ladha ya gingerbread (zingerone na gingerol), upande wa kulia, miti ya Krismasi (bornyl acetate na aina mbili za pinene).