रसायनज्ञ की एक नाक होती है
नीचे दिए गए लेख में, हम एक रसायनज्ञ की आँखों से गंध की समस्या पर विचार करेंगे - आखिरकार, उसकी नाक दैनिक आधार पर उसकी प्रयोगशाला में काम आएगी।
1. मानव नाक का संरक्षण - नाक गुहा के ऊपर का मोटा होना घ्राण बल्ब है (लेखक: विकिमीडिया/ऑप्ट1सीएस)।
हम भावनाएं साझा कर सकते हैं भौतिक (दृष्टि, श्रवण, स्पर्श) और उनके प्राथमिक रासायनिकयानी स्वाद और गंध. पूर्व के लिए, कृत्रिम एनालॉग पहले ही बनाए जा चुके हैं (प्रकाश-संवेदनशील तत्व, माइक्रोफोन, स्पर्श सेंसर), लेकिन बाद वाले ने अभी तक वैज्ञानिकों के "ग्लास और आंख" के सामने आत्मसमर्पण नहीं किया है। इनका निर्माण अरबों साल पहले हुआ था जब पहली कोशिकाओं को पर्यावरण से रासायनिक संकेत मिलना शुरू हुआ था।
गंध अंततः स्वाद से अलग हो गई, हालांकि यह सभी जीवों में नहीं होता है। जानवर और पौधे लगातार अपने परिवेश को सूँघते रहते हैं, और इस तरह से प्राप्त जानकारी पहली नज़र में लगने से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है। मनुष्यों सहित दृश्य और श्रवण शिक्षार्थियों के लिए भी।
घ्राण रहस्य
जब आप साँस लेते हैं, तो हवा की धारा नाक में चली जाती है और आगे बढ़ने से पहले, एक विशेष ऊतक में प्रवेश करती है - घ्राण उपकला कई सेंटीमीटर आकार में।2. यहां तंत्रिका कोशिकाओं के अंत हैं जो गंध उत्तेजनाओं को पकड़ते हैं। रिसेप्टर्स से प्राप्त संकेत मस्तिष्क में घ्राण बल्ब तक जाता है, और वहां से मस्तिष्क के अन्य क्षेत्रों तक जाता है (1)। उंगलियों की नोक में प्रत्येक प्रजाति के लिए विशिष्ट गंध पैटर्न होते हैं। एक इंसान उनमें से लगभग 10 को पहचान सकता है, और इत्र उद्योग में प्रशिक्षित पेशेवर कई और को पहचान सकते हैं।
गंध शरीर में चेतन (उदाहरण के लिए, आप बुरी गंध से चौंक जाते हैं) और अवचेतन दोनों तरह से प्रतिक्रियाएं पैदा करती हैं। विपणक इत्र संघों की सूची का उपयोग करते हैं। उनका विचार नए साल से पहले की अवधि के दौरान दुकानों में क्रिसमस पेड़ों और जिंजरब्रेड की खुशबू के साथ हवा को सुगंधित करना है, जिससे हर किसी में सकारात्मक भावनाएं पैदा होती हैं और उपहार खरीदने की इच्छा बढ़ती है। इसी तरह, भोजन अनुभाग में ताज़ी रोटी की गंध आपके मुंह में लार टपकाएगी, और आप टोकरी में और रोटी डाल देंगे।
2. कपूर का उपयोग अक्सर गर्म करने वाले मलहम में किया जाता है। विभिन्न संरचनाओं वाले तीन यौगिकों की अपनी-अपनी गंध होती है।
लेकिन किसी दिए गए पदार्थ के कारण ऐसा क्या होता है, न कि किसी दूसरे पदार्थ के कारण, घ्राण संवेदना?
घ्राण स्वाद के लिए, पांच बुनियादी स्वाद स्थापित किए गए हैं: नमकीन, मीठा, कड़वा, खट्टा, औंस (मांस) और जीभ पर समान संख्या में रिसेप्टर प्रकार। गंध के मामले में, यह भी ज्ञात नहीं है कि कितने मूल स्वाद मौजूद हैं, या वे मौजूद हैं या नहीं। अणुओं की संरचना निश्चित रूप से गंध को निर्धारित करती है, लेकिन ऐसा क्यों है कि समान संरचना वाले यौगिक पूरी तरह से अलग (2), और पूरी तरह से भिन्न - समान (3) गंध करते हैं?
