Voiko aine olla haisevaa? Hajuisten aineiden luokitus
Luonnossa on valtava määrä erilaisia hajuaineita, ja tuskin on ketään, joka tietäisi kaikkia hajuja. Tiedetään, että esimerkiksi ihmiset, jotka ovat kaukana kemiasta, eivät tunne sellaisia hajuja, jotka kemistit tuntevat (pikriinihapon tai formaldehydin haju). Tietomme hajuaineista on vielä niin puutteellista, ettei meillä ole yhtenäistä hajuluokitusta niiden laadun mukaan. Puhtaita perushajuja on noin 50, joista kaikki muut hajut muodostuvat eri yhdistelminä.
Hollantilainen tiedemies Zwaardemaker ehdotti, että kaikki olemassa olevat hajuaineet jaetaan yhdeksään luokkaan. I. Välttämättömät hajut. Näitä ovat hajuvedessä käytettävien hedelmäesanssien tuoksut: omena, päärynä jne. sekä mehiläisvaha ja esterit. II. Aromaattiset tuoksut ovat kamferin, karvaiden mantelien, sitruunan tuoksu. III. Balsamic tuoksut ovat kukkien (jasmiini, kielo jne.), vanilliinin jne. tuoksua. IV. Ambro-myski tuoksut ovat myskin, meripihkan tuoksua. Tämä sisältää myös monia eläinten ja joidenkin sienien hajuja. V. Valkosipulin haju: ihtiolin, vulkanoidun kumin, haisevan hartsin, kloorin, bromin, jodin jne. haju.
VI. Palanut haju: paahdettu kahvi, tupakansavu, pyridiini, bentseeni, fenoli (karbolihappo), naftaleeni. VII. Kapryylihaju ja juuston tuoksu, hiki, eltaantunut rasva VIII. Pahoilla hajuilla tarkoitetaan yöviihreistä saatujen tiettyjen huumausaineiden hajuja (kananhaju) IX. Pahoinvoiva haju, ruumiin haju jne.
Hajujen lähteet ovat kiinteät, nestemäiset ja kaasumaiset kappaleet. Eteeriset öljyt (pääasiallinen kasvien sisältämä hajuaine) ovat pääosin miellyttävän tuoksuisia ja niille on ominaista korkea haihtuvuus Eläinperäiset hajut erottuvat pysyvyydestään: niiden aiheuttama hajuaisti kestää pitkään. tämän ryhmän hajuilla on epämiellyttävä haju. Mineraalialkuperää olevat hajut eivät aiheuta voimakasta hajuaistiota ja ovat pääasiassa välinpitämättömiä. Hajujen lähteet ovat kiinteät, nestemäiset ja kaasumaiset kappaleet. Eteeriset öljyt (pääasiallinen haju "pääaine" kasveissa) niillä on suurimmaksi osaksi miellyttävä tuoksu ja niille on ominaista korkea haihtuvuus. Eläinperäiset hajut erottuvat pysyvyydestään: niiden aiheuttama hajuaisti kestää pitkään. Useimmilla tämän ryhmän hajuilla on epämiellyttävä haju. Mineraalialkuperää olevat tuoksut eivät aiheuta voimakasta hajuaistiota ja ovat pääasiassa välinpitämättömiä.
Hajuiset aineet ovat erittäin haihtuvia; ne erottavat jatkuvasti ulkoisesta ympäristöstä hiukkasia, jotka määräävät hajuaistin. Näiden kappaleiden vapauttamat hiukkaset ovat niin pieniä, että hajuiset aineet voivat vapauttaa hajua pitkään ja laihtua vain vähän. On tunnettu tapaus, jossa 200 vuotta museossa säilytetty valerianjuuri säilytti tuoksunsa. Hajuaineiden poikkeuksellinen haihtuvuus sekä niiden erottamien hiukkasten äärettömän pienet koot edistävät hajujen leviämistä ilmassa. Hajuisten aineiden hiukkaset jäävät muihin kehoihin ja imevät ne. Hajuiset aineet ovat erittäin haihtuvia; ne erottavat jatkuvasti ulkoisesta ympäristöstä hiukkasia, jotka määräävät hajuaistin. Näiden kappaleiden vapauttamat hiukkaset ovat niin pieniä, että hajuiset aineet voivat vapauttaa hajua pitkään ja laihtua vain vähän. On tunnettu tapaus, jossa 200 vuotta museossa säilytetty valerianjuuri säilytti tuoksunsa. Hajuaineiden poikkeuksellinen haihtuvuus sekä niiden erottamien hiukkasten äärettömän pienet koot edistävät hajujen leviämistä ilmassa. Hajuisten aineiden hiukkaset jäävät muihin kehoihin ja imevät ne.
Niiden imeytymisaste ei riipu pelkästään hajun luonteesta, vaan myös hajun imevien esineiden kemiallisesta koostumuksesta ja väristä. Voimakkaimmin hajuja imevät silkki- ja villakankaat, turve, hiili (erityisesti kuivatun, jauhemaisen massan muodossa), paperikankaat ja paperi heikommin. Hapen vaikutuksesta hajut hajoavat. Siksi hajujen poistamiseksi (hajunpoisto) he käyttävät kemiallisia seoksia, jotka vapauttavat happea, tai puhtaan ilman ja otsonin seosta. Kuumuus ja kosteus edistävät hajujen leviämistä ja tehostavat niiden vaikutusta. Kosteus ei kuitenkaan saa ylittää tunnettuja rajoja, koska ylimääräinen kosteus heikentää hajujen voimakkuutta. Sivustolta otettu materiaali:
Tutkijat ympäri maailmaa ovat kehittäneet kaksi tusinaa tietokonemallia oppiakseen ennustamaan molekyylin hajun sen rakenteen perusteella. Mallit pystyvät parhaiten ennustamaan hajun voimakkuuden, miellyttävyyden ja samankaltaisuuden valkosipulin tuoksun, polttavan ja mausteisen aromin kanssa, yksi työn kirjoittajista, Tietoinstituutin soveltavan bioinformatiikan sektorin johtaja Marat Kazanov Venäjän tiedeakatemian siirtoongelmat, Skolkovon tiede- ja teknologiainstituutin vanhempi tutkija kertoi Cherdakille.
