El químico tiene nariz.

En el siguiente artículo, veremos el problema del olfato a través de los ojos de un químico; después de todo, su nariz será útil en su laboratorio todos los días.

1. Inervación de la nariz humana: un engrosamiento por encima de la cavidad nasal es el bulbo olfativo (autor: Wikimedia/Opt1cs).

podemos compartir sentimientos fisico (vista, oído, tacto) y sus principales quimicoes decir, el gusto y el olfato. Para los primeros, ya se han creado análogos artificiales (elementos sensibles a la luz, micrófonos, sensores táctiles), pero los segundos aún no se han rendido al "vidrio y ojo" de los científicos. Fueron creados hace miles de millones de años cuando las primeras células comenzaron a recibir señales químicas del medio ambiente.

El olfato finalmente se separa del gusto, aunque esto no ocurre en todos los organismos. Los animales y las plantas olfatean constantemente su entorno, y la información obtenida de esta forma es mucho más importante de lo que parece a primera vista. También para estudiantes visuales y auditivos, incluidos los humanos.

Secretos olfativos

Cuando inhala, la corriente de aire se precipita hacia la nariz y, antes de continuar, ingresa a un tejido especializado: el epitelio olfativo de varios centímetros de tamaño.². Aquí están las terminaciones de las células nerviosas que captan los estímulos del olor. La señal recibida de los receptores viaja al bulbo olfatorio del cerebro y de allí a otras partes del cerebro (1). La yema del dedo contiene patrones de olor específicos para cada especie. Un ser humano puede reconocer alrededor de 10 de ellos, y los profesionales capacitados en la industria del perfume pueden reconocer muchos más.

Los olores provocan reacciones en el cuerpo, tanto conscientes (por ejemplo, te sobresaltas ante un mal olor) como subconscientes. Los vendedores utilizan el catálogo de asociaciones de perfumes. Su idea es aromatizar el aire de las tiendas con el aroma de los árboles de Navidad y pan de jengibre durante el período anterior al Año Nuevo, lo que provoca emociones positivas en todos y aumenta el deseo de comprar regalos. Del mismo modo, el olor a pan fresco en la sección de alimentos hará que tu saliva gotee en tu boca y pondrás más en la canasta.

2. El alcanfor se usa a menudo en ungüentos calientes. Tres compuestos con diferentes estructuras tienen su propio olor.

Pero, ¿qué hace que una determinada sustancia provoque esta y no otra sensación olfativa?

Para el gusto olfativo se han establecido cinco gustos básicos: salado, dulce, amargo, ácido, un (carne) y otros tantos tipos de receptores en la lengua. En el caso del olfato, ni siquiera se sabe cuántos aromas básicos existen, o si existen. La estructura de las moléculas ciertamente determina el olor, pero ¿por qué los compuestos con una estructura similar huelen completamente diferente (2) y completamente diferente, igual (3)?

3. El compuesto de la izquierda huele a almizcle (ingrediente de perfume) y el de la derecha, de estructura casi idéntica, no tiene olor.

¿Por qué la mayoría de los ésteres huelen bien, pero los compuestos de azufre son desagradables (este hecho probablemente se puede explicar)? Algunos son completamente insensibles a ciertos olores y, estadísticamente, las mujeres tienen una nariz más sensible que los hombres. Esto sugiere condiciones genéticas, es decir, la presencia de proteínas específicas en los receptores.

De todas formas, hay más preguntas que respuestas, y se han desarrollado varias teorías para explicar los misterios de la fragancia.

llave y candado

El primero se basa en un mecanismo enzimático probado, cuando la molécula de reactivo entra en la cavidad de la molécula de enzima (sitio activo), como la llave de una cerradura. Así, huelen porque la forma de sus moléculas corresponde a las cavidades en la superficie de los receptores, y ciertos grupos de átomos se unen a sus partes (de la misma manera que las enzimas se unen a los reactivos).

En resumen, esta es una teoría del olfato desarrollada por un bioquímico británico. Juan E. Amurea. Destacó siete aromas principales: alcanfor-almizclado, floral, mentolado, etéreo, especiado y pútrido (el resto son combinaciones de ellos). Las moléculas de compuestos con un olor similar también tienen una estructura similar, por ejemplo, aquellos con forma esférica huelen a alcanfor, y los compuestos con un olor desagradable incluyen azufre.

La teoría estructural ha tenido éxito; por ejemplo, explicó por qué dejamos de oler después de un tiempo. Esto se debe al bloqueo de todos los receptores por moléculas portadoras de un determinado olor (como en el caso de las enzimas ocupadas por un exceso de sustratos). Sin embargo, esta teoría no siempre fue capaz de establecer una conexión entre la estructura química de un compuesto y su olor. No pudo predecir el olor de la sustancia con suficiente probabilidad antes de obtenerla. Tampoco pudo explicar el intenso olor de las moléculas pequeñas como el amoníaco y el sulfuro de hidrógeno. Las enmiendas hechas por Amur y sus sucesores (incluido un aumento en el número de sabores básicos) no eliminaron todas las deficiencias de la teoría estructural.

moléculas vibrantes

Los átomos en las moléculas vibran constantemente, estirando y doblando los enlaces entre ellos, y el movimiento no se detiene ni siquiera a temperaturas de cero absoluto. Las moléculas absorben energía vibratoria, que se encuentra principalmente en el rango de radiación infrarroja. Este hecho se utilizó en la espectroscopia IR, que es uno de los principales métodos para determinar la estructura de las moléculas: no hay dos compuestos diferentes con el mismo espectro IR (a excepción de los llamados isómeros ópticos).

