केमिस्टला नाक असते
खालील लेखात, आम्ही रसायनशास्त्रज्ञाच्या डोळ्यांद्वारे वासाची समस्या पाहू - अखेरीस, त्याचे नाक दररोज त्याच्या प्रयोगशाळेत उपयोगी पडेल.
1. मानवी नाकाचा अंतःकरण - अनुनासिक पोकळीच्या वर जाड होणे म्हणजे घाणेंद्रियाचा बल्ब (लेखक: विकिमीडिया/Opt1cs).
आपण भावना शेअर करू शकतो भौतिक (दृष्टी, श्रवण, स्पर्श) आणि त्यांचे प्राथमिक रासायनिकम्हणजे चव आणि वास. पूर्वीसाठी, कृत्रिम analogues आधीच तयार केले गेले आहेत (प्रकाश-संवेदनशील घटक, मायक्रोफोन, स्पर्श सेन्सर), परंतु नंतरचे अद्याप शास्त्रज्ञांच्या "काच आणि डोळ्याला" शरण गेले नाहीत. ते कोट्यवधी वर्षांपूर्वी तयार केले गेले होते जेव्हा पहिल्या पेशींना पर्यावरणातून रासायनिक सिग्नल मिळू लागले.
वास अखेरीस चवीपासून वेगळा होतो, जरी हे सर्व जीवांमध्ये आढळत नाही. प्राणी आणि वनस्पती सतत त्यांच्या सभोवतालचे वातावरण वास घेतात आणि अशा प्रकारे प्राप्त केलेली माहिती पहिल्या दृष्टीक्षेपात दिसते त्यापेक्षा जास्त महत्त्वाची आहे. तसेच दृष्य आणि श्रवणविषयक शिकणाऱ्यांसाठी, मानवांसह.
घाणेंद्रियाचे रहस्य
जेव्हा आपण श्वास घेता तेव्हा, हवेचा प्रवाह नाकात जातो आणि पुढे जाण्यापूर्वी, एका विशिष्ट ऊतीमध्ये प्रवेश करतो - घाणेंद्रियाचा एपिथेलियम अनेक सेंटीमीटर आकाराचा.2. येथे तंत्रिका पेशींचे शेवट आहेत जे गंध उत्तेजित करतात. रिसेप्टर्सकडून मिळालेला सिग्नल मेंदूतील घाणेंद्रियाच्या बल्बपर्यंत आणि तेथून मेंदूच्या इतर भागांमध्ये जातो (1). बोटांच्या टोकामध्ये प्रत्येक प्रजातीसाठी विशिष्ट सुगंधाचे नमुने असतात. एक माणूस त्यापैकी सुमारे 10 ओळखू शकतो आणि परफ्यूम उद्योगातील प्रशिक्षित व्यावसायिक बरेच ओळखू शकतात.
वासामुळे शरीरात प्रतिक्रिया निर्माण होतात, दोन्ही जागरूक (उदाहरणार्थ, आपण वाईट वासाने घाबरतो) आणि अवचेतन. विक्रेते परफ्यूम असोसिएशनचे कॅटलॉग वापरतात. नवीन वर्षाच्या आधीच्या कालावधीत ख्रिसमस ट्री आणि जिंजरब्रेडच्या सुगंधाने स्टोअरमधील हवा सुगंधित करणे ही त्यांची कल्पना आहे, ज्यामुळे प्रत्येकामध्ये सकारात्मक भावना निर्माण होतात आणि भेटवस्तू खरेदी करण्याची इच्छा वाढते. त्याचप्रमाणे, अन्न विभागात ताज्या ब्रेडच्या वासामुळे तुमची लाळ तुमच्या तोंडात जाईल आणि तुम्ही टोपलीमध्ये अधिक टाकाल.
2. कापूर बहुधा वार्मिंग मलमांमध्ये वापरला जातो. वेगवेगळ्या रचना असलेल्या तीन संयुगेंचा स्वतःचा वास असतो.
पण दिलेल्या पदार्थामुळे घाणेंद्रियाची संवेदना कशामुळे होते, आणि दुसरी नाही?
घाणेंद्रियाच्या चवसाठी, पाच मूलभूत अभिरुची स्थापित केल्या आहेत: खारट, गोड, कडू, आंबट, ऊन (मांस) आणि जिभेवर समान संख्येचे रिसेप्टर प्रकार. वासाच्या बाबतीत, किती मूलभूत चव अस्तित्वात आहेत किंवा ते अस्तित्वात आहेत की नाही हे देखील माहित नाही. रेणूंची रचना नक्कीच वास निश्चित करते, परंतु समान रचना असलेल्या संयुगे पूर्णपणे भिन्न (2), आणि पूर्णपणे भिन्न - समान (3) का आहे?