Haistamme hajuhermosolujen aivoihin lähettämien signaalien ansiosta, joiden reseptorit sitoutuvat nenään joutuviin hajuaineiden molekyyleihin. Mutta on erittäin vaikea ennustaa, minkä reaktion tietty molekyyli aiheuttaa, vaikka tämä kysymys on pitkään kiinnostanut molempia tutkijoita, jotka tutkivat molekyylien vuorovaikutusta reseptorien ja hajusteiden kanssa.
”Nykyisen tieteellisen tiedon avulla voimme ennustaa, minkä värin ihminen näkee, jos tiedämme sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuden tai jos tiedämme ääniaallon taajuuden, minkä sävyn hän kuulee. Toisin kuin näkö ja kuulo, tutkijat eivät vieläkään pysty ennustamaan hajua molekyylin kemiallisen rakenteen perusteella. Samankaltaiset molekyylit voivat aiheuttaa erilaisia hajuja, mutta rakenteeltaan täysin erilaiset molekyylit voivat haistaa samalta, Marat Kazanov sanoi.
Ihmiset esimerkiksi erottavat täydellisesti alkoholit n-propanoli, n-butanoli ja n-pentanoli hajun perusteella, vaikka niiden kaavat ovat samanlaiset.
Päinvastoin, muskonilla ja myski-ketonilla on täysin erilaiset kaavat, mutta tuoksuvat samalta - myski. Tälle hajun havaitsemisen ominaisuudelle ei ole vielä selitystä.
"He ovat aiemmin yrittäneet rakentaa ennustavia laskennallisia malleja, jotka yhdistävät molekyylin kemiallisen rakenteen havaittuun hajuun, mutta ne perustuivat pääsääntöisesti tietoihin 30 vuotta vanhasta kokeesta, jossa oli rajoitettu joukko aromaattisia aineita." tiedemies selitti.
Tässä kokeessa lähes puolitoistasataa osallistujaa selvitti, miltä aineet, kuten esimerkiksi asetofenoni, haisevat. Kokeessa käytettiin yhteensä 10 ainetta. Uudessa kokeessa, jonka tulokset julkaistiin v Tiede, osallistujia oli vähemmän - 49 henkilöä, mutta heidän arvioimansa aineet olivat paljon suurempia - 476.
Jokaiselle aromaattiselle aineelle arvioitiin sen hajun eri ominaisuuksien, kuten voimakkuuden, miellyttävyyden ja samankaltaisuuden aste 19 tietyn tuoksun kanssa (makea, kukkainen, puumainen, ruohoinen jne.). Kaikille aromaattisille aineille laskettiin 4884 molekyyliominaisuuksia, jotka vaihtelivat standardeista - molekyylipainosta, tiettyjen atomien läsnäolosta ja päättyen molekyylin spatiaalisiin ominaisuuksiin.
Nämä tiedot tarjottiin DREAM Olfaction Prediction -konsortion jäsenille. DREAM Challenges on joukkohankintaalusta, jonka avulla tutkijat ympäri maailmaa voivat kokoontua yhteen ratkaisemaan erilaisia biologian ja lääketieteen tutkimusongelmia.
Tässä tapauksessa konsortion osallistujia pyydettiin rakentamaan esitettyjen tietojen perusteella laskennallisia malleja, jotka ennustavat molekyylien ominaisuuksien perusteella, miltä aromaattiset aineet haisevat.
Yhteensä rakennettiin 18 laskennallista mallia. He osasivat parhaiten ennustaa hajun voimakkuuden, sitten sen miellyttävyyden ihmiselle ja sitten sen samankaltaisuuden 19 annettuun hajuun. Mallit ennustivat luottavaisesti yhtäläisyyksiä valkosipulin ja palavien hajujen, makeiden, hedelmäisten ja mausteisten aromien kanssa. Vaikein ennustaa oli samankaltaisuus virtsan, puun ja happaman hajun kanssa.
Mallit osoittivat myös joitain korrelaatioita hajujen ja molekyylien ominaisuuksien välillä. Joten mitä suurempi molekyylipaino, sitä heikompi, mutta miellyttävämpi haju. Hajun voimakkuus korreloi myös polaaristen ryhmien, kuten fenoli-, enoli- ja hydroksyyliryhmän, läsnäolon kanssa molekyylissä ja miellyttävyys molekyylin samankaltaisuuden kanssa paklitoksolin ja sitronelyylifenyyliasetaatin kanssa.
Molekyylin rikkiatomit yhdistettiin valkosipulin ja palamisen tuoksuihin, ja rakenteeltaan vanilliinin kaltaiset molekyylit haisivat leivonnaisille.
Ekaterina Borovikova
Teknisten tieteiden tohtori V. MAYOROV.
1900-luvun viimeisellä vuosikymmenellä hajutieteen alalla tapahtui todellinen vallankumous. Ratkaisevaa roolia oli 1000 hajureseptorin tyypin löytämisellä, jotka sitovat hajusimolekyylejä. Hajusignaalin välittämismekanismi keskushermostoon kätkee kuitenkin edelleen monia mysteereitä.
Tiede ja elämä // Kuvituksia
Reitit välittää tietoa hajuista aivoihin.
Kaaviomainen esitys hajuepiteelista. Basaalisolut ovat hajureseptorihermosolujen esiastesoluja.
Fluoresoiva väriainekuva hajuhermosoluista. Silian kalvolla on reseptoriproteiineja, jotka ovat vuorovaikutuksessa hajumolekyylien kanssa.
Malli hiiren hajureseptorin proteiinimolekyylistä, johon on kiinnitetty hajumolekyyli - heksanoli (magenta).
Yksi signaalinmuutosprosessin malleista hajuhermosolujen silumissa.
Kaavioesitys hajuaineiden kombinatorisista reseptorikoodeista.
Electroolfactogram (EOG) on sähköinen värähtelevä signaali, joka on tallennettu erityisellä elektrodilla rotan hajuepiteelin ulkopinnan osasta.