Creadores teoría vibratoria del olfato (J. M. Dyson, R. H. Wright) encontraron vínculos entre la frecuencia de las vibraciones y el olor percibido. Las vibraciones por resonancia provocan vibraciones de moléculas receptoras en el epitelio olfativo, que cambia su estructura y envía un impulso nervioso al cerebro. Se suponía que había una veintena de tipos de receptores y, por tanto, el mismo número de aromas básicos.

En los años 70, los defensores de ambas teorías (vibracional y estructural) competían ferozmente entre sí.

Los vibrionistas explicaron el problema del olor de las moléculas pequeñas por el hecho de que sus espectros son similares a fragmentos de los espectros de moléculas más grandes que tienen un olor similar. Sin embargo, no pudieron explicar por qué algunos isómeros ópticos con el mismo espectro tienen olores completamente diferentes (4).

4. Isómeros ópticos de carvona: el grado S huele a comino, el grado R huele a menta.

Los estructuralistas explicaron fácilmente este hecho: los receptores, que actúan como enzimas, reconocen incluso diferencias tan sutiles entre las moléculas. La teoría vibratoria tampoco podía predecir la fuerza del olor, que los seguidores de la teoría de Cupido explicaban por la fuerza de la unión de los portadores del olor a los receptores.

Trató de salvar la situación. L. Torinolo que sugiere que el epitelio olfativo actúa como un microscopio de túnel de barrido (!). Según Turín, los electrones fluyen entre las partes del receptor cuando hay un fragmento de una molécula de aroma entre ellas con una cierta frecuencia de vibraciones vibratorias. Los cambios resultantes en la estructura del receptor provocan la transmisión del impulso nervioso. Sin embargo, la modificación de Turín les parece a muchos científicos demasiado extravagante.

Trampas

La biología molecular también ha intentado desentrañar los misterios de los olores, y este descubrimiento ha sido galardonado varias veces con el Premio Nobel. Los receptores del olor humanos son una familia de aproximadamente mil proteínas diferentes, y los genes responsables de su síntesis están activos solo en el epitelio olfativo (es decir, donde se necesita). Las proteínas receptoras consisten en una cadena helicoidal de aminoácidos. En la imagen de puntada, una cadena de proteínas perfora la membrana celular siete veces, de ahí el nombre: receptores celulares transmembrana de siete hélices ().

Los fragmentos que sobresalen fuera de la célula crean una trampa en la que pueden caer moléculas con la estructura correspondiente (5). Una proteína de tipo G específica se une al sitio del receptor, sumergido dentro de la célula. Cuando la molécula de olor queda atrapada en la trampa, la proteína G se activa y se libera, y otra proteína G se une en su lugar, que se activa y libera de nuevo, etc. El ciclo se repite hasta que la molécula aromática unida es liberada o destruida por enzimas que limpian constantemente la superficie del epitelio olfativo. El receptor puede activar incluso varios cientos de moléculas de proteína G, y un factor de amplificación de señal tan alto le permite responder incluso a pequeñas cantidades de saborizantes (6). La proteína G activada inicia un ciclo de reacciones químicas que conducen al envío de un impulso nervioso.

5. Así es como se ve el receptor del olor: la proteína 7TM.

La descripción anterior del funcionamiento de los receptores olfativos es similar a la presentada en la teoría estructural. Dado que se produce la unión de las moléculas, se puede argumentar que la teoría vibracional también era parcialmente correcta. Esta no es la primera vez en la historia de la ciencia que las teorías anteriores no estaban completamente equivocadas, sino que simplemente se acercaban a la realidad.

6. La nariz humana como detector de compuestos en el análisis de sus mezclas separadas cromatográficamente.

¿Por qué algo huele?

Hay muchos más olores que tipos de receptores olfativos, lo que significa que las moléculas de olor activan varias proteínas diferentes al mismo tiempo. basado en toda la secuencia de señales provenientes de ciertos lugares en el bulbo olfativo. Dado que las fragancias naturales contienen incluso más de cien compuestos, uno puede imaginar la complejidad del proceso de creación de una sensación olfativa.

Está bien, pero ¿por qué algo huele bien, algo asqueroso y algo no huele en absoluto?

La pregunta es medio filosófica, pero parcialmente respondida. El cerebro es responsable de la percepción del olfato, que controla el comportamiento de humanos y animales, dirigiendo su interés hacia los olores agradables y advirtiendo contra los objetos que huelen mal. Se encuentran olores tentadores, entre otras cosas, los ésteres mencionados al principio del artículo son liberados por las frutas maduras (por lo tanto, vale la pena comerlas) y los compuestos de azufre se liberan de los residuos en descomposición (es mejor mantenerse alejado de ellos).

El aire no huele porque es el fondo sobre el que se propagan los olores: sin embargo, pequeñas cantidades de NH3 o H₂S, y nuestro sentido del olfato hará sonar la alarma. Así, la percepción del olfato es una señal del impacto de un determinado factor. relación con las especies.

¿A qué huelen las próximas vacaciones? La respuesta se muestra en la imagen (7).

7. El olor de la Navidad: a la izquierda, sabores de pan de jengibre (zingerona y gingerol), a la derecha, árboles de Navidad (acetato de bornilo y dos variedades de pineno).