3. बाईं ओर यौगिक कस्तूरी (इत्र घटक) की तरह गंध करता है, और दाईं ओर - संरचना में लगभग समान - कोई गंध नहीं है।
अधिकांश एस्टर की गंध सुखद क्यों होती है, लेकिन सल्फर यौगिकों की गंध अप्रिय क्यों होती है (इस तथ्य को संभवतः समझाया जा सकता है)? कुछ लोग कुछ गंधों के प्रति पूरी तरह से असंवेदनशील होते हैं, और सांख्यिकीय रूप से महिलाओं की नाक पुरुषों की तुलना में अधिक संवेदनशील होती है। यह आनुवंशिक स्थितियों का सुझाव देता है, अर्थात। रिसेप्टर्स में विशिष्ट प्रोटीन की उपस्थिति।
किसी भी मामले में, उत्तर से अधिक प्रश्न हैं, और सुगंध के रहस्यों को समझाने के लिए कई सिद्धांत विकसित किए गए हैं।
चाबी और ताला
पहला एक सिद्ध एंजाइमेटिक तंत्र पर आधारित है, जब अभिकर्मक अणु ताले की चाबी की तरह एंजाइम अणु (सक्रिय स्थल) की गुहा में प्रवेश करता है। इस प्रकार, उनमें गंध आती है क्योंकि उनके अणुओं का आकार रिसेप्टर्स की सतह पर गुहाओं से मेल खाता है, और परमाणुओं के कुछ समूह इसके हिस्सों से बंधे होते हैं (उसी तरह एंजाइम अभिकर्मकों को बांधते हैं)।
संक्षेप में, यह एक ब्रिटिश जैव रसायनज्ञ द्वारा विकसित गंध का सिद्धांत है। जॉन ई. अम्यूरिया. उन्होंने सात मुख्य सुगंधों की पहचान की: कपूर-कस्तूरी, पुष्प, पुदीना, ईथर, मसालेदार और सड़ा हुआ (बाकी इनका संयोजन है)। समान गंध वाले यौगिकों के अणुओं की संरचना भी समान होती है, उदाहरण के लिए, गोलाकार आकार वाले अणुओं में कपूर जैसी गंध होती है, और अप्रिय गंध वाले यौगिकों में सल्फर शामिल होता है।
संरचनात्मक सिद्धांत सफल रहा है - उदाहरण के लिए, इसने बताया कि हम कुछ समय बाद सूंघना क्यों बंद कर देते हैं। यह एक निश्चित गंध वाले अणुओं द्वारा सभी रिसेप्टर्स को अवरुद्ध करने के कारण होता है (जैसा कि सब्सट्रेट की अधिकता से घिरे एंजाइमों के मामले में होता है)। हालाँकि, यह सिद्धांत हमेशा किसी यौगिक की रासायनिक संरचना और उसकी गंध के बीच संबंध स्थापित करने में सक्षम नहीं था। वह पदार्थ प्राप्त करने से पहले पर्याप्त संभावना के साथ पदार्थ की गंध का अनुमान लगाने में असमर्थ थी। वह अमोनिया और हाइड्रोजन सल्फाइड जैसे छोटे अणुओं की तीव्र गंध को समझाने में भी विफल रही। अमूर और उसके उत्तराधिकारियों द्वारा किए गए संशोधन (आधार स्वादों की संख्या में वृद्धि सहित) ने संरचनात्मक सिद्धांत की सभी कमियों को दूर नहीं किया।
कंपन करने वाले अणु
अणुओं में परमाणु लगातार कंपन करते हैं, अपने बीच के बंधनों को खींचते और मोड़ते हैं, और गति पूर्ण शून्य तापमान पर भी नहीं रुकती है। अणु कंपन ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, जो मुख्य रूप से विकिरण की अवरक्त सीमा में निहित होती है। इस तथ्य का उपयोग आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में किया गया था, जो अणुओं की संरचना निर्धारित करने के मुख्य तरीकों में से एक है - एक ही आईआर स्पेक्ट्रम के साथ दो अलग-अलग यौगिक नहीं हैं (तथाकथित ऑप्टिकल आइसोमर्स को छोड़कर)।