Hieman yli neljännesvuosisata sitten "Science and Life" -lehti (nro 1, 1978) julkaisi artikkelin "The Mystery of Smell". Sen kirjoittaja, kemian tieteiden kandidaatti G. Shulpin totesi aivan oikein, että hajutieteen nykytila on suunnilleen sama kuin orgaanisen kemian tila vuonna 1835. Sitten yksi tämän tieteen perustajista, F. Wöhler, kirjoitti, että orgaaninen kemia vaikutti hänestä tiheältä metsältä, josta oli mahdotonta päästä ulos. Mutta neljännesvuosisadan jälkeen A.M. Butlerov, luotuaan teorian aineen kemiallisesta rakenteesta, onnistui "pääsemään ulos tuulista". Shulpin ilmaisi luottamusta siihen, että hajun mysteeri ratkeaisi melkein nopeammin kuin orgaanisen kemian tapauksessa.
Ja hän osoittautui 100% oikeassa! Viime aikoina on tapahtunut todellinen läpimurto hajun molekyyliperustan ymmärtämisessä. Analysoidaan hajuhavainnon päävaiheita nykyaikaisten käsitteiden valossa.
MITEN HAJU KUVAAN?
Tehdään yksinkertainen kokeilu. Otetaan pullo, jossa on haisevaa nestettä, esimerkiksi hajuvettä, avataan korkki ja haistellaan sisältö rauhallisessa hengityksen rytmissä. On helppo huomata, että haistamme vain hengitettäessä; uloshengitys alkaa - haju katoaa.
Kun hengität sisään nenän kautta, ilma ja hajuainemolekyylit (jota kutsutaan hajuärsykkeeksi tai hajuaineeksi) kulkeutuvat molempiin nenäonteloihin monimutkaisen konfiguraation halkeamaisen kanavan kautta, jonka muodostaa pitkittäinen nenän väliseinä ja kolme nenäturbinaattia. Täällä ilma puhdistetaan pölystä, kostutetaan ja lämmitetään. Sitten osa ilmasta tulee hajualueelle, joka sijaitsee kanavan ylemmällä takavyöhykkeellä, joka on hajuepiteelillä peitetyn raon muodossa.
Epiteelin kokonaispinta-ala aikuisen nenän molemmissa puolisoissa on pieni - 2 - 4 cm 2 (kanissa tämä arvo on 7 - 10 cm 2, koirilla - 27 - 200 cm 2). Epiteeli on peitetty hajulimukerroksella ja sisältää kolmenlaisia primäärisoluja: hajureseptoreita, tukisoluja ja tyvisoluja. Ilman vetämät hajumolekyylit tunkeutuvat nenäonteloon ja kulkeutuvat epiteelin pinnan yläpuolelle. Normaalin hiljaisen hengityksen aikana 7-10 % sisäänhengitetystä ilmasta kulkee hajuepiteelin läheltä. Hajuepiteeli on noin 150-300 µm paksu. Se on peitetty limakerroksella (10-50 mikronia), joka hajumolekyylien on voitettava ennen kuin ne ovat vuorovaikutuksessa erityisten sensoristen hermosolujen - hajureseptorien - kanssa.
Hajureseptorin päätehtävänä on eristää, koodata ja välittää tietoa hajun voimakkuudesta, laadusta ja kestosta hajulampulle ja aivojen erityiskeskuksiin. Ihmisen molemmissa nenäonteloissa oleva epiteeli sisältää noin 10 miljoonaa hajuhermosolua (kanissa - noin 100 miljoonaa ja saksanpaimenkoiralla - jopa 225 miljoonaa).
Kuten tiedät, neuroni koostuu kehosta ja prosesseista: aksoneista ja dendriiteistä. Hermoimpulssi hermosolusta toiseen siirtyy aksonista dendriittiin. Hajuhermosolun (soman) paksunnetun keskusosan halkaisija on 5-10 mikronia. Kuituprosessien muodossa oleva dendriittiosa, jonka halkaisija on 1-2 mikronia, ulottuu epiteelin ulkopinnalle. Tässä dendriitit päättyvät paksuuntumaan, josta ulottuu 6-12 värekarkon (silian) nippu, jonka halkaisija on 0,2-0,3 mikronia ja pituus jopa 200 mikronia, upotettuna limakerroksen sisään (kanissa värekarvoja yhdessä reseptorineuronissa on 30-60 ja koirilla 100-150). Somasta lähtevän hermosäidun (aksonin) halkaisija on noin 0,2 mikronia ja se ulottuu epiteelin sisäpinnalle. Täällä naapurihermosolujen aksonit yhdistyvät nipuiksi (phyla), jotka saavuttavat hajusolun.
VANHAJEN SEMIOTIIKKA
Jotta hermosolu havaitsee hajusignaalin, hajumolekyyli sitoutuu erityiseen proteiinirakenteeseen, joka sijaitsee hermosolujen solukalvossa. Tätä rakennetta kutsutaan reseptoriproteiiniksi. Käyttämällä molekyylibiologian menetelmiä amerikkalaiset tutkijat Linda Buck ja Richard Axel totesivat vuonna 1991, että nisäkkäiden hajuhermosolut sisältävät noin 1000 erityyppistä reseptoriproteiinia (ihmisillä niitä on vähemmän - noin 350). Tämän löydön tärkeys tunnustettiin, kun hänelle myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 2004 fysiologian ja lääketieteen alan tutkimuksesta (katso "Tiede ja elämä" nro 12, 2004).
Miten reseptorit jakautuvat hermosolujen kesken: onko tämän perheen yksittäisiä edustajia kaikissa hajuneuroneissa vai kantaako jokainen hermosolu kalvollaan vain yhden tyyppistä reseptoriproteiinia? Kuinka aivot voivat määrittää, mikä 1000 reseptorityypistä lähettää signaalin? Saatavilla olevien tietojen perusteella voimme päätellä, että yhdessä neuronissa on vain yhden tyyppinen hajureseptoriproteiini. Neuronilla, joilla on erilaisia reseptoreita, on erilainen toiminnallisuus, mikä tarkoittaa, että epiteelissä on tuhansia erityyppisiä hermosoluja. Tässä tapauksessa hajun aktivoiman yksittäisen reseptorin tunnistamisen ongelma vähenee signaalin lähettäneen hermosolun tunnistamisen ongelmaksi.
Kun otetaan huomioon, että ihmisen hajuhermosolujen kokonaismäärä on noin 10 miljoonaa, yhden tyypin hajureseptorien lukumäärä on keskimäärin kymmeniä tuhansia.
