Райт - Наука о запахах - 1966 (947297), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Джонс и М. Джонс в статье, которая появилась почти одновременно с книгой Монкрифа, критически оценили теории, касающиеся связи запаха с физическими свойствами. Все эти ученые пришли к выводу, что если нет доказательств химической природы запаха, то и удовлетвори4 тельного физического объяснения этого явления тожй не находится. В настоящей главе мы попытаемся рассказать о тех небольших успехах, которые были достигнуты с 1950 гола. Сначала, однако, я должен сказать несколько слов о теории, имевшей некоторый успех после 1947 г.
В одной из общеизвестных энциклопедий, изданной в 1962 г., эта теория еще названа современной, хотя в настоящее время от нее окончательно отказались. В !94? г. Бек и Майлс предположили, что молекулы различных пахучих веществ могут в той или иной степени поглощать инфракрасное излучение с определенными длинами волн, и, если обонятельные клетки излучают волны этой же длины, они будут избирательно охлаждаться, находясь вблизи молекул, поглощающих такое излучение.
Это охлаждение регистрируется в мозгу как ощущение запаха. Подтверждая эту теорию, ее авторы описали эксперименты с медоносными пчелами, когда насекомые находили мед, спрятанный в герметически закрытых сосудах с окошками, пропускающими инфракрасные лучи. Как сама теория, так и эксперименты сразу были поставлены под сомнение. Из теории следовало, что нервные клетки обонятельных органов должны быть теплее или холоднее, чем окружающий воздух, потому что, если воздух и клетки имеют одинаковую температуру, никакое изменение состава воздуха не сможет изменить температуру клеток. Поэтому, согласно их теории, ощущение запаха должно исчезать, когда температуры носа и воздуха выравниваются; но ничего подобного не наблюдается на практике.
Есть и другие возражения против теории Бека и Майлса. Даже если предположить, что возникает перепад температур и молекулы пахучего вещества избирательно охлаждают поверхность клеток, «сигналл от их специфического действия был бы (при малых концентрациях вещества) неотличим от неспецифического охлаждения, вызванного, например, присутствием многочисленных молекул азота и кислорода воздуха. Следовательно, на основании этой теории нельзя было бы объяснить очень низкие значения пороговых концентраций, которыми характеризуются многие вещества. В довершение всего опыты с насекомыми, которые повторил Джонстон с некоторыми дополнительными предосторожностями, дали отрицательные результаты. По всем этим причинам теория Бека и Майлса не получила признания.
Мулине рассмотрел иную возможность; он предположил, что действие пахучих веществ на обонятельные клетки напоминает действие наркотиков и анестезирующих веществ на нервы, однако теория, развитая на основании этого предположения, тоже оказалась не слишком убедительной. В настоящее время в интересуюшей нас области существуют две теории, правда не особенно новые, а просто по-новому оформленные. Первая пытается связать пахучие свойства молекул с их формой, а значит, со способностью молекул заполнять определенные участки, нли гнезда, на поверхности обонятельных клеток, так что эта теория может быть названа теорией «заполнения гнезд».
Мы уже отчасти касались ее в главе ХП1, когда рассматривали работу Дэвиса и Тэйлора. Чтобы рассчитать пороговую концентрацию, эти авторы предполагали, что способность молекулы «пробиваты мембрану обонятельной клетки зависит от комбинации двух свойств — сродства к мембране и эффективности молекул.
Первое определяет концентрацию молекул пахучего вещества в поверхностном слое, второе связано с формой поперечного сечения данной молекулы. Оба эти свойства, вообще говоря, зависят от формы, химического состава и строения молекулы. Бите с целью объяснения многообразия запахов пытался развить дальше представления Дэвиса и Тэйлора, но даже сам не следовал им при количественном расчете пороговых концентраций.
Чтобы объяснить существование множества разнообразных запахов, Бите предложил концепцию, названную им теорией «форма молекулы — функциональная группа». Битс исходил из того, что форма молекулы, или, точнее, форма той ее части, которая обращена к мембране обонятельной клетки, зависит от расположения функциональной группы, связывающей молекулу с мембраной. Функциональная группа определяет также н сродство. Ею называют ту часть молекулы, которая обычно не может существовать самостоятельно, но присутствие ее придает данной молекуле определенные свойства. Примерами функциональных групп могут служить спиртовая (гидро. ксильная), альдегидная и изотиоцианатная: 0 — Он, — с — н и — х=-с=з.
