Мирис, Наука и живот

миризма

През последното десетилетие на ХХ век е имало истинска революция в науката за миризми. Решаваща роля се играе от откриването на 1000 видове обонятелни рецептори, свързващите молекули от ароматизиращи вещества. Въпреки това, обонятелния механизъм на предаване на сигнала в централната нервна система е изпълнен с много повече тайни.

И той е прав за всичко 100%! Наскоро е имало пробив в разбирането на молекулярната основа на миризма. Нека разгледаме основните етапи на възприемане миризма в светлината на съвременните идеи.

Как да мирише

Нека да направим един прост експеримент. Обърнете флакона с ароматна течност, като парфюм, отворите на тръбата и мирис на съдържанието за по-малко респираторен ритъм. Това е лесно да се намери, че ние се чувстваме миризмата само по време на вдишване; започва дъх - миризмата изчезва.

При вдишване на въздух през носа с одорантните молекули (наречени обонятелната стимулиране или одорантните) се простира във всяка от двете носните кухини отвори канал сложна конфигурация, която се образува от надлъжно носната преграда и спирална кост три. Въздухът се почистват от прах се навлажнява и се нагрява. Част от въздух навлиза в горната задна част на канал обонятелната регион с прорез форма покритие обонятелния епител.

Общата площ, заета от епител и в двете половини на човешкия нос за възрастни е малък - 2 - 4 cm 2 (заек, тази цифра е 7-10 cm 2 кучета - 27 - 200 см 2). Обонятелна епител покрити със слой на слуз и се състои от три вида: първични клетки обонятелни рецептори компенсирани и базалните клетки. Всмуканият въздух ароматизиращи молекули проникват в носната кухина и транспортирани през епитела на повърхността. Когато нормалната тихо дишане до обонятелния епител простира 7 -10% на вдишване въздуха. На обонятелния епител има дебелина от приблизително 150-300 микрона. Той е покрит със слой от слуз (10-50 микрона), които молекули на аромат, за да се преодолеят преди те да взаимодействат със специалните сензорните неврони - обонятелни рецептори.

Основната функция на обонятелния рецептор, включващ разпределяне, кодиране и предаване на информация за интензитета, качеството и продължителността вкус в обонятелната луковица и специални центрове в мозъка. На епитела в двете носните кухини на човека съдържа приблизително 10 милиона обонятелните неврони (заек - около 100 милиона и GSD - до 225 m).

Както е известно, неврон се състои от тяло и придатъци: аксони и дендрити. Нервни импулси от една нервна клетка към друга се предава от аксона на дендрит. Диаметърът на дебел централната част на обонятелната неврон (сома) 5-10 микрона. Дендритните част във вид на влакнест диаметър придатъци 1-2 микрона извън външната повърхност на епитела. Има дендрити удебелена край, който се простира сноп от 6-12 ресничките (tsily) с диаметър 0.2-0.3 микрона и дължина 200 m, потопен в слуз слой (заек брой ресничките в един неврон рецептор е 30-60, и кучето достигне 100-150). Разширяването от сома нервни влакна (аксон) има диаметър от около 0.2 микрона и излиза към вътрешната повърхност на епитела. Тук аксони на съседните неврони се обединяват в снопове (тип), достигайки обонятелната луковица.

Как тези рецептори са разпределени на неврони: Има ли някои членове на семейството във всички обонятелните неврони и всеки неврон има на своята мембрана само един вид рецептор протеин? Как може мозъка да се определи кои от 1000 вида рецептори сигнализира? Наличните данни ни позволяват да се заключи, че един неврон присъства само на обонятелния рецептор протеин от един вид. Невроните с различни рецептори имат различна функционалност, т.е. в епитела са хиляди различни видове неврони. В този случай, проблемът за идентифициране на индивидуална миризма активиран рецептор намалява на сигнала откриване на неврон подадено.

