Стереохімічна природа запаху. Продовження.

Гострий (їдкий) і гнильний запахи випадають зі схеми, запропонованої Лукрецием. У цьому випадку ні форма, ні розміри молекул значення не мають; вирішальну роль грає їх електричний заряд. Гострі, їдкі запахи властиві тим з’єднанням, молекули яких через брак електронів мають позитивний заряд і сильне спорідненість до електронів. Вони називаються електрофільними. А гнильні запахи викликаються молекулами, у яких існує надлишок електронів. Вони носять назву нуклеофільних, так як сильно притягуються ядрами сусідніх атомів. Будь-яка теорія вірна лише в тому випадку, якщо її можна підтвердити експериментально. Стереохімічна теорія успішно витримала шість суворих експериментальних перевірок.

Як це легко бачити, якщо теорія вірна, то ми можемо, виходячи з форми молекули, передбачити, яким запахом ця молекула має. Отже, щоб перевірити теорію, потрібно синтезувати молекули певних форм, а потім подивитися, чи будуть вони видавати передбачені запахи.

Розглянемо молекулу, що складається з трьох ланцюгів, приєднаних до одного атома вуглецю, четверта зв’язок якого зайнята атомом водню. Ця молекула може входити в рецепторний ділянку, що має форму повітряного змія (квітковий запах), в клиновидний ділянку (м’ятний запах) або ж одному з ланцюжків входити в палочкообразной ділянку (ефірний запах). З теорії випливає, що така молекула повинна мати фруктовим запахом, складеним з трьох первинних запахів.

Тепер припустимо, що ми приєднали до четвертої зв’язку вуглецевого атома замість атома водню порівняно громіздку метильную групу. Поява четвертої гілки позбавить молекулу можливості легко входити в рецепторні ділянки, відповідні квітковому і м’ятного запахів, однак одна з її гілок і раніше зможе займати палочкообразной ділянку. В результаті, як це випливає з теорії, переважаючим повинен бути ефірний запах.

Інший з авторів цієї статті (Рубін) синтезував два таких з’єднання в своїй лабораторії. Вони були представлені на суд досвідчених дегустаторів запаху. У випробуваннях був використаний олфактомер, прилад, в якому за допомогою клапанів і регульованих повітряних потоків до дегустатору подавалися точно виміряні концентрації запахів, змішаних або первинних. Кількість пахне пара, що надходить до носа дегустатора, вимірювалося методом газової хроматографії.

Результати випробувань підтвердили правильність теоретичного передбачення. Дегустаційна комісія повідомила, що з’єднання А володіє фруктовим (схожим на виноградний) запахом, а з’єднання В, в якому атом водню був заміщений метильної групою, має запах, що нагадує запах ефіру.

Друге випробування напрошувалося само собою. Чи можна складний запах, зустрічається в природі, відтворити, комбінуючи відповідним чином первинні запахи. Взявши для дослідної перевірки запах кедрового масла, Емур встановив, що форми молекул хімічних сполук, що володіють цим запахом, відповідають рецепторних ділянок камфароподобного, мускусного, квіткового і м’ятного запахів. Третій автор, Джонстон, зайнявся підбором різних комбінацій цих чотирьох первинних запахів, щоб спробувати точно відтворити кедровий запах. Кожну суміш запахів він передавав восьми досвідченим дегустаторам, які порівнювали синтетичний запах з запахом кедрової олії. Після 86 спроб Джонстону вдалося скласти композицію, яка дуже близько походила на запах натурального кедра. З тих же чотирьох первинних запахів йому вдалося синтезувати дуже близьке подобу запаху сандалового масла.

Наступні два випробування були пов’язані з пізнанням чистих (тобто первинних) запахів. Якщо теорія вірна, то молекула, яка може входити в рецепторні ділянки тільки одного типу і ні в які інші, повинна володіти первинним запахом в чистому вигляді. Молекули, однакові за формою і за розмірами, повинні володіти практично однаковим запахом. А ті молекули, форми яких відповідають різним рецепторних ділянок, і пахнути повинні по-різному.

Дегустаторів знайомили з запахами двох різних речовин, молекули яких, тим не менше, мали однакову форму (наприклад, відповідну рецепторному ділянці квіткового запаху). Дегустатори робили висновок, що обидва запаху дуже схожі один на інший. Коли молекули двох дегустованих речовин мали форми, які відповідають різним типам рецепторних ділянок, дегустатори вказували, що речовини мають різні запахами.