रचनाकारों गंध का कंपन सिद्धांत (जे. एम. डायसन, आर. एच. राइट) कंपन की आवृत्ति और कथित गंध के बीच संबंध पाया गया। अनुनाद द्वारा कंपन घ्राण उपकला में रिसेप्टर अणुओं के कंपन का कारण बनता है, जो उनकी संरचना को बदलता है और मस्तिष्क को एक तंत्रिका आवेग भेजता है। यह माना गया कि लगभग बीस प्रकार के रिसेप्टर्स थे और इसलिए, मूल सुगंधों की संख्या भी समान थी।
70 के दशक में, दोनों सिद्धांतों (कंपनात्मक और संरचनात्मक) के समर्थकों ने एक-दूसरे के साथ जमकर प्रतिस्पर्धा की।
वाइब्रियोनिस्टों ने छोटे अणुओं की गंध की समस्या को इस तथ्य से समझाया कि उनके स्पेक्ट्रा बड़े अणुओं के स्पेक्ट्रा के टुकड़ों के समान होते हैं जिनकी गंध समान होती है। हालाँकि, वे यह समझाने में असमर्थ थे कि एक ही स्पेक्ट्रा वाले कुछ ऑप्टिकल आइसोमर्स में पूरी तरह से अलग गंध क्यों होती है (4)।
4. कार्वोन के ऑप्टिकल आइसोमर्स: ग्रेड एस में जीरा जैसी गंध आती है, ग्रेड आर में पुदीने की तरह गंध आती है।
संरचनावादियों को इस तथ्य को समझाने में कोई कठिनाई नहीं है - रिसेप्टर्स, एंजाइम की तरह कार्य करते हुए, अणुओं के बीच ऐसे सूक्ष्म अंतर को भी पहचानते हैं। कंपन सिद्धांत भी गंध की ताकत का अनुमान नहीं लगा सका, जिसे कामदेव के सिद्धांत के अनुयायियों ने रिसेप्टर्स के लिए गंध वाहक के बंधन की ताकत से समझाया।
उन्होंने स्थिति को बचाने की कोशिश की एल टोरिनोयह सुझाव देते हुए कि घ्राण उपकला एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (!) की तरह कार्य करती है। ट्यूरिन के अनुसार, रिसेप्टर के हिस्सों के बीच इलेक्ट्रॉन तब प्रवाहित होते हैं जब उनके बीच कंपन की एक निश्चित आवृत्ति के साथ सुगंध अणु का एक टुकड़ा होता है। रिसेप्टर की संरचना में परिणामी परिवर्तन तंत्रिका आवेग के संचरण का कारण बनता है। हालाँकि, ट्यूरिन का संशोधन कई वैज्ञानिकों को बहुत असाधारण लगता है।
जाल
आणविक जीव विज्ञान ने भी गंध के रहस्यों को जानने का प्रयास किया है और इस खोज को कई बार नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया है। मानव गंध रिसेप्टर्स लगभग एक हजार विभिन्न प्रोटीनों का एक परिवार है, और उनके संश्लेषण के लिए जिम्मेदार जीन केवल घ्राण उपकला में सक्रिय होते हैं (यानी, जहां इसकी आवश्यकता होती है)। रिसेप्टर प्रोटीन में अमीनो एसिड की एक पेचदार श्रृंखला होती है। सिलाई सिलाई छवि में, प्रोटीन की एक श्रृंखला कोशिका झिल्ली को सात बार छेदती है, इसलिए नाम: सात-हेलिक्स ट्रांसमेम्ब्रेन सेल रिसेप्टर्स ()।