Като се има предвид, че общият брой на обонятелните неврони при хора около 10 милиона броя на един вид обонятелни рецептори се оценява на средно десетки хиляди.

На обонятелната система използва комбинаторна схема за кодиране на идентификационен сигнал и ароматизатори. Според този тип обонятелни рецептори активира множество отдушници и един ароматизатор за активиране на множество типове рецептори. Различни отдушници са кодирани от различни комбинации на обонятелните рецептори, и нарастващи концентрации на стимулиране води до увеличаване на броя на рецептори активирани и го усложнява код рецептор. В тази схема, всеки рецептор действа като един от компонентите на комбинаторна код за много рецептор и мирис, тъй като действа като един вид букви от азбуката, която от множество съответстващи думи-миризми са подготвени.

Минимални структурни различия ароматизираща молекули, например чрез функционална група, по дължината на въглеродната верига на структура резултата пространствен да различен рецептор код. За отличителна черта одорантните молекули, способни да променят кодиране миризма е предложен Терминът "odotop" (odotope), или миризма детерминанти. Различни обонятелни рецептори, които разпознават същия аромат, могат да се идентифицират различните му функции-odotopy. Единична обонятелните рецептори, способни да разграничават "" молекули различни дължина на въглеродната верига от само един въглероден атом, или молекули, които имат една и съща дължина на въглеродната верига, но различна функционална група. Имайки предвид, че в епитела на бозайници, има около 1000 вида обонятелни рецептори, може да се предположи, че такова комбинаторно схема позволява да се направи разграничение между огромния брой отдушници (дори човек да се разграничат 10,000 миризми).

Наскоро получените резултати на експерименталните изследвания на свойствата на обонятелни рецепторни протеини помогнаха да се създаде в структурния модел на спирални молекули обонятелната протеин молекулярно ниво. Обонятелните рецепторни протеини принадлежат към суперфамилията на рецептори membrannosvyazannyh. Те преминават липидна двуслойна мембрана ресничките седем пъти. I, съдържащ аминокиселини 300-350 на молекулата на рецептора протеин три външни вериги са свързани към три вътреклетъчните контури на семейството пресичат мембраната на трансмембранната област.

Са в въздушен поток одорантните молекули, преди окончателно постигане на обонятелни рецепторни неврони трябва да премине yuschy обвиващата повърхност на обонятелните епител слуз слой. Физиологични функции на слуз слой е напълно все още неясни. Няма съмнение, че създава хидрофилна обвивка за чувствителни и деликатни обонятелни рецептори, извършване на защитна функция. Всъщност, системата на възприемане на сигнала да бъдат защитени от външната среда, т.е. от одорантните молекули, някои от които могат да бъдат доста опасни и реактивни вещества.

слой слуз включва два подслоя. Керамика, вода има дебелина от около 5 микрона и вътрешен, по-вискозни, - около 30 микрона. Ресничките-tsilii насочени косо към външната повърхност на слуз слой. Те образуват един вид мрежови клетки с неправилна, и тази мрежа, поставена на повърхността подслоя сечение, така че основната част на ресничките повърхност (около 85%) солна е близо до интерфейса.

слой слуз съдържа различен вода разтворим протеин, значителна част от които представляват така наречените гликопротеини. Поради разклонена молекулна структура, тези протеини са способни да се свързват и задържане водни молекули за образуване на гел.

Други видове протеини в слуз взаимодействат с одорантните молекули, и по този начин могат да повлияят на възприемането и признаването на миризми. Тези протеини са класифицирани в две основни групи - на мирис-свързващ протеин (OBP) и одорантните разграждащи ензими.

ЗАМ принадлежат към семейството на протеини, имащи сгъната структура с вътрешната барел дълбоко кухина, в която малки молекули попадат хидрофилни (мастноразтворими) отдушници. Различни подтипове на тези протеини са високо селективни взаимодействие с отдушници на различни химически класове.