Джонстон провів аналогічні експерименти з бджолами. Він поставив досвід, метою якого була перевірка їх здатності розрізняти два запаху, один з яких був «правильним» (з ним була пов’язана підгодівля бджіл цукровим сиропом), а інший – «неправильним» (з ним був пов’язаний «удар» електричним струмом). Ця пара запахів могла ставитися до однієї первинної групі або до різних первинним групам (наприклад, до квіткової та м’ятною).

Спочатку на столику перед вуликом ставилися пари бульбашок з пахучими речовинами, і бджіл привчали до того, що з кожної пари запахів один – «правильний», а інший – «неправильний». Після такого навчання можна було вважати, що бджоли будуть прагнути до запаху, який для них пов’язаний з сиропом, і будуть уникати запаху, пов’язаного з дією електричного струму, звичайно, за умови, що бджоли можуть відрізняти один запах від іншого.

Виявилося, що бджолам важко було розрізняти запахи, що належать до однієї і тієї ж первинної групі (наприклад, м’ятною), але вони легко відрізняли різні первинні запахи (наприклад, м’ятний і квітковий). У цьому останньому випадку вони майже завжди вибирали «правильний» запах без коливань.

Ці експерименти показали, що у бджіл нюх в принципі таке ж, як і у людини. Воно теж засновано на Стереохимические принципі, хоча органи нюху у бджіл влаштовані інакше. Бджола сприймає запах не носом, а вусиками (антенами). Мабуть, рецепторні ділянки на антенах диференціюються за формою приблизно так само, як і в носі людини.

П’ятий досвід проводився з дегустаторами, що мають досвід в розпізнаванні запахів. Дегустаторам давали на дослідження кілька речовин, абсолютно несхожих один на одного в хімічному відношенні, хоча їх молекули мали приблизно однакову форму. Чи будуть всі ці речовини пахнути однаково? Для випробування було відібрано п’ять речовин. Вони належали до трьох різних класів хімічних сполук, що різко відрізняються один від одного за внутрішньою структурою молекул. Але разом з тим у всіх п’яти випадках молекули речовин мали одну і ту ж дискообразную форму, яка властива молекулам, що володіє мускусним запахом. Дегустатори, яким давали нюхати пари цих п’яти речовин в числі багатьох інших, пізнавали все п’ять речовин як речовини, що володіють мускусним запахом. Однак один від одного ці запахи вони відрізнити не могли.

Всі ці свідчення на користь стереохимической теорії були в тій чи іншій мірі непрямими. Потрібно було отримати прямий доказ того, що в органі нюху дійсно існують диференційовані рецепторні ділянки. Таке доказ недавно вдалося знайти Р. Геетленду. Він розробив спосіб відводити електричні імпульси від окремих клітин нюхового нерва за допомогою мікроелектродів, Ввівши електроди в нюховий орган жаби, Гестленд діяв на нього різними запахами і обстежив черзі клітини нюхового нерва, чи відповідають вони електричними імпульсами. Виявилося, що різні клітини по-різному реагують на різні запахи. Вчений встановив, що у жаби є приблизно вісім таких різних рецепторів: мало того, п’ять з них відповідають п’яти таким заходам (камфароподобний, мускусний, ефірний, гнильний і гострий), які стереохимическая теорія виділяє як первинні! Цей результат можна вважати шостим і притому незалежним від попередніх підтвердженням даної теорії.

Маючи в своєму розпорядженні перевіреної на досвіді теорією, ми можемо тепер сподіватися на швидкий прогрес науки про запах. Це може привести до несподіваних результатів. Для людини почуття нюху грає, мабуть, не настільки важливу роль, як для нижчих тварин, але ми залежимо від цього почуття набагато більше, ніж думаємо. Певне уявлення про значущість нюху для людини можна отримати, якщо згадати, який позбавленою смаку стає їжа, коли ніс заклало при нежиті, або як неприємна нам погано пахне питна вода. Управління запахами має найважливіше значення в парфумерної та тютюнової промисловості. Безсумнівно, запах впливає на наше життя багатьма непомітними шляхами, про які ми не підозрюємо.

Проведені дослідження, про які ми розповіли, ймовірно, дозволять вивчити в найдрібніших деталях складні запахи нашої їжі, створити нові аромати і в кінцевому рахунку синтезувати будь-який запах, який ми захочемо отримати.

Автори: Джон Емур, Джеймс Джонстон, Мартін Бубер, переклад з англійської.