Hajujärjestelmä käyttää kombinatorista piiriä hajuaineiden tunnistamiseen ja signaalin koodaamiseen. Sen mukaan useat hajuaineet aktivoivat yhden tyyppisiä hajureseptoreita ja yksi hajuaine usean tyyppisiä reseptoreita. Hajureseptorien erilaiset yhdistelmät koodaavat erilaisia tuoksuja, ja ärsykkeen pitoisuuden lisääntyminen johtaa aktivoituneiden reseptorien määrän kasvuun ja sen reseptorikoodin komplikaatioon. Tässä kaaviossa kukin reseptori toimii yhtenä komponenttina monien hajusteiden kombinatorisessa reseptorissa ja toimii ikään kuin eräänlaisena aakkoston kirjaimena, jonka kokonaisuudesta vastaavat hajusanat muodostuvat.
Vähäiset rakenteelliset erot hajuainemolekyyleissä, esimerkiksi funktionaalisessa ryhmässä, hiiliketjun pituudessa, tilarakenteessa, johtavat erilaiseen reseptorikoodiin. Termi "odotooppi" ( odotope) tai hajun määrittäjiä. Eri hajureseptorit, jotka tunnistavat saman hajun, voivat tunnistaa sen erilaiset odotoopic-ominaisuudet. Yksi hajureseptori pystyy "erottelemaan" molekyylejä, joiden hiiliketjun pituus eroaa vain yhdellä hiiliatomilla, tai molekyylejä, joilla on sama hiiliketjun pituus, mutta jotka eroavat funktionaalisesti. Ottaen huomioon, että nisäkkäiden epiteelissä on noin 1000 hajureseptorityyppiä, voidaan olettaa, että tällainen kombinatorinen järjestelmä mahdollistaa valtavan määrän hajuaineita erottamisen (jopa ihmiset erottavat jopa 10 000 hajua).
Tuoreet tulokset hajureseptoriproteiinien ominaisuuksia koskevista kokeellisista tutkimuksista ovat mahdollistaneet hajuproteiinin helikaalisen molekyylin rakennemallin luomisen molekyylitasolla. Hajureseptoriproteiinit kuuluvat kalvoon sitoutuneiden reseptorien superperheeseen. Ne ylittävät silumin kaksikerroksisen lipidikalvon seitsemän kertaa. Reseptoriproteiinimolekyylissä, joka sisältää 300-350 aminohappoa, on kolme ulompaa silmukkaa, jotka on yhdistetty kolmeen solunsisäiseen silmukkaan seitsemällä kalvon ylittävällä transmembraanialueella.
ESSENTIAL Lima
Ilmavirrassa olevien tuoksumolekyylien on ylitettävä hajuepiteelin pintaa ympäröivä limakerros ennen kuin ne saavuttavat hajureseptorihermosolujen. Limakerroksen fysiologisia toimintoja ei ole vielä täysin selvitetty. Ei ole epäilystäkään siitä, että se luo hydrofiilisen kuoren herkille ja hauraille hajureseptoreille, jotka suorittavat suojaavan tehtävän. Loppujen lopuksi signaalin havaitsemisjärjestelmä on suojattava ulkoisen ympäristön vaikutuksilta, toisin sanoen hajusimolekyyliltä, jotka voivat sisältää melko vaarallisia ja kemiallisesti aktiivisia aineita.
Limakerros koostuu kahdesta alakerroksesta. Ulomman, vesipitoisen, paksuus on noin 5 mikronia ja sisäisen, viskoosisemman, noin 30 mikronia. Särmät on suunnattu vinosti kohti limakerroksen ulkopintaa. Ne muodostavat eräänlaisen verkon, jossa on epäsäännöllisiä soluja, ja tämä verkko sijaitsee alikerrosten rajapinnalla siten, että suurin osa värekarvojen pinnasta (noin 85%) sijaitsee lähellä rajapintaa.
Limakerros sisältää erilaisia vesiliukoisia proteiineja, joista merkittävä osa on ns. glykoproteiineja. Haaroittuneen molekyylirakenteensa ansiosta nämä proteiinit pystyvät sitomaan ja pitämään vesimolekyylejä muodostaen geelin.
Liman sisältämät muun tyyppiset proteiinit ovat vuorovaikutuksessa hajumolekyylien kanssa ja voivat siten vaikuttaa hajujen havaitsemiseen ja tunnistamiseen. Nämä proteiinit on jaettu kahteen pääluokkaan - hajusteita sitoviin proteiineihin (OBP) ja hajuja hajoaviin entsyymeihin.
OBP:t kuuluvat proteiiniperheeseen, jossa on taitettu, tynnyrin muotoinen rakenne ja sisäinen syvä ontelo, johon putoaa pieniä molekyylejä hydrofiilisiä (rasvaliukoisia) hajuaineita. Näiden proteiinien eri alatyypeille on ominaista korkea selektiivisyys vuorovaikutuksessa eri kemiallisten luokkien hajusteiden kanssa.
OBP:iden uskotaan edistävän hajuaineiden liukenemista ja kuljettavan hajusimolekyylejä limakerroksen läpi, toimivat suodattimena hajuaineiden erottelussa, voivat helpottaa hajun sitoutumista reseptoriproteiiniin ja jopa puhdistaa reseptorin ympärillä olevan tilan tarpeettomista komponenteista.
Hajusteita sitovien proteiinien lisäksi hajuepiteelin limasta löydettiin reseptorihermosolujen läheltä useita hajuaineita hajottavia entsyymejä. Kaikki nämä entsyymit laukaisevat reaktioita, jotka muuttavat hajusimolekyylejä muiksi yhdisteiksi. Näiden reaktioiden seurauksena muodostuneet tuotteet edistävät myös hajun havaitsemista. Viime kädessä kaikki limakerrokseen nopeasti, lähes samanaikaisesti sisäänhengityksen päättymisen kanssa tulevat hajumolekyylit menettävät "hajuisen" aktiivisuutensa. Joten jokaisen hengityksen yhteydessä hajujärjestelmä saa uutta tietoa tuoreista tuoksuista.
