Нюх людини - це складна система, розроблена для того, щоб фіксувати тисячі хімічних речовин. Воно попереджає нас про небезпеку, наприклад, про зіпсованої їжі - ми можемо відчувати певний компонент зіпсованого м'яса, етилмеркаптан, при концентрації всього 1/400 000 000-й частині міліграма на літр повітря. 1 Нюх також допомагає нам розпізнавати види їжі і квітів. Нюх фактично відповідає за більшість різних 'смакових якостей' їжі. Для більшості тварин це почуття навіть важливіше, ніж для людей - воно допомагає, наприклад, бджолам знаходити нектар.
У носі зосереджені мільйони рецепторів, при цьому безліч різних видів - від 500 до 1000. Вони знаходяться в жовтому нюховому епітелії, який покриває приблизно 2.5 см 2 внутрішньої поверхні носа з кожної його боку. Різні види рецепторів - це протеїни, згорнуті таким чином, щоб має особливу форму молекула аромату змогла зістикуватися. Кожен рецептор пов'язаний з G-білком. Коли молекула аромату приєднується, вивільняється G-білок. Він спонукає вторинний месенджер стимулювати нейрон для передачі сигналу. Він передається нюховими нервовими волокнами, які входять в дві спеціалізовані структури (нюхові цибулини), представлені стволоподобнимі виступами і розташовані під передньою частиною мозку. Вони сортують сигнали і передають їх в мозок для обробки. 2
Нещодавно, Люк Турин, біофізик з медичного коледжу Лондонського університету, запропонував механізм, за допомогою якого електрон проходить від донорського ділянки до акцепторному ділянці на рецепторной молекулі, спонукаючи її при цьому виділяти G-білок. Для тунельного переходу електрона потрібно, щоб початкові і остаточні крапки мали однакову енергію, але Турин вірить, що донорський ділянка має більш високий рівень енергії, ніж рецептор. Різниця в енергії точно така, яка необхідна, щоб привести молекулу аромату в більш високе коливальний квантовий стан. Отже, коли молекула аромату приземляється, вона може поглинути правильне кількість енергії електрона, що дозволяє тунельний перехід через орбіти. 3
Це означає, що нюхові рецептори людини насправді вловлюють енергію коливального квантового переходу в молекулах аромату, як вперше було запропоновано Д. M. Дісон в 1937 році. 4 Ця енергія зменшується в міру збільшення маси атомів, і збільшується з ростом міцності зв'язку. Вона також залежить від симетричності молекули. Для двоатомних молекули, 5 основна енергія переходу становить:
Де h - це постійна Планка (енергія кванта); k - це силова константа зв'язування; і m - це приведена маса, яка має наступне співвідношення до мас двох атомів:
Іноді перехід може бути викликаний випадковим електромагнітним випромінюванням певної частоти (# 957;). Ця частота має наступне відношення до енергії:
Енергетика коливань і відповідне випромінювання, зазвичай вимірюється в хвильових числах. які обернено пропорційні довжині хвилі, відносяться до енергії в такий спосіб:
Поки ця енергія знаходиться в інфрачервоній області, інфрачервона абсорбційна спектроскопія - це звичайний спосіб вимірювання коливальних енергій і сили зв'язку (разом з додатковим методом рамановской спектроскопії)
Це означає, що певні групи атомів мають схожою енергією, і, отже, схожим коливальним спектром. Наприклад, хімічні елементи з сірководневими зв'язками схильні вібрувати приблизно 2500 см -1 і це часто сприймається як запах 'чогось зіпсованого'. Наприклад, тухлі яйця виробляють хімічні речовини на зразок сірководню (H2 S), а етилмеркаптан, що виробляється зіпсованим м'ясом, представлений у вигляді C2 H5 SH.
Турин підтверджує свою теорію, вказуючи на те, що декаборан (B10H14) має запах, подібний компонентам S-H (сірководню), з якими у нього немає нічого спільного, крім однакових коливальних енергій. Незважаючи на меншу атомну масу бору, в порівнянні з сіркою, B-H зв'язку набагато слабкіше, ніж S-H зв'язку, і ці дії, трапляється, врівноважуються.
Подальша підтримка виходить від двох схожих сполук - ферроцена і нікелоцена. Вони мають двозарядний іон металу (заліза і нікелю, відповідно), який вставлений між двома аніонами циклопентадієніл (C5 H5 -). Основне коливальний відмінність між ними полягає в тому, що коливальний рівень металевого кільця зв'язку ферроцена становить 478 см -1. тоді як у нікелоцена цей рівень дорівнює 355 см -1. Ферроцен володіє більш різким запахом, а нікелоцен має запах подібний запаху ароматичних вуглеводневих кілець. Турин передбачає, що нижче межі 400 см -1. коливальний сигнал не чути 'фоновим шумом', і тому носом він не виявляється.
Оскільки маси різних ізотопів неоднакові, але самі ізотопи мають схожі хімічними властивостями, вони впливають на коливальну енергію. Це помітно в формулі наведеної маси, де найбільша відмінність відбувається в результаті заміщення водню (Ar = 1) дейтерієм (Ar = 2) - чисельник подвоєний. І справді, дейтерізованний ацітофенон має більш яскраво виражений фруктовий запах в порівнянні зі звичайним ацітофеноном (C6 H5 COCH3). Він трохи пахне гірким мигдалем, так само як і багато сполук, які містять ціанід або нітрильну групу (C≡N) - і C-D і C ≡ N його коливальний рівень дорівнює приблизно як 2200 см -1.
Теорія Турина зіткнулася з однією проблемою, пов'язаною з різними запахами деяких енантіомерів (оптичні ізомери), оскільки вони мають ідентичні коливальні спектри. Наприклад, запах R-карвона схожий на запах м'яти, а S-карвона на запах кмину. Вирішення цієї проблеми полягає в наступному: спектри ідентичні тільки в ахіральной середовищі, як в розчині, так і в газовій фазі. Але нюхові рецептори - хіральні і мають у своєму розпорядженні ці два енантіомера по-іншому. Це означає, що різні коливальні групи лежать в тунельному напрямку в кожному Енантіомери. Вчений вважає, що кминний S-карвон розташовується в одному напрямку з карбонільної (C = O) групою, і тому її можна виявити; в мятном R-карвон, вона знаходиться під прямим кутом, і тому не виявляється. Турин підтвердив це, створивши аромат кмину шляхом змішування м'ятного карвона з бутанон, в якому містився карбоніл (C2 H5 COCH3).
Якщо теорія Турина вірна, то інфрачервона спектроскопія і Раман-спектроскопія стали б важливими методами для парфумерної промисловості! Турин також використовує непружну тунельну спектроскопію - 'непружна'. тому, що перед тунельним переходом енергія втрачається, як і в запропонованому сенсорному механізмі.
Точна хімія нюху ще до кінця не вивчена. Але Турин вважає, що він знайшов послідовність залишків амінокислоти, які могли б функціонувати як донор електрона разом з НАДФ. Він виявив також п'ять залишків, спрямованих до атому цинку, який міг бути акцепторні ділянкою. Одним з діагностичних ознак недостатності цинку в організмі є втрата нюху, і цинк часто бере участь в біологічних реакціях електронної передачі.
Посилання та примітки
Джерело - Creation Ministries International, www.creationontheweb.org