Я познаю мир. Тайны человека
Шрифт:
Едкий и гнилостный запахи свойственны очень маленьким молекулам. Молекулы, имеющие едкий запах, несут положительный заряд, а гнилостный – отрицательный заряд. "Ключи" по форме и размеру должны соответствовать "замочной скважине". Слишком маленький "ключ" вывалится раньше, чем клетка почувствует его присутствие, а чересчур большой вообще туда не попадет. Поэтому вещества, состоящие из очень маленьких молекул, таких, как вода (она состоит из 2 атомов водорода и одного атома кислорода), и из таких больших, как многие белки, состоящие из сотен атомов разных веществ, запаха не имеют.
В молекуле пахучего вещества важно местонахождение заряда, или особой группы
СН3–СО–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН3
(на самом деле, молекула не имеет такой прямой линейной формы) пахнет рутой (рута – небольшое растение, в диком виде растущее в Крыму). Присмотревшись к этой молекуле, нетрудно заметить, что атом кислорода, который двойной связью крепится ко второму слева атому углерода, нетрудно переместить к третьему, четвертому, пятому или шестому атому углерода этой цепной молекулы. Что же при этом произойдет с запахом?
Оказывается, при перемещении атома кислорода к середине молекулы запах руты постепенно убывает, и возникает фруктовый запах. Видимо, существуют разные "замочные скважины" для молекул с кислородом, находящимся в конце и в середине цепочки атомов углерода.
Известно несколько веществ с общей для всех кольцеобразной формой молекул, с коротеньким хвостиком, имеющих одинаковый размер, но собранных из различных атомов и в химическом отношении не имеющих ничего общего, хотя они и обладают запахом миндаля. Замена в кольцевой части молекулы одного из атомов водорода соединением из атомов кислорода, углерода и двух атомов водорода (ОСН2) изменяет их запах на ванильный.
Молекулы многих веществ, строго сохраняя свое химическое строение и состав, могут иметь различную форму.
Две различные формы может иметь молекула вещества, состоящего из 6 атомов углерода, 10 атомов водорода и одного атома кислорода. Упрощенно их форму можно передать следующим образом:
НС–СН2–СН3
СН–СН2–СНО
СН3–СН2–СН
СН–СН2–СНО
Их запах не имеет ничего общего.
Сложный запах может создаваться при одновременном действии нескольких различных молекул или благодаря тому, что молекула пахучего вещества действует одновременно разными своими частями на несколько чувствительных участков обонятельной клетки. Крупные молекулы могут одновременно дотягиваться до двух "замочных скважин". Мелкие занимают первую попавшуюся.
Гурманы и дегустаторы
Вкус пищи у человека определяет химическая "лаборатория", находящаяся во рту. Она работает в содружестве с обонятельной "лабораторией", определяя качество и привлекательность пищи. Расположение вкусового анализатора именно во рту кажется наиболее удачным, конечно с нашей человеческой точки зрения. Кое–кому это не подходит. У комнатной мухи вкусовой анализатор расположен на лапках. Ей это удобно. Сядет муха на кусочек протухшей колбасы – и ей сразу ясно, что она нашла что–то
Гамма вкусовых ощущений также создается путем сочетания простых компонентов. Их гораздо меньше, чем обонятельных. Для человека называют 4: сладкое, соленое, кислое, горькое. Есть животные, способные почувствовать вкус только одного–двух элементов.
У синей мухи вкусовые рецепторы находятся на покрытом волосками хоботке. В основании каждого волоска три чувствительные клетки. Удалось выяснить, что две из них анализируют вкус, третья служит осязательным рецептором. В микроскоп видно, что одна из обонятельных клеток похожа на букву S, другая имеет форму запятой. Надев на волосок тончайшую капиллярную–трубочку, заполненную исследуемым веществом, и регистрируя электрические реакции нервных волокон, ученые подслушали, какие сообщения посылают рецепторы крохотному мушиному мозгу. Оказалось, что S–образная клетка реагирует только на сахар, а вторая – на такие вещества, как соль, кислоты, алкоголь, но ни при каких условиях не отвечает на сахар.
Сахарные рецепторы всех волосков хоботка посылают сигналы в пищевой центр и запускают его работу. Синяя муха питается сахарами. Остальные вещества, возбуждая второй вкусовой рецептор, затормаживают пищевой центр. Что попало муха есть не будет.
Вкусовые рецепторы мухи реагируют не на химическую природу, а на размер и форму молекул. Такое предположение позволило сделать специальные опыты. Синюю муху кормили четырьмя различными веществами, состоящими из одних и тех же атомов, но соединенных по–разному. Запятообразный рецептор возбуждался трмвмя из этих веществ, S–образный – четвертым.
Вкусовая "лаборатория" позвоночных, определяя вкус пищи, видимо, пользуется другими принципами: ее интересует химический состав попавших в рот веществ. В этом есть определенный резон. Едоку важно не только получить удовольствие от еды, ему не менее важно знать, съедобна ли и питательна лц пища. Ученые исследовали белки участка языка коровы, который более всего чувствителен к сладкому. Они обнаружили особый белок, легко взаимодействующий и с естественным, и с синтетическим сахаром – с молекулами, сходными с молекулами природных сахаров. Специальная комиссия дегустаторов определила, какое из испытанных веществ является наиболее сладким. Выяснилось, что чем сильнее химическая связь между белками чувствительных вкусовых клеток, тем слаще это вещество казалось дегустаторам.
Позже ученые выделили из области вкусовых бугорков языка коровы еще один белок. Он взаимодействует с молекулами веществ, имеющих горький вкус.
Вкусовая чувствительность человека и животных неодинакова. Для лосей, зайцев, бобров кора молодых осин – непревзойденное лакомство, а для человека она нестерпимо горькая. Приобретая неприятный вкус, многие беззащитные животные и растения спасаются от возможных врагов. В природе этот способ борьбы за существование имеет широкое распространение.
Его, например, используют для обороны примитивные морские животные – асцидии. Они бывают разных размеров – от нескольких миллиметров до полуметра в высоту. Внешне асцидии похожи на мешочек или солдатский кисет, набитый табаком. Ни колючек, ни когтей, ни щупалец они не имеют и обороняться не в состоянии. Конечностей у них тоже нет и удрать от врагов они не могут, так как ведут неподвижный образ жизни, намертво прикрепившись к чему–нибудь твердому. Как же они спасаются от врагов? Что позволяет им выжить?