HAJU MOLEKYYLITASOLLA
Monet hajuhavaintojärjestelmän ominaisuudet voidaan selittää molekyylitasolla. Tuoksumolekyyli kohtaa hajuepiteelin peittävän liman pinnalla hajuainetta sitovan proteiinimolekyylin, joka sitoo ja kuljettaa hajumolekyylin limakerroksen läpi hajuhermosolujen ciliumin pinnalle. Pääprosessi hajusignaalin välittämiseksi suoritetaan väreissä. Sen mekanismi on melko tyypillinen monen tyyppisille fysiologisesti aktiivisten aineiden vuorovaikutuksille hermosolureseptorien kanssa.
Tuoksumolekyyli kiinnittyy tiettyyn hajureseptoriin (R). Tuoksumolekyylin reseptoriin sitoutumisprosessin ja hajusignaalin hermostoon siirtymisen välissä on monimutkainen biokemiallisten reaktioiden sarja, joka tapahtuu neuronissa. Tuoksumolekyylin sitoutuminen reseptoriproteiiniin aktivoi niin sanotun G-proteiinin, joka sijaitsee solukalvon sisäpuolella. G-proteiini puolestaan aktivoi adenylaattisyklaasia (AC), entsyymiä, joka muuttaa solunsisäisen adenosiinitrifosfaatin (ATP) sykliseksi adenosiinimonofosfaatiksi (cAMP). Ja cAMP aktivoi toisen kalvoon sitoutuneen proteiinin, jota kutsutaan ionikanavaksi, koska se avaa ja sulkee varautuneiden hiukkasten sisäänkäynnin soluun. Kun ionikanava on auki, metallikationeja pääsee soluun. Tällä tavalla solukalvon sähköinen potentiaali muuttuu ja syntyy sähköimpulssi, joka välittää signaalin neuronista toiseen.
Useat solunsisäisen signaalinsiirron molekyylivaiheet varmistavat sen vahvistumisen, jonka seurauksena pieni määrä hajusimolekyylejä riittää hermosolulle sähköisen impulssin muodostamiseen. Tällaiset vahvistusvaiheet tarjoavat suuremman hajun havaintojärjestelmän herkkyyden.
Joten reseptoriproteiinin aktivointi hajumolekyylillä johtaa viime kädessä sähkövirran syntymiseen hajureseptorin hermosolussa. Virta leviää neuronin dendriittiä pitkin sen somaattiseen osaan, jossa se virittää ulostulon sähköimpulssin. Tämä impulssi välittyy hermosolujen aksonia pitkin hajutulppaan.
Yksittäisen sähköisen signaalipulssin lähdössä kesto on enintään 5 ms ja huippuamplitudi noin 100 μV. Melkein kaikki hermosolut tuottavat impulsseja myös ilman hajusteita, eli niillä on spontaania toimintaa, jota kutsutaan biologiseksi kohinaksi. Näiden pulssien taajuus vaihtelee välillä 0,07 - 1,8 pulssia sekunnissa.
SIPULUNEURALIVERKKO
Hajureseptorihermosolut tunnistavat valtavan määrän erilaisia hajusimolekyylejä ja lähettävät niistä tietoa aksonien kautta hajusoluun, joka toimii ensimmäisenä hajuinformaation käsittelykeskuksena aivoissa. Parilliset hajusipulit ovat pitkulaisia muodostelmia "jaloilla". Tästä alkaa hajusignaalin polku aivopuoliskoille. Hajuhermosolujen aksonit päättyvät hajutulppaan haaroilla pallomaisissa keskittimissä (halkaisijaltaan 100-200 µm), joita kutsutaan glomeruluiksi. Munakeräsissä kosketus tapahtuu hajuhermosolujen aksonin päiden ja toisen asteen hermosolujen dendriittien välillä, jotka ovat mitraalisia ja tuftaisia soluja.
Mitraalisolut ovat suurimpia hajulampusta nousevia hermosoluja. Tuftaiset solut ovat pienempiä kuin mitraalisolut, mutta ne ovat toiminnallisesti samanlaisia. Kanin hajujärjestelmän ominaisuudet voivat antaa käsityksen nisäkkäiden hermosolujen määrästä. Sen oikealla ja vasemmalla puolella on 50 miljoonaa hajureseptorin neuronia (täsmälleen kymmenen kertaa enemmän kuin ihmisillä). Hajureseptorien aksonit jakautuvat hajupallon 1900 glomerulukseen - noin 26 000 aksonia per glomerulus. 45 000 mitraalisen ja 130 000 tuftaisen solun dendriittipäät vastaanottavat signaaleja glomerulusten aksoneista ja välittävät ne hajupallosta aivojen hajukeskuksiin. Noin 24 mitraalista ja 70 tuftaista solua vastaanottaa tietoa kunkin glomeruluksen aksoneista. Ihmisillä noin 10 miljoonaa hajuhermosolujen aksonia on jakautunut hajulampun 2000 glomerulukseen.
Kaikki yhden hajuhermosolupopulaation aksonit konvergoivat kahdeksi glomerulukseksi, peilikuvaksi, jotka sijaitsevat hajulampun kaksiulotteisen pintakerroksen vastakkaisilla puolilla. Lähetetyn signaalin sisällöstä riippuen glomerulukset aktivoituvat eri tavoin. Aktivoituneiden munuaiskerästen joukkoa kutsutaan hajukartaksi ja se edustaa eräänlaista hajun "heittoa", eli se osoittaa, mistä hajuaineista havaittu hajukohde koostuu.
Kerästen aktivoitumismekanismi ei ole vielä selvä. Tutkimuksella pyritään ymmärtämään, kuinka hajuaineiden monimuotoisuus toistuu hajutulpan pinnalla olevassa kaksiulotteisessa glomerulusten kerroksessa. Muuten, nämä näytöt ovat luonteeltaan dynaamisia - ne muuttuvat jatkuvasti hajun havaitsemisen aikana, mikä vaikeuttaa tieteellistä tehtävää.
Hajulamppu on suuri monikerroksinen hermoverkko hajukartoituksen spatiotemporaaliseen käsittelyyn glomeruluksissa. Sitä voidaan pitää kokoelmana monista mikropiireistä, joissa on suuri määrä yhteyksiä ja jotka aktivoivat ja estävät hermosolujen toimintaa. Neuronien suorittamat toiminnot tuovat esiin hajukartan ominaispiirteet.
