약사는 코가 있다

아래 기사에서 우리는 화학자의 눈을 통해 냄새 문제를 살펴볼 것입니다. 결국 그의 코는 그의 실험실에서 매일 유용하게 사용될 것입니다.

1. 인간 코의 신경지배 - 비강 위의 비후는 후각 구근입니다(저자: Wikimedia/Opt1cs).

우리는 감정을 공유할 수 있습니다 물리적 인 (시각, 청각, 촉각) 및 기본 화학 물질즉 맛과 향. 전자의 경우 인공 아날로그(빛에 민감한 요소, 마이크, 터치 센서)가 이미 생성되었지만 후자는 아직 과학자의 "유리와 눈"에 굴복하지 않았습니다. 그것들은 최초의 세포가 환경으로부터 화학적 신호를 받기 시작한 수십억 년 전에 만들어졌습니다.

후각은 모든 유기체에서 발생하지는 않지만 결국에는 미각과 분리됩니다. 동물과 식물은 끊임없이 주변 환경의 냄새를 맡으며 이렇게 얻은 정보는 언뜻 보기보다 훨씬 더 중요합니다. 또한 인간을 포함한 시각 및 청각 학습자를 위한 것입니다.

후각의 비밀

흡입하면 공기 흐름이 코로 들어가고 계속 진행하기 전에 몇 센티미터 크기의 후각 상피 인 특수 조직으로 들어갑니다.². 냄새 자극을 포착하는 신경 세포의 끝은 다음과 같습니다. 수용체에서 받은 신호는 뇌의 후각 망울로 이동하고 거기에서 뇌의 다른 부분으로 이동합니다(1). 손가락 끝에는 종마다 고유한 향기 패턴이 포함되어 있습니다. 인간은 약 10가지를 인식할 수 있으며 향수 업계의 숙련된 전문가는 더 많은 것을 인식할 수 있습니다.

냄새는 의식(예: 나쁜 냄새에 놀란다)과 잠재의식 모두에서 신체 반응을 일으킵니다. 마케팅 담당자는 향수 협회 카탈로그를 사용합니다. 그들의 아이디어는 새해 전 기간 동안 크리스마스 트리와 진저 브레드의 향기로 매장의 공기를 풍미하여 모든 사람에게 긍정적인 감정을 불러일으키고 선물 구매 욕구를 증가시키는 것입니다. 마찬가지로 음식 코너에서 갓 구운 빵 냄새를 맡으면 침이 입으로 뚝뚝 떨어지고 바구니에 더 많이 담게 됩니다.

2. 장뇌는 종종 온난화 연고에 사용됩니다. 구조가 다른 세 가지 화합물에는 고유한 냄새가 있습니다.

그러나 주어진 물질이 다른 후각 감각을 유발하는 것이 아니라 이러한 감각을 유발하는 원인은 무엇입니까?

후각의 미각에는 2가지 기본 미각이 확립되어 있습니다. 짠맛, 단맛, 쓴맛, 신맛, 온(고기) 및 혀에 있는 동일한 수의 수용체 유형입니다. 냄새의 경우 기본적인 향기가 몇 개인지, 존재 여부조차 알 수 없다. 분자의 구조는 확실히 냄새를 결정하지만, 유사한 구조를 가진 화합물이 완전히 다른 냄새가 나는 이유는 무엇입니까 (3), 완전히 다른-동일한 (XNUMX)?

3. 왼쪽 화합물은 사향(향료 성분) 냄새가 나고 오른쪽 화합물은 구조가 거의 동일하며 냄새가 없습니다.

왜 대부분의 에스테르는 좋은 냄새가 나지만 유황 화합물은 불쾌한 냄새가 날까요(이 사실은 아마도 설명될 수 있을 것입니다)? 일부는 특정 냄새에 완전히 둔감하며 통계적으로 여성은 남성보다 코가 더 민감합니다. 이것은 유전적 조건, 즉 수용체에 특정 단백질의 존재.

어쨌든 대답보다 질문이 더 많으며 향기의 신비를 설명하기 위해 여러 이론이 개발되었습니다.