3. डाव्या बाजूच्या कंपाऊंडला कस्तुरी (परफ्यूम घटक) सारखा वास येतो आणि उजवीकडे - संरचनेत जवळजवळ एकसारखे - गंध नाही.
बहुतेक एस्टरचा वास आनंददायी का आहे, परंतु सल्फर संयुगे अप्रिय का आहेत (या वस्तुस्थितीचे स्पष्टीकरण केले जाऊ शकते)? काही विशिष्ट वासांबद्दल पूर्णपणे असंवेदनशील असतात आणि आकडेवारीनुसार स्त्रियांचे नाक पुरुषांपेक्षा अधिक संवेदनशील असते. हे अनुवांशिक परिस्थिती सूचित करते, म्हणजे. रिसेप्टर्समध्ये विशिष्ट प्रथिनांची उपस्थिती.
कोणत्याही परिस्थितीत, उत्तरांपेक्षा अधिक प्रश्न आहेत आणि सुगंधाचे रहस्य स्पष्ट करण्यासाठी अनेक सिद्धांत विकसित केले गेले आहेत.
की आणि लॉक
प्रथम एका सिद्ध एन्झाइमॅटिक यंत्रणेवर आधारित आहे, जेव्हा अभिकर्मक रेणू एंझाइम रेणूच्या पोकळीत (सक्रिय साइट) प्रवेश करतो, लॉकच्या किल्लीप्रमाणे. अशा प्रकारे, त्यांना वास येतो कारण त्यांच्या रेणूंचा आकार रिसेप्टर्सच्या पृष्ठभागावरील पोकळ्यांशी संबंधित असतो आणि अणूंचे काही गट त्याच्या भागांना बांधतात (त्याच प्रकारे एन्झाईम अभिकर्मकांना बांधतात).
थोडक्यात, हा एक ब्रिटिश बायोकेमिस्टने विकसित केलेला वासाचा सिद्धांत आहे. जॉन ई. अमुरिया. त्याने सात मुख्य सुगंध काढले: कापूर-कस्तुरी, फुलांचा, पुदीना, इथरियल, मसालेदार आणि पुट्रीड (बाकीचे त्यांचे संयोजन आहेत). समान वास असलेल्या संयुगांच्या रेणूंची रचनाही सारखीच असते, उदाहरणार्थ, गोलाकार आकाराचा वास कापूरसारखा असतो आणि अप्रिय गंध असलेल्या संयुगांमध्ये सल्फरचा समावेश असतो.
स्ट्रक्चरल सिद्धांत यशस्वी झाला आहे - उदाहरणार्थ, काही काळानंतर आपण गंध का थांबवतो हे स्पष्ट केले. हे दिलेले गंध वाहून नेणाऱ्या रेणूंद्वारे सर्व रिसेप्टर्स अवरोधित केल्यामुळे होते (जसे एंजाइमच्या बाबतीत जास्त प्रमाणात सब्सट्रेट्सने व्यापलेले). तथापि, हा सिद्धांत नेहमीच कंपाऊंडची रासायनिक रचना आणि त्याचा वास यांच्यातील संबंध स्थापित करण्यास सक्षम नव्हता. ती पदार्थ मिळवण्यापूर्वी पुरेशा संभाव्यतेसह त्याच्या वासाचा अंदाज लावू शकली नाही. अमोनिया आणि हायड्रोजन सल्फाइड सारख्या लहान रेणूंच्या तीव्र वासाचे स्पष्टीकरण देण्यातही ती अयशस्वी ठरली. अमूर आणि त्याच्या उत्तराधिकार्यांनी (बेस फ्लेवर्सच्या संख्येत वाढ करण्यासह) केलेल्या सुधारणांमुळे संरचनात्मक सिद्धांतातील सर्व कमतरता दूर झाल्या नाहीत.
कंपन करणारे रेणू
रेणूंमधील अणू सतत कंपन करतात, एकमेकांमधील बंध ताणतात आणि वाकतात आणि अगदी शून्य तापमानातही हालचाल थांबत नाही. रेणू कंपन ऊर्जा शोषून घेतात, जी प्रामुख्याने किरणोत्सर्गाच्या अवरक्त श्रेणीमध्ये असते. ही वस्तुस्थिती आयआर स्पेक्ट्रोस्कोपीमध्ये वापरली गेली, जी रेणूंची रचना निश्चित करण्यासाठी मुख्य पद्धतींपैकी एक आहे - समान आयआर स्पेक्ट्रमसह (तथाकथित ऑप्टिकल आयसोमर्स वगळता) कोणतेही दोन भिन्न संयुगे नाहीत.