Hajupallosta mitraali- ja tuftaisten solujen aksonit välittävät tietoa aivokuoren primaarisille hajualueille ja sitten sen korkeammille alueille, joissa tietoinen hajuaisti muodostuu, ja limbiseen järjestelmään, joka tuottaa tunne- ja motivaatioreaktio hajusignaaliin.
Aivokuoren hajualueiden ominaisuudet mahdollistavat assosiatiivisen muistin muodostumisen, joka muodostaa yhteyden uuden aromin ja aiemmin havaittujen hajuärsykkeiden jälkien välille. Uskotaan, että hajun tunnistamisprosessiin kuuluu tuloksena olevan kartoituksen vertaaminen sen kuvaukseen semanttisessa muistissa. Jos painatus osuu yhteen hajun muiston kanssa, kehossa tapahtuu jokin reaktio (emotionaalinen, motorinen). Tämä prosessi suoritetaan erittäin nopeasti, sekunnissa, ja vastauksen jälkeen tiedot ottelusta nollataan välittömästi, kun aivot valmistautuvat ratkaisemaan seuraavan hajuhavaintotehtävän.
HAJUJEN MYSTEET
Se, mitä edellisissä osissa käsiteltiin, koskee, vaikkakin monimutkaisinta, perustavaa laatua olevaa, mutta alkuperäistä hajutieteen osaa - niiden havaitsemista. Hajuaistin vuorovaikutusmekanismia muiden havaintojärjestelmien, esimerkiksi maun, kanssa ei ole julkistettu (ks. "Tiede ja elämä" nro, s. 16-20). Loppujen lopuksi tiedetään, että jos ihminen sulkee sieraimensa, hän ei pysty maistaessaan edes tunnettuja makuelintarvikkeita (esimerkiksi kahvia) tarkasti määrittämään, mitä hän maisti. Riittää, kun avaat sieraimet - ja makuelämykset palautuvat.
Molekyylisestä näkökulmasta ei ole vielä selvää, millä yksiköillä hajun voimakkuutta mitataan ja mistä se riippuu, mikä on hajun laatu, sen "kimppu", miten haju eroaa toisesta ja miten kuvaa tätä eroa, mitä tapahtuu hajulle, kun sekoitetaan erilaisia hajusteita. Osoittautuu, että hajusteiden tyypistä ja valmiusasteesta riippumatta kokenutkaan asiantuntija ei pysty tunnistamaan kaikkia seoksen komponentteja, jos niitä on enemmän kuin kolme. Jos seoksessa on yli kymmenen hajustetta, henkilö ei pysty tunnistamaan niistä yhtään.
Vielä on monia kysymyksiä hajujen mekanismeista ja vaikutuksista ihmisen emotionaaliseen, henkiseen ja fyysiseen tilaan. Aiheesta on viime aikoina ilmaantunut paljon spekulaatiota, jota helpotti P. Suskindin vuonna 1985 julkaistu romaani "Hajuvesi", joka yli kahdeksan vuoden ajan sijoittui tiukasti länsimaisten kirjamarkkinoiden kymmenen parhaan bestsellerin joukossa. . Fantasioita aromien alitajuisen vaikutuksen poikkeuksellisesta voimasta ihmisen tunnetilaan varmistivat tämän työn valtavan menestyksen.
Fiktio alkaa kuitenkin vähitellen saada oikeutusta. Äskettäin aikakauslehdissä ilmestyi raportteja siitä, että amerikkalaiset armeijan "hajuvedenvalmistajat" olivat kehittäneet erittäin pahanhajuisen pommin, joka ei voinut aiheuttaa vain inhoa, vaan myös hajottaa vihollissotilaat tai aggressiivisen joukon.
Julkiset viittaukset hajuvesiteemoihin ovat herättäneet laajaa kiinnostusta aromaterapiaa kohtaan. Tuoksujen käyttö julkisilla paikoilla, kuten toimistoissa, kauppakeskuksissa ja hotellien auloissa, on lisääntynyt. On jopa erikoismaustettuja tuotteita, jotka parantavat mielialaa. Markkinatalouden haara on syntynyt aromimarkkinoinniksi kutsuttu "tiede" houkutella asiakkaita miellyttävien tuoksujen avulla. Siten nahan tuoksu saa ostajan ajattelemaan kallista, laadukasta tuotetta, kahvin tuoksu rohkaisee ostamaan kotiruokaa jne. Miten tuoksut luovat aivoissa signaaleja, jotka kannustavat ihmisiä tekemään ostoksia? Tutkijoilla on vielä paljon löytöjä tehtävänä, ennen kuin he voivat vastata tähän ja moniin muihin kysymyksiin ja erottaa hajuja koskevat myytit todellisuudesta.
Kirjallisuus
Lozovskaya E., Ph.D. fysiikka ja matematiikka Sci. // Tiede ja elämä, 2004, nro 12.
Mayorov V. A. Hajut: niiden havaitseminen, vaikutus, poistaminen. - M.: Mir, 2006.
Margolina A., Ph.D. biol. Sci. // Tiede ja elämä, 2005, nro 7.
Shulpin G., Ph.D. chem. Sci. Hajun mysteeri // Tiede ja elämä, 1978, nro 1.
Tärpätti on halpa raaka-aineen lähde aromaattisten aineiden synteesiin . Molemmista pineeneistä on siten helppo saada boreolia, jota itämaissa suuria määriä käytetään uskonnollisiin tarkoituksiin. kuusen neulojen tuoksu. Kamferin synteesiä tarkasteltaessa esitettyjen menetelmien lisäksi sitä voidaan saada suoraan tärpätistä etikkahappoanhydridillä.
Tärpättiin perustuvien aromaattisten aineiden klassisiin synteeseihin kuuluu terpiinihydraatin XLIII valmistus ja sen jatkokäsittely terpineoliksi XLIV (). Terpeenihydraattia voidaan saada 90 %:n saannolla tärpättiöljystä käsittelemällä 25 % rikkihapolla. On tarpeen käsitellä noin 30 °C:ssa, koska korkeammissa lämpötiloissa terpeenejä muodostuu, kun vesi poistetaan.
