Miros, știință și viață

miros

În ultimul deceniu al secolului al XX-lea a existat o adevărată revoluție în știința de mirosuri. Un rol decisiv a fost jucat de descoperirea de 1000 de tipuri de receptori olfactivi, moleculele de legare ale substanțelor odorante. Cu toate acestea, mecanismul olfactiv de transmitere a semnalului în sistemul nervos central este plină de mai multe mistere.

Și el a avut dreptate pe toate de 100%! Recent, a existat un progres în înțelegerea bazei moleculare a mirosului. Să examinăm principalele etape ale percepției miros în lumina ideilor moderne.

Cum să miros

Să facem un experiment simplu. Luați flaconul cu lichid parfumat, cum ar fi parfum, deschide tubul și miros conținutul în ritm respirator mai puțin. Este ușor să constați că simți mirosul numai în timpul inhalării; începe respirația - mirosul dispare.

Când inhalarea aerului prin nas cu moleculele odorante (numite stimul olfactiv sau odorant) se extinde în fiecare dintre cele două cavități nazale crestate configurație complexă canal care este format prin septul nazal longitudinal și cornetelor trei. Aerul curățat de praf este umezită și încălzit. O parte din aerul intră în zona superioară posterioară a regiunii olfactiv canal având un epiteliu olfactiv formă de fantă acoperită.

Suprafața totală ocupată de epiteliul în ambele jumătăți ale nasului uman adult este mic - 2 - 4 cm 2 (un iepure, această cifră este de 7-10 cm 2 câini - 27 - 200 cm 2). Epiteliul olfactiva acoperit de un strat de mucus și cuprinde trei tipuri de celule primare: receptori olfactivi contragreutate și celule bazale. aer trase molecule odorante pătrunde în cavitatea nazală și transportate pe suprafața epiteliului. Când respirația normală liniștită, în apropierea epiteliului olfactiv se extinde 7 -10% din aerul inhalat. Epiteliul olfactiv are o grosime de aproximativ 150-300 microni. Acesta este acoperit cu un strat de mucus (10-50 microni), care moleculele de odorant să fie depășite înainte ca acestea vor interacționa cu neuronii senzoriale speciale - receptorii olfactivi.

Funcția principală a informațiilor receptorului care cuprinde alocarea, codarea și transmiterea olfactivă despre intensitatea, calitatea și durata aromei în bulbul olfactiv și centrele speciale din creier. Epiteliul în ambele cavități nazale ale unui uman contine aproximativ 10 milioane de neuroni olfactiv (iepure - aproximativ 100 de milioane și în GSD - până la 225 m).

După cum se știe, un neuron este format dintr-un corp și fanere: axonilor și dendritelor. impulsuri nervoase de la o celulă nervoasă la alta este transmis de la axon la Dendrita. Diametrul părții centrale mai gros neuron olfactiv (soma) 5-10 microni. parte dendritic sub formă de diametru fanere fibros 1-2 microni dincolo de suprafața exterioară a epiteliului. Acolo dendritele capăt îngroșat, din care se extinde un fascicul de 6-12 cili (tsily) cu un diametru de 0,2-0,3 microni și o lungime de 200 m, cufundat în stratul de mucus (număr de iepure cilia într-un singur neuron receptor este 30-60, iar câinele ajunge la 100-150). Extinderea din fibra soma nervului (axon) are un diametru de aproximativ 0,2 microni și iese la suprafața interioară a epiteliului. Aici axonilor neuronilor vecine sunt combinate în mănunchiuri (filumul), atingând bulbul olfactiv.

Cum receptorii sunt distribuite pe neuroni: Există anumiți membri ai familiei in toate neuroni olfactiv, iar fiecare neuron are pe membrana sa doar un singur tip de proteină receptor? Cum poate creierul pentru a determina care dintre cele 1000 de tipuri de receptori au semnalat? Datele disponibile ne permit să tragem concluzia că un neuron este prezent doar proteina receptor olfactiv al unei specii. Neuronii cu receptori diferiți au funcționalități diferite, care este, în epiteliul sunt mii de tipuri diferite de neuroni. În acest caz, problema identificării receptorului individual de miros activat reduce la semnalul de detecție al neuronului depuse.

Luând în considerare faptul că numărul total de neuroni olfactiv la om aproximativ 10 milioane, numărul de un singur tip de receptori olfactiv este estimat la o medie de zeci de mii.

