Под увеличительным стеклом – нос
Формулы запахов и восприятие различных ароматов человеком остаются одной из самых загадочных страниц биохимии. До сих пор не известно, почему данное вещество пахнет так, а не иначе. Работа парфюмерных дизайнеров напоминает гонки в темноте: композиции ароматов чаще всего подбираются эмпирически, методом проб и ошибок. «Мы не понимаем механизма обоняния и поэтому вынуждены действовать наугад, ориентируясь лишь на приблизительные правила», – рассказывает Чарльз Селл, ведущий химик компании «Квест Интернэшнл» – одной из пяти крупнейших фирм, поставляющих ингридиенты парфюмерной промышленности. И тут же приводит пример такой непредсказуемости. Хорошо знакомое химикам органическое соединение бензальдегид имеет ярко выраженный запах горького миндаля. Однако ряд других веществ, весьма сходных по химическому составу и структурной формуле с бензальдегидом, пахнут вовсе не миндалем, а тмином. В то же время химикам известны и другие вещества, пахнущие, как бензальдегид, миндалем, хотя их молекулы обладают совершенно иной структурой.
Теория «ключа и замка»
До сих пор одной из самый известных гипотез о природе запаха была предложенная англичанином Джоном Эмуром теория «ключа и замка», согласно которой запах вещества определяется пространственной формой его молекул. В схематичном виде Эмур представляет ее следующим образом: «Если молекула с камфарным запахом имеет круглую форму – значит, соответствующий рецептор обонятельного нерва должен иметь вогнутость, в которую молекула как бы заходит».
Изучая структуру молекулы данного конкретного вещества, имеющего вполне определенный запах, ученые получают представление о форме «ключа». Эта информация, в свою очередь, позволяет им судить о форме соответствующего «замка»–рецептора. А на основе этих данных уже можно пытаться «программировать» букет будущих духов, комбинируя и смешивая ароматические вещества так, чтобы «ключ» подходил к нужным «замкам».
Несовершенство теории Эмура, однако, выявили исследования нейробиолога Бостонского университета Джона Кауэра. Он создал первый в мире томограф, позволяющий в реальном времени наблюдать за реакцией различных отделов мозга на те или иные ароматические вещества. В ходе экспериментов Кауэр обнаружил, что три близких химических родственника – эфиры уксусной кислоты пропилацетат, бутилацетат и амилацетат, молекулы которых имеют очень сходную форму, – вызывают совершенно разную активность мозговых клеток – разную как по интенсивности, так и по геометрии расположения вовлеченных в реакцию областей мозга. Кауэр убежден: если геометрия и играет роль в восприятии запахов, то речь может идти лишь о рецепторах, реагирующих на форму и структуру отдельных элементов молекулы, но никак не всей молекулы в целом.
Запах определяется частотой колебаний
Недавно молодой британский биофизин Лука Тьюрин выдвинул совершенно иную концепцию механизма восприятия запахов. Согласно этой концепции запах, так же как цвет и звук, определяется частотой колебаний, а орган обоняния представляет собой нечто вроде прибора, способного регистрировать эти частоты.
Чтобы подтвердить свою гипотезу, Тьюрину предстояло доказать, что разные вещества с близкими частотами межатомных колебаний обладают сходным запахом. Для простоты и наглядности Тьюрин выбрал в качестве одного из веществ сероводород, молекула которого имеет довольно редкую частоту колебаний – 2500 герц. Затем ученый принялся искать другие вещества, обладающие той же частотой колебаний. Такие соединения нашлись – это бораны, или бороводороды, – взрывчатые вещества, используемые в качестве компонентов ракетного топлива. Оказалось, что они тоже пахнут сероводородом, несмотря на значительные различия в форме молекул.
Новую страницу в теории обоняния, возможно, впишет и американский микробиолог Линда Бак. Ей удалось идентифицировать в хромосомном наборе человека гены, отвечающие за рецепторы обоняния.