열쇠와 자물쇠

첫 번째는 시약 분자가 자물쇠의 열쇠처럼 효소 분자의 구멍(활성 부위)에 들어갈 때 입증된 효소 메커니즘을 기반으로 합니다. 따라서 분자의 모양이 수용체 표면의 공동과 일치하고 특정 원자 그룹이 부분에 결합하기 때문에 냄새가 납니다(효소가 시약에 결합하는 것과 같은 방식).

요컨대 이것은 영국 생화학자가 개발한 후각 이론입니다. 존 E. 아무레아. 그는 장뇌향, 꽃향, 박하향, 미묘한 향, 스파이시한 향, 부패한 향 등 XNUMX가지 주요 향을 골랐습니다(나머지는 이들의 조합입니다). 냄새가 비슷한 화합물의 분자도 구조가 비슷합니다. 예를 들어 구형의 경우 장뇌 냄새가 나고 불쾌한 냄새가 나는 화합물에는 황이 포함됩니다.

구조 이론은 성공적이었습니다. 예를 들어, 구조 이론은 우리가 잠시 후 냄새를 멈추는 이유를 설명했습니다. 이것은 주어진 냄새를 전달하는 분자에 의해 모든 수용체가 차단되기 때문입니다(과량의 기질이 차지하는 효소의 경우와 마찬가지로). 그러나 이 이론은 화합물의 화학 구조와 그 냄새 사이의 연관성을 항상 확립할 수는 없었습니다. 그녀는 그것을 얻기 전에 충분한 확률로 물질의 냄새를 예측할 수 없었습니다. 그녀는 또한 암모니아와 황화수소와 같은 작은 분자의 강렬한 냄새를 설명하지 못했습니다. 아무르와 그의 후계자들이 만든 수정(기본 맛의 수 증가 포함)은 구조 이론의 모든 단점을 제거하지 못했습니다.

진동 분자

분자의 원자는 끊임없이 진동하면서 그들 사이의 결합을 늘리고 구부리고 절대 영도에서도 움직임이 멈추지 않습니다. 분자는 주로 적외선 범위에 있는 진동 에너지를 흡수합니다. 이 사실은 분자 구조를 결정하는 주요 방법 중 하나인 IR 분광법에 사용되었습니다. 동일한 IR 스펙트럼을 가진 두 가지 다른 화합물은 없습니다(소위 광학 이성질체 제외).

크리에이터 냄새의 진동 이론(J. M. Dyson, R. H. Wright) 진동 빈도와 인지된 냄새 사이의 연관성을 찾았습니다. 공명에 의한 진동은 후각 상피에 있는 수용체 분자의 진동을 일으켜 구조를 변화시키고 뇌에 신경 임펄스를 전달합니다. 약 XNUMX가지 유형의 수용체가 있으므로 동일한 수의 기본 향기가 있다고 가정했습니다.

70년대에 두 이론(진동 및 구조)의 지지자들은 서로 치열하게 경쟁했습니다.

Vibrionists는 스펙트럼이 비슷한 냄새를 가진 더 큰 분자의 스펙트럼 조각과 유사하다는 사실로 작은 분자의 냄새 문제를 설명했습니다. 그러나 그들은 동일한 스펙트럼을 가진 일부 광학 이성질체가 완전히 다른 냄새를 갖는 이유를 설명할 수 없었습니다(4).

4. 카르본의 광학 이성질체: 등급 S는 커민 냄새가 나고 등급 R은 박하 냄새가 납니다.

구조주의자들은 이 사실을 설명하는 데 어려움이 없습니다. 효소처럼 작용하는 수용체는 분자 간의 미묘한 차이도 인식합니다. 진동 이론은 또한 냄새의 강도를 예측할 수 없었습니다. 큐피드 이론의 추종자들은 냄새 운반체가 수용체에 결합하는 강도로 설명했습니다.

그는 상황을 구하려고 노력했다 L. 토리노후각 상피가 주사 터널링 현미경(!)처럼 작용한다는 것을 암시합니다. Turin에 따르면 전자는 특정 주파수의 진동 진동으로 향기 분자 조각이 그 사이에 있을 때 수용체의 부분 사이로 흐릅니다. 수용체 구조의 결과적인 변화는 신경 임펄스의 전달을 유발합니다. 그러나 Turin의 수정은 많은 과학자들에게 너무 사치스러운 것 같습니다.