Sistemul olfactiv foloseste un circuit combinatorice pentru codarea semnalului de identificare și odorizante. Conform acestui un tip de receptori olfactivi activează o multitudine de odorizante și un odorizant pentru a activa o multitudine de tipuri de receptori. Diverse odorizante sunt codificate de diferite combinații ale receptorilor olfactivi, și creșterea concentrațiilor de stimulare conduce la o creștere a numărului de receptori activați și complică codul receptor. În această schemă, fiecare acționează ca receptor de una dintre componentele unui cod combinatorie pentru mulți receptori și odorant deoarece acționează ca un fel de litere ale alfabetului, care dintr-o multitudine de cuvânt-mirosuri corespunzătoare sunt preparate.

diferențele structurale minime odorant molecule, de exemplu, printr-o grupare funcțională de-a lungul lungimii lanțului de carbon al structurii spațiale conduce la codul receptor diferit. Pentru molecule caracteristica odorant distinctive capabile să schimbe mirosul de codificare a fost propus termenul „odotop“ (odotope) sau determinanților miros. Diferite receptori olfactivi care recunosc același odorant poate identifica diferitele sale caracteristici-odotopy. Single receptorilor olfactiv capabile „distinge“ molecule de lungime a lanțului de carbon care diferă cu un singur atom de carbon, sau molecule având aceeași lungime a lanțului de carbon, dar diferite grupe funcționale. Având în vedere că în epiteliul de mamifere, există aproximativ 1.000 de specii de receptori olfactivi, se poate presupune că un astfel de sistem combinatorice permite să se facă distincția între numărul enorm de odorizante (chiar și o persoană pentru a distinge 10.000 de mirosuri).

Rezultatele recent obtinute studiilor experimentale ale proprietăților proteinelor receptorilor olfactivi ajutat la crearea, la modelul structural nivel molecular al proteinei olfactiv moleculelor elicoidale. proteine ​​receptorilor olfactivi aparțin superfamiliei de receptori membrannosvyazannyh. Ele traversează un strat dublu de lipide membrană cililor de șapte ori. I conținând aminoacizii 300-350 din molecula de proteină receptor trei bucle exterioare sunt conectate la cele trei bucle intracelulare ale unei familii care traversează membrana regiunii transmembranare.

Sunt in molecule odorant flux de aer, înainte de a ajunge în cele din urmă a neuronilor receptorilor olfactivi trebuie să traverseze yuschy suprafața înfășurătoare a stratului epiteliului olfactiv mucus. funcțiile fiziologice ale stratului de mucus este complet încă neclar. Nu există nici o îndoială că acesta creează un înveliș hidrofil pentru receptorii olfactivi sensibile și delicate, care îndeplinește o funcție de protecție. Într-adevăr, sistemul de percepție a semnalului să fie protejat de mediul extern, adică din moleculele odorante, dintre care unele pot fi substanțe foarte periculoase și reactive.

Stratul de mucus cuprinde două subnivele. Exterior, apa are o grosime de aproximativ 5 microni și un element interior, mai vâscos, - circa 30 microni. Cilia-tsilii îndreptate oblic către suprafața exterioară a stratului de mucus. Ele formează un fel de celule de rețea cu neregulate, iar acest ochiuri plasat la suprafața substraturilor secțiune, astfel încât partea principală a suprafeței cililor (aproximativ 85%) clorhidric este situat în apropierea interfeței.

Stratul de mucus conține proteină solubilă în apă diferite, din care o parte semnificativă constituie așa-numitele glicoproteine. Datorita structurii moleculare ramificata, aceste proteine ​​sunt capabile de a lega și reține moleculele de apă pentru a forma un gel.

Alte tipuri de proteine ​​in mucus interactioneaza cu moleculele odorant, și pot afecta astfel percepția și recunoașterea mirosurilor. Aceste proteine ​​sunt clasificate în două clase majore - proteina de legare a odorant (OBP) și enzime care degradează odorant.

OVR aparțin familiei de proteine ​​cu structură pliată cu țeavă interioară adâncă cavitate în care moleculele mici cad (liposolubile) odorizante hidrofile. Diferite subtipuri ale acestor proteine ​​sunt interacțiune foarte selectivi cu odorizante din diferite clase chimice.