Смята се, че OBP насърчаване на разтваряне одорантните молекули и го транспортира през мукозния слой действа като филтър за отделяне отдушници, може да улесни свързването на аромат, към рецептор протеин, и дори за почистване okoloretseptornoe пространство на ненужни компоненти.

В допълнение към одорантните-свързващи протеини в слузта на обонятелния епител до неврони рецепторните ние открихме няколко типа одорантните разграждащи ензими. Всички тези ензими реакция превръщане работят одорантните молекули на други съединения. Получените продукти от тези реакции също допринасят за усещането за миризма. В крайна сметка, всичко идва в слуз слой одорантните молекули бързо, почти едновременно със завършването на вдишването, губят своята "обоняние" дейност. Така че обонянието при всяко вдишване получи нова информация от свежи части на аромат,.

МИРИС НА Молекулите

Много свойства на миризма възприятие на системата могат да бъдат обяснени на молекулярно ниво. Това отговаря на мирис молекула на повърхността на слузта, покриваща обонятелния епител молекула мирис-свързващ протеин, който се свързва и транспортира ароматизираща молекула през мукозния слой на повърхността на ресничките на обонятелната неврон. Ресничките на обонятелната прави основен процес предаване на сигнала. Неговият механизъм е доста типично за много видове взаимодействия на физиологично активни вещества към рецепторите на нервните клетки.

ароматизираща молекула е свързана към специално обонятелната рецептор (R). Между ароматизираща молекулата процес на свързване към рецептора и предаването на обонятелната сигнал в нервната система е сложна каскада от биохимични реакции, които протичат в неврона. Свързването на одорантните молекули с рецепторния протеин за активиране на така наречените G-протеин, разположен от вътрешната страна на клетъчната мембрана. G-протеин от своя страна активира аденилил циклаза (AC) - ензим, който превръща вътреклетъчен аденозин трифосфат (АТР) на цикличен аденозин монофосфат (сАМР). И в друг membrannosvyazanny сАМР активира протеин, наречен йонен канал, тъй като той се отваря и затваря входните заредени частици във вътрешността на клетката. Когато йонният канал е отворен, металните катиони да проникнат в клетката. По този начин, промяна на електрическия потенциал на клетъчната мембрана и генерира електрически импулс, предавателна сигнал от един неврон към друг.

Няколко вътреклетъчни стъпки молекулярни сигнални трансдукционни осигуряват неговото усилване, при малък брой одорантните молекули става достатъчно за генериране на електрически импулс неврон. Такива усилвателни стъпала осигуряват по-висока чувствителност система миризма възприятие.

По този начин, активиране на молекула аромат, рецепторен протеин в крайна сметка води до генериране на електрически ток в обонятелни рецепторни неврони. Текущ разпространение дендритите на невроните в соматични част, където изходната електрически импулс възбужда. Този импулс се предава чрез невроналната аксон на обонятелния.

Един електрически сигнал към изхода импулс с продължителност, по-малка от 5 мсек и пик амплитуда от около 100 тУ. Почти всички неврони генерират импулси в отсъствието на излагане на аромат, т.е. проявяват спонтанна активност, наречена биологична шум. Честотата на тези импулси варира в диапазона от 0.07 до 1.8 импулса в секунда.

Обонятелните рецепторни неврони признават огромен брой различни молекули на ароматизиращи вещества и изпращане на информация за тях чрез аксоните в обонятелния, обонятелен порция първия център за обработка на информацията в мозъка. Сдвоени обонятелни са формация продълговати "крака". Тук започва пътя на обонятелните сигнали към мозъка. На аксоните на обонятелните неврони завършват в обонятелния разклонения в сферични главини (диаметър 100-200 микрона), по гломерулите. контакт на гломерули е между краищата на обонятелни невронните аксони и дендрити от неврони на втори ред, които са греди и митрална клетки.