कोशिका के बाहर उभरे हुए टुकड़े एक जाल बनाते हैं जिसमें संबंधित संरचना वाले अणु गिर सकते हैं (5)। एक विशिष्ट जी-प्रकार प्रोटीन रिसेप्टर की साइट से जुड़ा होता है, जो कोशिका के अंदर डूबा होता है। जब गंध अणु जाल में कैद हो जाता है, तो जी-प्रोटीन सक्रिय हो जाता है और निकल जाता है, और उसके स्थान पर एक और जी-प्रोटीन जुड़ा होता है, जो सक्रिय होता है और फिर से जारी किया जाता है, आदि। चक्र तब तक दोहराया जाता है जब तक कि बाध्य सुगंध अणु एंजाइमों द्वारा जारी या टूट नहीं जाता है जो घ्राण उपकला की सतह को लगातार साफ करते हैं। रिसेप्टर कई सौ जी-प्रोटीन अणुओं को भी सक्रिय कर सकता है, और इतना उच्च सिग्नल प्रवर्धन कारक इसे स्वादों की थोड़ी मात्रा पर भी प्रतिक्रिया करने की अनुमति देता है (6)। सक्रिय जी-प्रोटीन रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक चक्र शुरू करता है जो तंत्रिका आवेग भेजने की ओर ले जाता है।
5. गंध रिसेप्टर इस तरह दिखता है - प्रोटीन 7TM।
घ्राण रिसेप्टर्स की कार्यप्रणाली का उपरोक्त विवरण संरचनात्मक सिद्धांत में प्रस्तुत विवरण के समान है। चूंकि अणुओं का बंधन होता है, इसलिए यह तर्क दिया जा सकता है कि कंपन सिद्धांत भी आंशिक रूप से सही था। विज्ञान के इतिहास में यह पहली बार नहीं है कि पहले के सिद्धांत पूरी तरह से गलत नहीं थे, बल्कि वास्तविकता के करीब थे।
6. मानव नाक उनके क्रोमैटोग्राफिक रूप से अलग किए गए मिश्रण के विश्लेषण में यौगिकों के डिटेक्टर के रूप में।
किसी चीज़ से बदबू क्यों आती है?
जितने प्रकार के घ्राण रिसेप्टर्स हैं, उससे कहीं अधिक गंध हैं, जिसका अर्थ है कि गंध के अणु एक ही समय में कई अलग-अलग प्रोटीनों को सक्रिय करते हैं। घ्राण बल्ब में कुछ स्थानों से आने वाले संकेतों के पूरे अनुक्रम पर आधारित। चूँकि प्राकृतिक सुगंधों में सौ से भी अधिक यौगिक होते हैं, कोई भी घ्राण अनुभूति पैदा करने की प्रक्रिया की जटिलता की कल्पना कर सकता है।
ठीक है, लेकिन किसी चीज़ की गंध अच्छी, किसी की घृणित, और किसी की बिलकुल नहीं क्यों होती है?
प्रश्न आधा दार्शनिक है, लेकिन आंशिक रूप से उत्तर दिया गया है। मस्तिष्क गंध की धारणा के लिए जिम्मेदार है, जो मनुष्यों और जानवरों के व्यवहार को नियंत्रित करता है, उनकी रुचि को सुखद गंध की ओर निर्देशित करता है और बुरी गंध वाली वस्तुओं के प्रति चेतावनी देता है। अन्य बातों के अलावा, लुभावनी गंध पाई जाती है, लेख की शुरुआत में उल्लिखित एस्टर पके फलों से उत्सर्जित होते हैं (इसलिए वे खाने लायक हैं), और सल्फर यौगिक सड़ने वाले अवशेषों से उत्सर्जित होते हैं (उनसे दूर रहना बेहतर है)।
हवा में गंध नहीं होती है क्योंकि यह वह पृष्ठभूमि है जिसके विरुद्ध गंध फैलती है: हालाँकि, NH3 या H की थोड़ी मात्रा होती है2एस, और हमारी सूंघने की क्षमता अलार्म बजा देगी। इस प्रकार, गंध की धारणा एक निश्चित कारक के प्रभाव का संकेत है। प्रजातियों से संबंध.
आने वाली छुट्टियाँ कैसी लगती हैं? उत्तर चित्र (7) में दिखाया गया है।
7. क्रिसमस की महक: बाईं ओर, जिंजरब्रेड फ्लेवर (जिंजरब्रेड और जिंजरोल), दाईं ओर क्रिसमस ट्री (बोर्निल एसीटेट और पिनीन की दो किस्में)।