Tämä menetelmä, kuten muutkin, joissa tärpättiöljy imeytyy sahanpuruun, on kuvattu yksityiskohtaisesti erikoisteoksissa. Hyvin laimealla mineraalihapolla, kuten rikki- tai fosforihapolla, käsiteltynä terpiinihydraatti muuttuu terpineoliksi, joka tislataan pois höyryllä tai poistetaan reaktiovyöhykkeestä erityisellä tavalla veteen liukenematonta orgaanista liuotinta käyttäen. Terpineolia käytetään halvaan tuoksuvana aineena, jossa on aavistuksen syreeni tuoksu, erityisesti saippuoiden maustamiseen. Sama koskee terpineoliestereitä, kuten asetaattia, joka tuoksuu laventelille. Tislaamalla terpiinihydraattia tyhjössä soodalipeän päällä muodostuu p-terpineoli XLIV. Benin tutkimuksen mukaan pineeni formaldehydin kanssa tuottaa alkoholia nopol XLV:tä, jonka asetaattia voidaan käyttää garanyyliasetaatin ja linalyyliasetaatin sijasta. Tämä aine on myös teknisesti kiinnostava.
Yksi Glidden-yhtiön suurista onnistumisista on geraniolin XLVI synteesi pineenistä. Valitettavasti erikoiskirjallisuudessa ei ole viitteitä tästä mielenkiintoisesta muutoksesta.
Tuloksena saadulla geraniolistandardi R-tuotteella on sama aromi kuin kaupallisesti saatavilla olevalla Java citronella -alkoholista saatavalla geraniolilla, eli se sisältää 55-60 % geraniolia, 10-15 % nerolia ja 30 % sitronellolia. Kokonaisalkoholipitoisuus on 98 %.
Voidaan ajatella, että synteesi pineenistä johtaa myrseenin tyyppiseen alifaattiseen terpeeniin, johon alkoholiryhmä viedään hydrataatiolla tai muulla tavalla.
Aromaattisia aineita, joissa on vivahteita setripuusta, santelipuusta ja vetiveriasta, saadaan terpeeneista kemianyhtiö Lech-Chemie Gersthafen!:n menetelmällä.
Tämän menetelmän mukaan terpeenit käyvät läpi vaihtoreaktion fenolien kanssa tunnetulla tavalla, jonka jälkeen fenoliosa hydrataan katalyyttisesti sykloheksanoliksi ja alkoholiryhmä hapetetaan tässä tapauksessa ketoniksi (katso kaava IV->XXI->XLVII) .
Esimerkiksi, kun o-kresolia käsitellään useita tunteja booritrifluoridilla jääetikassa 100°:ssa, se muuttuu vaihtoreaktiolla kamfeenin kanssa, mikä johtaa 1-hydroksi-2-metyyli-4-kamfyylibentseeniksi, yhdiste hydrataan ja sitten hapettuu Ketoni tuoksuu santelipuulta ja setripuulta Samoin kamfeenista ja guajakolista saadaan santelipuulta ja vetiveriltä tuoksuvaa 1-hydroksi-2-metoksi-4-kamfyylisykloheksaania.
Terpenaldehydit voidaan valmistaa Food Machinery & Chemical Corp. -menetelmällä. hydraamalla terpeenejä, esimerkiksi d-limoneenia ja dipenteeniä, sekä myöhemmin käsittelemällä hydraustuotteita hiilimonoksidilla ja H2:lla lämpötilassa 140-150 ° paineen alaisena. Siten 2-p-mentonaldehydiä saadaan d-limoneenista ja dipenteenistä. Ruhr Chemical Joint Stock Company hydraa terpeenejä Co-Th-Mg-katalyytillä (infuusiomaa) 138°:ssa ja 150 atm:ssä ja lisää sitten aldehydiryhmän vesikaasulla. On syytä mainita kokeet d-limoneenin teknisessä muuttamisessa nitrosokloridin ja 1-karbonoksiimin kautta kuminalle hajuiseksi aineeksi 1-karvoniksi [27, 71, 18]. Tämä muunnos voi tapahtua maksimi saannolla 56-60 %. .
Koko rivi aromaattiset aineet saatu parasymeenistä XXVI ja jälkimmäinen tärpätistä hyvällä saannolla (s. 378). Sulfonoituessa ja emäksisessä sulatuksessa parasymoli muuttuu tymoliksi XLVIII ja karvakroli IL, molempia käytetään kosmetiikassa esimerkiksi suun desinfiointiin.Tymolista tie johtaa katalyyttisen hydrauksen kautta mentoliin (L), aineeseen, joka tuoksuu mintulta (esim. menetelmän mukaan Reinin kamferikasvi.) Muualla kuvataan tarkemmin, kuinka uudella p-symeenistä hapetusmenetelmällä saadaan helposti p-kresoli XXXI (katso sivu 379). Tämän fenolin esterit kiinnostavat tuoksuteollisuutta, esimerkiksi metyylieetteri (ripaus aniksen tuoksua) ja fenyylieetteri (ripaus geraniumin tuoksua).
Erityisen mielenkiintoista on saada p-symeenistä tuoksuva aine, myski. Vuonna 1932 Barbier sai sen p-symeenin vaihtoreaktiolla tertiäärisen butyylialkoholin kanssa ja sen jälkeen nitraamalla, ja Givaudan markkinoi sitä nimellä moscene R. Tuolloin oletettiin, että p-symeeni tertiäärisellä butyylialkoholilla väkevän rikkihapon vaikutuksen alaisena muuttui vastaavaksi alkyloiduksi p-symeeniksi, ja jälkimmäinen antoi nitrauksen jälkeen dinitrobutyyliparasymeeniä. Samaan aikaan Carpenter, Easter ja Wood pystyivät todistamaan, että moskeenilla on rakenne 1, 1, 3, 3, 6-pentametyylidinitro-5,7-indaani (LI). Tämä indaanirakenne on todettu ja tunnustettu muiden toimesta.
On otettava huomioon, että jatkossa monien mainittujen tuoksuaineiden ja tärpätin synteesimahdollisuuksien lisäksi tulee muitakin. Tämän ansiosta männyn avulla olisi mahdollista tulla toimeen ilman kamferipuuta, mutta myös ilman monia arvokkaita tuoksuvia kasveja.