Se crede că OBP promovează molecule odorant de dizolvare si le transporta prin acționează stratul de mucus ca un filtru pentru a separa odorizante, poate facilita legarea odorantului la o proteină receptor, și chiar și pentru a curăța spațiu okoloretseptornoe componentelor inutile.

În plus față de un caracter obligatoriu odorant proteine ​​în mucus epiteliului olfactiv lângă neuronii receptorilor am găsit mai multe tipuri de enzime care degradează odorant. Toate aceste enzime reacție de conversie rula molecule odorant la alți compuși. Produsele rezultate ale acestor reacții contribuie, de asemenea, la percepția unui miros. În cele din urmă, toate vin in stratul de mucus molecule odorant rapid, aproape simultan cu finalizarea inhalării, își pierd activitatea lor „olfactiv“. Așa că sistemul olfactiv la fiecare respirație primește informații noi din porțiunile proaspete ale odorant.

MIROSUL AT Molecule

Multe proprietăți ale percepției miros a sistemului poate fi explicat la nivel molecular. Se întâlnește molecula odorizant pe suprafața mucoasei care acoperă molecula proteinei de legare la odorant epiteliului olfactiv, care se leagă și transportă molecula odorizant prin stratul de mucus la suprafața cilia a neuronului olfactiv. Cilii olfactiv făcut proces de transmitere a semnalului de bază. Mecanismul său este destul de tipic pentru multe tipuri de interacțiuni de substanțe fiziologic active, la receptorii de celule nervoase.

molecula odorizant este atașat la un receptor particular olfactiv (R). Între procesul de legare la receptor și transmisia semnalului olfactiv in sistemul nervos molecula odorant este o cascadă complexă de reacții biochimice care au loc în neuron. Cuplarea moleculelor odorant cu proteina receptor pentru a activa așa-numita proteina G situat la partea interioară a membranei celulare. G-proteina la rândul lui activează adenilat ciclazei (AC) - o enzimă care transformă intracelular adenozin trifosfat (ATP) la adenozin monofosfat ciclic (cAMP). Și într-un alt membrannosvyazanny AMPc activeaza proteina numita canal de ioni, deoarece acesta se deschide și se închide de intrare particule încărcate în interiorul celulei. Când este deschis canalul ionic, cationii metalici pentru a pătrunde în celulă. În acest fel, schimbarea potențialul electric al membranei celulare și generează un impuls electric, un semnal de transmisie de la un neuron la altul.

Câțiva pași moleculare intracelulare de transducție a semnalului asigura amplificarea acestuia, prin care un număr mic de molecule odorant devine suficientă pentru a genera un neuron impuls electric. Astfel de etape de amplificare a oferi sistem de percepție mai mare sensibilitate miros.

Astfel, activarea proteinei receptor molecula odorant în cele din urmă conduce la generarea curentului electric in neuronilor receptorilor olfactivi. dendrite curent răspândirea neuron în porțiunea sa somatică în cazul în care pulsul electric de ieșire excită. Acest puls este transmis prin axon neuronale la bulbul olfactiv.

Un singur semnal electric la impuls de ieșire cu o durată mai mică de 5 ms și o amplitudine maximă de aproximativ 100 mV. Aproape toți neuronii genera impulsuri in absenta expunerii la odorant, adică prezintă activitate spontană, numită zgomot biologic. Frecvența acestor impulsuri variază într-un interval de la 0,07 până la 1,8 impulsuri pe secundă.

neuronilor receptorilor olfactivi recunosc un număr foarte mare de molecule diferite de substanțe odorante și trimite informații despre acestea prin intermediul axonilor în bulbul olfactiv, servire olfactivă ca primul centru de prelucrare a informațiilor în creier. bulbi olfactivi sunt asociate formării alungite „picioare“. Aici începe calea de semnale olfactive la creier. Axonii neuronilor olfactiv termina in branșamente bulb olfactiv în butuci sferice (diametru 100-200 microni), denumit glomerulului. Contactul glomeruli este între capetele axonilor neuronale olfactiv si dendritele neuronilor de ordinul al doilea, care sunt celule de fascicul și mitrale.