함정

분자생물학도 냄새의 신비를 풀기 위해 노력했고, 이 발견은 노벨상을 여러 번 수상했습니다. 인간의 후각 수용체는 약 XNUMX가지의 서로 다른 단백질로 구성되어 있으며 합성을 담당하는 유전자는 후각 상피(즉, 필요한 곳)에서만 활성화됩니다. 수용체 단백질은 아미노산의 나선형 사슬로 구성됩니다. 스티치 스티치 이미지에서 단백질 사슬이 세포막을 일곱 번 관통하므로 이름이 다음과 같습니다. XNUMX중 나선 막관통 세포 수용체 ().

세포 외부로 튀어나온 조각은 해당 구조를 가진 분자가 떨어질 수 있는 함정을 만듭니다(5). 특정 G-type 단백질이 수용체 부위에 부착되어 세포 내부에 잠기는데 냄새 분자가 트랩에 포획되면 G-단백질이 활성화되어 방출되고 그 자리에 또 다른 G-단백질이 부착되어 활성화되어 다시 방출되는 등의 사이클이 결합된 향기 분자가 방출되거나 후각 상피 표면을 지속적으로 청소하는 효소에 의해 파괴될 때까지 반복됩니다. 수용체는 수백 개의 G-단백질 분자를 활성화할 수 있으며 이러한 높은 신호 증폭 인자로 인해 미량의 향료에도 반응할 수 있습니다(6). 활성화된 G-단백질은 신경 자극을 보내는 화학 반응의 주기를 시작합니다.

5. 후각 수용체는 이렇게 생겼습니다. 단백질 7TM입니다.

후각 수용체의 기능에 대한 위의 설명은 구조 이론에서 제시된 것과 유사합니다. 분자의 결합이 일어나기 때문에 진동 이론도 부분적으로 옳았다고 주장할 수 있다. 이전 이론이 완전히 틀린 것이 아니라 단순히 현실에 접근한 것은 과학사에서 처음이 아니다.

6. 크로마토그래피로 분리된 혼합물 분석에서 화합물 검출기로서의 인간 코.

냄새가 나는 이유는 무엇입니까?

후각 수용체의 유형보다 더 많은 냄새가 있습니다. 즉, 냄새 분자가 동시에 여러 다른 단백질을 활성화합니다. 후각 망울의 특정 위치에서 오는 신호의 전체 시퀀스를 기반으로 합니다. 천연 향료에는 XNUMX가지 이상의 화합물이 포함되어 있기 때문에 후각을 만드는 과정의 복잡성을 상상할 수 있습니다.

알겠습니다. 그런데 왜 어떤 것은 좋은 냄새가 나고 어떤 것은 역겨운 냄새가 나고 어떤 것은 전혀 냄새가 나지 않습니까?

질문은 절반은 철학적이지만 부분적으로 답변되었습니다. 뇌는 인간과 동물의 행동을 제어하는 ​​냄새에 대한 인식을 담당하고 있으며, 기분 좋은 냄새에 관심을 기울이고 악취가 나는 물체에 대해 경고합니다. 매력적인 냄새가 발견되는데, 무엇보다도 기사 시작 부분에 언급된 에스테르는 잘 익은 과일에서 방출되며(따라서 먹을 가치가 있음) 황 화합물은 썩어가는 잔류물에서 방출됩니다(그것을 멀리하는 것이 좋습니다).

공기는 냄새가 퍼지는 배경이기 때문에 냄새가 나지 않습니다. 그러나 미량의 NH3 또는 H₂S, 우리의 후각이 경보를 울릴 것입니다. 따라서 냄새에 대한 인식은 특정 요인의 영향을 나타내는 신호입니다. 종과의 관계.

다가오는 연휴는 어떤 냄새가 날까요? 답은 그림(7)에 나와 있습니다.

7. 크리스마스의 향기: 왼쪽은 진저브레드 향(진저론과 진저롤), 오른쪽은 크리스마스 트리(보르닐 아세테이트와 두 종류의 피넨)입니다.