निर्माते वासाचा कंपन सिद्धांत (जे. एम. डायसन, आर. एच. राइट) कंपनांची वारंवारता आणि जाणवलेला वास यांच्यातील दुवे सापडले. रेझोनान्सच्या कंपनेमुळे घाणेंद्रियाच्या एपिथेलियममधील रिसेप्टर रेणूंचे कंपन होते, ज्यामुळे त्यांची रचना बदलते आणि मेंदूला मज्जातंतूचा आवेग पाठवतो. असे गृहीत धरले गेले होते की सुमारे वीस प्रकारचे रिसेप्टर्स होते आणि म्हणूनच, मूलभूत सुगंधांची संख्या समान होती.
70 च्या दशकात, दोन्ही सिद्धांतांच्या समर्थकांनी (कंपन आणि संरचनात्मक) एकमेकांशी जोरदार स्पर्धा केली.
कंपनवाद्यांनी लहान रेणूंच्या वासाची समस्या या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केली की त्यांचे स्पेक्ट्रा मोठ्या रेणूंच्या स्पेक्ट्राच्या तुकड्यांसारखे असतात ज्यांचा वास समान असतो. तथापि, समान स्पेक्ट्रासह काही ऑप्टिकल आयसोमर्सना पूर्णपणे भिन्न गंध का आहे हे स्पष्ट करण्यात ते अक्षम होते (4).
4. कार्व्होनचे ऑप्टिकल आयसोमर्स: ग्रेड S ला जिऱ्यासारखा वास येतो, R ग्रेडचा वास पुदिनासारखा असतो.
स्ट्रक्चरलवाद्यांना ही वस्तुस्थिती स्पष्ट करण्यात कोणतीही अडचण येत नाही - रिसेप्टर्स, एंजाइमसारखे कार्य करतात, रेणूंमधील इतके सूक्ष्म फरक देखील ओळखतात. कंपन सिद्धांत देखील वासाच्या सामर्थ्याचा अंदाज लावू शकत नाही, जे कामदेवच्या सिद्धांताच्या अनुयायांनी गंध वाहकांना रिसेप्टर्सच्या बंधनाच्या सामर्थ्याने स्पष्ट केले.
त्यांनी परिस्थिती सावरण्याचा प्रयत्न केला एल. टोरिनोघाणेंद्रियाचा एपिथेलियम स्कॅनिंग टनेलिंग मायक्रोस्कोप (!) प्रमाणे कार्य करतो असे सुचवितो. ट्यूरिनच्या मते, रिसेप्टरच्या काही भागांमध्ये इलेक्ट्रॉन प्रवाहित होतात जेव्हा त्यांच्यामध्ये सुगंधाच्या रेणूचा एक तुकडा असतो ज्यामध्ये कंपन कंपनांची विशिष्ट वारंवारता असते. रिसेप्टरच्या संरचनेतील परिणामी बदलांमुळे मज्जातंतूंच्या आवेगांचा प्रसार होतो. तथापि, ट्यूरिनचे फेरफार अनेक शास्त्रज्ञांना अवाजवी वाटते.
सापळा
आण्विक जीवशास्त्रानेही गंधाचे रहस्य उलगडण्याचा प्रयत्न केला असून या शोधाला अनेकवेळा नोबेल पारितोषिक मिळाले आहे. मानवी गंध रिसेप्टर्स हे सुमारे एक हजार वेगवेगळ्या प्रथिनांचे एक कुटुंब आहे आणि त्यांच्या संश्लेषणासाठी जबाबदार जीन्स केवळ घाणेंद्रियाच्या एपिथेलियममध्ये सक्रिय असतात (म्हणजे जिथे त्याची आवश्यकता असते). रिसेप्टर प्रोटीनमध्ये एमिनो ऍसिडची हेलिकल साखळी असते. स्टिच स्टिच इमेजमध्ये, प्रथिनांची साखळी सेल झिल्लीला सात वेळा छेदते, म्हणून नाव: सात-हेलिक्स ट्रान्समेम्ब्रेन सेल रिसेप्टर्स ().