Toate axonii neuronilor olfactiv o populație converg pe două glomeruli, oglinda situate pe laturile opuse ale stratului de suprafață bidimensională a bulbului olfactiv. În funcție de conținutul glomeruli semnalului transmis activat în diverse moduri. Totalitatea glomeruli activat numit hartă miros și reprezintă un fel de „mucegai“ miros, care este, arată o parte din odorant este percepută de către obiect olfactiv.

Mecanismul de activare glomerulară nu a fost încă clarificat. Eforturile de cercetare au ca scop încercând să dau seama cum diversitatea odorizantelor este reprodusă într-un strat bidimensional a glomerulilor pe suprafața bulbului olfactiv. Apropo, aceste hărți sunt dinamice în natură - ele sunt în continuă schimbare în cursul percepției mirosului, ceea ce face dificilă problemă științifică.

Olfactiv bec - o mare rețea de neuronale cu mai multe straturi pentru spațio-temporale miros de procesare de afișare în glomeruli. Acesta poate fi considerat ca un set de o multitudine de chips-uri, cu o mulțime de legături, cu activarea reciprocă și inhibarea activității neuronale. Operațiuni efectuate neuroni secreta proprietăți specifice de miros ale cardului.

Din bulbul olfactiv al fasciculului, iar axonii celulelor mitrale transmit informații către regiunile olfactive primare ale cortexului, și apoi mai mare în porțiunile sale, unde simțul conștient format mirosului, iar sistemul limbic, care generează răspunsuri emoționale și motivaționale la semnal olfactiv.

Proprietățile zonelor olfactiv din cortexul cerebral permit să formeze o memorie asociativă care comunica noul parfum cu amprentele percepute anterior stimuli olfactivi. Se crede că procesul de identificare a odorizant include compararea display rezultat pentru descrierea lor în memoria semantică. În cazul în care impresia și memoria de mirosul există un răspuns (emoțional, motor) a unui organism. Acest proces este realizat foarte repede, în câteva secunde, iar informațiile răspunsului coincidență imediat după resetare, deoarece creierul se pregătește pentru rezolvarea următoarelor probleme de miros percepția.

Din punct de vedere molecular nu este încă clar, unitățile de măsură intensitatea mirosului și ceea ce depinde de ce calitate fara miros, sa „buchet“, este diferit de un miros de altul și modul în care pentru a caracteriza această diferență care apare cu miros atunci când sunt amestecate diferite odorizante. Se pare că, indiferent de nivelul de pregătire al odorizante și chiar un expert cu experiență nu poate identifica toate componentele unui amestec de componente, în cazul în care mai mult de trei. În cazul în care amestecul conține mai mult de zece odorizante, persoana nu este în măsură să identifice nici una dintre ele.

Există încă multe întrebări cu privire la mecanismele și tipurile de impact miros asupra stării emoționale, mentale și fizice. Recent, acest subiect a apărut o mulțime de speculații, ceea ce a contribuit lansat în 1985 P. Suskind roman „Parfum“, pentru mai mult de opt ani, deține ferm un loc în top zece cele mai bune de vânzare-carte pe piața occidentală. Fantasmele forțelor extreme mirosuri subconștiente influențează asupra stării emoționale cu condiția ca acest produs un mare succes.

Dar ficțiune câștigă treptat o justificare. Recent, în presă au existat rapoarte că armata SUA „parfumieri“ dezvoltat bomba extrem de urât mirositor, capabil nu numai de dezgust, dar, de asemenea, pentru a dispersa soldatii inamici sau mulțimea agresivă.

aluzie publică la temele de parfum au stimulat interesul global în arta de aromoterapie. Creșterea în utilizarea de parfumuri în locuri publice, cum ar fi birouri, sali de cumpărături, holul hotelului. Au existat chiar și produse special aromate care îmbunătățesc starea de spirit. A existat o astfel de economie de piață industrie ca Aromamarketing - „știință“ pe atragerea clienților cu un miros plăcut. Deci, mirosul pielii evocă cumpărătorul gândit produs scump de înaltă calitate, aroma cafelei duce la achiziții pentru cina acasă, etc. Cum mirosurile sunt formate în semnalele creierului care încurajează persoana să facă achiziții? Oamenii de știință trebuie să facă mai multe descoperiri înainte de a răspunde la această și multe alte întrebări, și pentru a separa miturile din realitatea mirosuri.

Shulpin Kandy. Chem. Stiinte. miros Riddle // Știință și Life 1978, numărul 1.