Hajuaistimukset syntyvät vain tiettyjen materiaalihiukkasten läsnä ollessa. Hajuiset aineet voivat olla kaasun, höyryn, sumun (nestehiukkasten), pölyn ja savun muodossa. Aineen hajuominaisuudet riippuvat erityisten molekyylien, niin kutsuttujen hajuaineiden, läsnäolosta. Näiden hiukkasten molekyylipaino on välillä 17 (ammoniakki) ja 300 (alkaloidit).
Tavallisten kanssa lämpötila ne ovat haihtuvia ja liukenevat helposti veteen ja rasvaan. Molekyylistä voi tulla hajutekijä vain, jos kaikki sen atomisidokset ovat epätäydellisesti tyydyttyneitä.
Tapahtuman vuoksi haju- Sensaatio on tarpeen, jotta hajuaine voi muodostaa toisen lisäyhteyden hajusolujen protoplasman aineosien kanssa. Tällä hetkellä uskotaan, että hajun laatu riippuu erityisten atomiryhmien – hajuaineiden ja osmoforien – läsnäolosta hajumolekyylissä; näitä ovat hydroksyyli, karboksyyli, aldehydi, esterinitroryhmät jne.
Kysymys hajuaineiden luokittelusta ei silti voida pitää ratkaistua. Zwaardemaker (N. Zwaardemaker) ehdotti olemassa olevien hajuaineiden jakamista yhdeksään luokkaan:
1) välttämätön (hedelmien, mehiläisvahan, vaahtokarkkien tuoksu); 2) aromaattinen (kamferin, katkeran mantelien, sitruunan tuoksu); 3) balsamico (kukkien tuoksu, vanilja); 4) meripihkamyski (meripihkan, myskin tuoksu); 5) valkosipuli (iktiolin, kloorin, bromin tuoksu); 6) paahdetun kahvin, tupakansavun, pyridiinin palaneen hajun; 7) kapryyli (juuston tuoksu, hajoava rasva); 8) vastenmielinen (kankaran haju, lutikat): 9) kuvottava (kuolleen haju, ulosteen haju).
Zwaardemaker luokitus perustuu suurimmaksi osaksi subjektiiviseen hajuärsykkeiden arviointiin ja on suurelta osin keinotekoinen.
Perustuu hajusteiden kemialliseen rakenteeseen Genning(Henning) jakoi ne kuuteen pääryhmään: 1) miellyttävä tuoksu, 2) kukkainen, 3) hedelmäinen, 4) hartsimainen, 5) palanut, 6) haiseva.
Muut haisee ovat välissä tärkeimpien välissä. Tätä hajuluokitusta ei kuitenkaan voida pitää tyhjentävänä. Eri rakenteelliset aineet voivat aiheuttaa saman hajuaistin. Esimerkiksi bentsaldehydillä ja nitrobentseenillä on sama haju, mutta ensimmäisessä hajuytimenä (hajuytimenä) on aldehydien atomiryhmä ja toisessa on typpiryhmä.
Geyninks(Heyninx) ehdotti hajuaineiden luokittelua, joka perustuu niiden fysikaalisiin ominaisuuksiin - kykyyn absorboida spektrin ultraviolettiosan säteitä. Ns. varausilmiö on erittäin kiinnostava hajuaineiden luonteen tutkimisen kannalta. Ilmiö paljastuu tällä tavalla. Vesiliuoksessa oleva hajuinen aine ruiskutetaan ilmalla tai hiilidioksidilla 2 atm:n paineessa inhalaatiolaitteella.
Syntyy sumu asettuu metallilevylle (levyn halkaisija on 10-20 cm). Levy on eristetty; sen teline asetetaan parafiinille ja liitetään elektroskooppiin, jonka on myös oltava hyvin eristetty. Kun hajuista ainetta ruiskutetaan, syntyy sähkövaraus; Kun ruiskutetaan vesihiukkasia ilman hajua, ei muodostu varausta.
Maksulla on aina positiivinen merkki; levyä ympäröivän ilman pienemmillä ainehiukkasilla on negatiivinen varaus. Varausilmiö on tyypillinen kaikille hajuaineille, mutta ei samalla tavalla. Tämän ilmiön saavuttamisessa hajuisen aineen liukoisuusasteella on merkittävä rooli, koska vain hyvin liukenevat molekyylit antavat selkeän varauksen. Tämä ilmiö ilmaistaan selvästi hajuisilla aineilla, joilla on suurin haihtuvuus (haihtuvuus määräytyy kiehumispisteen mukaan).
Ilmiön merkitys lataus on, että sen avulla voit tunnistaa hajutekijöiden läsnäolon, kun hajuaisti ei havaitse hajua. Hajumekanismi. Useiden tutkijoiden (Zwaardemaker, A. A. Ushakov, I. M. Kiselevsky, A. D. Romanovsky jne.) kokeet ovat osoittaneet, että hajuaineet pääsevät nenän hajualueelle (regio olfactoria) hyvin hitaasti ja vähitellen ilman diffuusion kautta.
Saadakseen hajuaistia käsitys ilman liike nenäontelossa on tärkeää; tyynessä ilmassa hajuaineita ei havaita eivätkä ne aiheuta hajuaistiota. Hajuaistin voimakkuus ei riipu niinkään tietystä hajuaineen pitoisuudesta, vaan sen pitoisuuden vaihtelevuudesta paikoissa, jotka ovat kosketuksissa nenän hajualueen kanssa.
Mitä tulee mekanismiin altistuminen hajuisille aineille hajusoluissa on useita ratkaisemattomia kysymyksiä. Ensinnäkin, tuleeko hajuainepartikkelit suoraan kosketukseen hajusolujen kanssa vai voiko hajuaine siirtyä hajureseptoriin etäältä hajuaineiden itsensä aaltomaisten värähtelyjen tai muiden energeettisten prosessien kautta.
Toiseksi, jos hajuinen aine sen on koskettava hajusoluja riippumatta siitä, aiheuttaako se kemiallisen tai fysikaalisen vaikutuksen reseptoriin. Erilaiset ehdotetut hajusteoriat voidaan jakaa kolmeen ryhmään: fysikaalisiin, kemiallisiin ja fysikaalis-kemiallisiin.