Согласно теории Битса, физиологическая активность вещества зависит и от сродства молекул к мембране и от эффективности молекул, что в свою очередь связано как с химическими свойствами (которые определяются природой функциональных групп), так и с формой молекулы или с формой ее поперечного сечения. Например, в фенилгорчичных маслах, которые изучал Дайсон, функциональной группой, предположительно связывающей молекулу с мембраной обонятельной клетки, является изотиоцианатная группа — Ы = С =- Я, а положение в фенильном цикле второго заместителя влияет на форму молекулы и, следовательно, на вид гнезда или лунки, куда молекула может «улечься».
Это объясняет, почему на характер запаха обычно больше влияет именно положение второго заместителя, а ие его природа. Если в молекуле присутствуют две (или более) функциональные группы, способные связывать молекулу с мембраной поразному или в разных местах, может случиться, что одни молекуль1 ложатся на мембрану так, а другие иначе, что в конечном итоге вызовет ощущение сложного запаха.
Основное допущение — форма молекулы определяет вид лунки, а имеющаяся в веществе функциональная группа определяет «сродство» молекулы с этой лункой— является достаточной гарантией того, что молекулы каждого вида укладываются в соответствующие им лунки и, таким образом, выбор лунки определяется как функциональной группой, так и формой молекулы. В подробно рассмотренной ранее группе фенилгорчичных масел рас« положение большинства заместителей у четвертого атома углерода по отношению к изотиоцианатной группе при.
дает веществам запах аниса. В том случае, однако, есл~( заместитель в четвертом положении представляет собой альдегидную группу, запах вещества совершенноменяет ся: оно пахнет гелиотропом. Возможно, что в этом случа( альдегидная группа в качестве функциональной доминй( рует над изотиоцианатной и направляет большинство молекул в другие гнезда. В рассмотренном примере главную роль, очевидно, играет функциональная группа. Битс предполагает, что может быть справедливо и обратное; например, три вещества, формулы которых приведены ниже, одинаково пахнут горьким миндалем, потому что они подходят к лункам одного вида: СН СН .Г ~~ НС СН НС СН сн !! НС СН С ! СМ У С НО Если изменяется форма молекул, они уже не укладываются в тот же вид лунок и запах у следующих трех веществ меняется на ванильный: СОН / \~ НС С вЂ” ОСН8 СОН Н~ С вЂ” ОСН, ! ! НС СН '~ ф' ° 1 сн ~ ф' ! Н вЂ” С=О но Здесь уже в определении характера запаха форма молекулы преобладает над функциональной группой. Таким обРазом, представления о совместном влиянии на запах двух факторов — формытмолекул и природы имеющихся в них функциональных групп, а также взаимоотношений между этими факторами — дают возможность довольно легко объяснить многие непонятные явления.
Теория Битса довольно проста, но, к сожалению, объясняет лишь уже известное нам о запахе и почти ничего не дает для предсказания того, чего мы еще не знаем: какой !67 СН ~' Ъ~ НС СН НС СН '~ ф' Н вЂ С СОН .Г ~\ НС С вЂ” ОСН !! НС СН '~ ф' СХ запах будет иметь новое вещество. Зго, однако, не означает, что теория Бнтса неверна, но ясно, что она мало полезна. Как это часто бывает в науке, одна и та же идея разрабатывалась разными учеными независимо друг от друга. (Теории «заполнения гнезд», нли «ключа и замка», не новы; Троланд, например, выдвигал подобную идею еще в 1930 году.) В 1952 году Зймур предложил теорию, очень напоминавшую теорию Битса, за тем исключением, что в ней придавалось гораздо большее значение геометрической форме молекулы, чем имеющимся в ней функциональным группам.
С тех пор его теория получила значительное развитие; в известном смысле она начинается там, где кончается теория Битса. Эймур исходил нз предположения, высказанного еще Монкрифом, что запах вещества зависит от формы его молекул, от того, насколько точно они <вписываются» в соответствующую лунку, или гнездо, на поверхности рецептора. Если это так, то все вещества, имеющие сходные запахи, должны иметь похожие формы, или, точнее, похожие по форме части молекулы.
Вещество, форма молекул которого соответствует только одному виду лунок, будет иметь первичный запах, а так как число четко различимых по форме лунок, естественно, ограниченно, первичных запахов должно быть сравнительно немного. Вероятно, найдется некоторое число таких веществ, молекулы которых смогут подойти более чем к одному типу лунок, или гнезд. Однако с точки зрения теории вероятностей их будет очень немного. Если мы возьмем произвольный набор разных молекул, может оказаться, что только одна из десятка сможет подойти по форме к лунке любого типа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