Всички аксони на една популация обонятелните неврони се събират на две гломерули, огледало разположени на противоположни страни на двумерен повърхностния слой на обонятелната луковица. В зависимост от съдържанието на предаваните сигнали гломерулите активирани по различни начини. Съвкупността от активирани гломерулите нарича миризма карта и представлява един вид "мухъл" миризма, това е, това показва, някои от аромат, се възприема от обонятелна обекта.

гломерулна механизъм за активиране все още не е изяснена. Изследователските усилия са насочени към опитвам да разбера как разнообразието на отдушници е възпроизведен в двуизмерен слой от гломерулите на повърхността на обонятелния. Между другото, тези карти са динамични по природа - те постоянно се променят в хода на възприемане на миризмата, което затруднява научен проблем.

Обонятелния - голям многопластова невронна мрежа за пространствено-временна обработка дисплей миризма в гломерулите. Това може да се разглежда като набор от множество чипове с много връзки, с взаимно активиране и инхибиране на невронната активност. Операции, извършвани неврони секретират специфични миризма свойства на картата.

От обонятелния на лъча и аксоните на митралната клетки предава информация към първичните обонятелни региони на кората на главния мозък и след това по-висока в неговите части, където образува съзнание обонянието, и лимбичната система, която генерира емоционални и мотивационни отговори на обонятелната сигнал.

Свойствата на обонятелни области на кората на главния мозък позволяват да се образува асоциативна памет, която комуникира новия аромат с отпечатъците преди възприемат обонятелни стимули. Смята се, че процеса на определяне ароматизатор включва сравняване на получената дисплея за тяхното описание в семантична памет. В случай, че впечатлението, и паметта на миризмата има отговор (емоционално, моторни) на организма. Този процес се извършва много бързо, в рамките на секунди, а информацията от отговора случайно веднага след рестартиране, защото мозъкът се подготвя за решаване на следния проблем възприемането миризма.

От молекулно гледна точка още не е ясно, мерни единици за измерване на интензитета на миризма и това, което зависи от това какво качество без мирис, неговата "букет", е различен от един аромат от другите и как да се характеризират тази разлика, че се среща с миризма, когато смесени различни отдушници. Оказва се, че независимо от нивото на подготвеност на отдушници и дори опитен експерт не може да идентифицира всички компоненти на смес от компоненти, ако са повече от три. Ако сместа съдържа повече от десет отдушници, лицето не е в състояние да идентифицират нито един от тях.

Все още има много въпроси по отношение на механизмите и видове въздействие мирис на емоционално, психическо и физическо състояние. Напоследък тази тема се появи много спекулации, които са допринесли освободен през 1985 г. П. Съскинд роман "Парфюм", за повече от осем години, твърдо държи на място в топ десет най-продаваната книга на Западния пазар. Фантазии на екстремни сили на подсъзнателни аромати влияят върху емоционалното състояние, при условие този продукт огромен успех.

Но фантастика е постепенно набира оправдание. Наскоро в пресата се появиха съобщения, че американските военни "аптекарите", разработени изключително воняща бомба, в състояние не само отвращение, но също така и за да разпръсне врага войници или агресивен тълпата.

Публична алюзия за теми парфюм ускориха глобален интерес в областта на ароматерапията. Увеличение в употребата на аромати на обществени места като офиси, търговски зали, лоби. Имаше дори специално ароматизирани продукти, които подобряват настроението. Имаше такава пазарна икономика на промишлеността като Aromamarketing - "наука" на привличане на клиенти с приятна миризма. Така че, мирис на кожата предизвиква купувача мисли скъп висококачествен продукт, аромата на кафе води до покупки за дома вечеря и т.н. Как миризми се формират в мозъка сигнали, които насърчават лицето за извършване на покупки? Учените трябва да направят много повече открития, преди да отговори на този и много други въпроси, а да се разделят митовете от реалността на миризми.

Shulpin Канди. Chem. Науките. Riddle миризма // Наука и живот 1978 г., номер 1.