सेलच्या बाहेर पसरलेले तुकडे एक सापळा तयार करतात ज्यामध्ये संबंधित रचना असलेले रेणू पडू शकतात (5). रिसेप्टरच्या जागेवर विशिष्ट जी-प्रकारचे प्रथिन जोडलेले असते, सेलच्या आत बुडविले जाते. जेव्हा गंधाचा रेणू सापळ्यात पकडला जातो, तेव्हा जी-प्रोटीन सक्रिय होते आणि सोडले जाते, आणि त्याच्या जागी दुसरे जी-प्रोटीन जोडले जाते, जो सक्रिय होतो आणि पुन्हा सोडला जातो, इ. घाणेंद्रियाच्या एपिथेलियमची पृष्ठभाग सतत स्वच्छ करणार्‍या एन्झाईमद्वारे बांधलेले सुगंध रेणू सोडले किंवा नष्ट होईपर्यंत चक्र पुनरावृत्ती होते. रिसेप्टर अनेकशे जी-प्रोटीन रेणू देखील सक्रिय करू शकतो आणि अशा उच्च सिग्नल प्रवर्धक घटकामुळे ते फ्लेवर्सच्या अगदी मोजमापांना प्रतिसाद देऊ शकतात (6). सक्रिय जी-प्रोटीन रासायनिक अभिक्रियांचे चक्र सुरू करते ज्यामुळे तंत्रिका आवेग पाठवते.
5. गंध रिसेप्टर असे दिसते - प्रोटीन 7TM.
घाणेंद्रियाच्या रिसेप्टर्सच्या कार्याचे वरील वर्णन स्ट्रक्चरल थिअरीमध्ये सादर केलेल्या प्रमाणेच आहे. रेणूंची बांधणी होत असल्याने, असा युक्तिवाद केला जाऊ शकतो की कंपन सिद्धांत देखील अंशतः बरोबर होता. विज्ञानाच्या इतिहासात ही पहिलीच वेळ नाही की पूर्वीचे सिद्धांत पूर्णपणे चुकीचे नव्हते, परंतु वास्तविकतेच्या जवळ आले होते.
6. त्यांच्या क्रोमॅटोग्राफिकदृष्ट्या विभक्त मिश्रणाच्या विश्लेषणामध्ये संयुगे शोधक म्हणून मानवी नाक.
काहीतरी वास का येतो?
घाणेंद्रियाच्या रिसेप्टर्सच्या प्रकारांपेक्षा खूप जास्त गंध आहेत, याचा अर्थ असा की गंधाचे रेणू एकाच वेळी अनेक भिन्न प्रथिने सक्रिय करतात. घाणेंद्रियाच्या बल्बमधील विशिष्ट ठिकाणांहून येणाऱ्या सिग्नलच्या संपूर्ण क्रमावर आधारित. नैसर्गिक सुगंधांमध्ये शंभरहून अधिक संयुगे असल्याने, घाणेंद्रियाची संवेदना निर्माण करण्याच्या प्रक्रियेच्या जटिलतेची कल्पना करू शकते.
ठीक आहे, पण काहीतरी चांगला वास का येतो, काहीतरी घृणास्पद आणि काहीतरी अजिबात नाही?
प्रश्न अर्धा तात्विक आहे, परंतु अंशतः उत्तर दिले आहे. वासाच्या आकलनासाठी मेंदू जबाबदार असतो, जो मानव आणि प्राण्यांच्या वर्तनावर नियंत्रण ठेवतो, त्यांची आवड आनंददायी वासांकडे निर्देशित करतो आणि दुर्गंधीयुक्त वस्तूंबद्दल चेतावणी देतो. मोहक गंध आढळतात, इतर गोष्टींबरोबरच, लेखाच्या सुरुवातीला नमूद केलेले एस्टर पिकलेल्या फळांद्वारे सोडले जातात (म्हणून ते खाण्यासारखे आहेत), आणि सल्फर संयुगे कुजणाऱ्या अवशेषांपासून मुक्त होतात (त्यापासून दूर राहणे चांगले).
हवेला वास येत नाही कारण ती पार्श्वभूमी आहे ज्याच्या विरूद्ध गंध पसरतो: तथापि, NH3 किंवा H चे प्रमाण शोधून काढा2S, आणि आपली वासाची जाणीव अलार्म वाजवेल. अशाप्रकारे, वासाची धारणा हे एका विशिष्ट घटकाच्या प्रभावाचे संकेत आहे. प्रजातींशी संबंधित.
आगामी सुट्ट्यांचा वास कसा आहे? उत्तर चित्रात दाखवले आहे (7).
7. ख्रिसमसचा वास: डावीकडे, जिंजरब्रेड फ्लेवर्स (झिंजरॉन आणि जिंजरॉल), उजवीकडे, ख्रिसमस ट्री (बॉर्निल एसीटेट आणि दोन प्रकारचे पिनेन).
