Текст уведомления здесь

Знай наших! О предсказании запахов

Весной город наполняется тысячами разных запахов. Как мы их различаем? При чем здесь структура молекул? И можно ли предсказать аромат, зная лишь химическое строение вещества? Об этом — в новом выпуске «Знай наших».
Добавить в закладки
Комментарии

Всем привет! С вами Анна Шустикова и рубрика о российской науке «Знай наших».

Сейчас, когда на дворе стоит апрель и город наконец-то оттаивает после затянувшихся холодов, улицы начинают наполняться запахами. Поэтому в новом выпуске поговорим об обонянии. Как мы воспринимаем и различаем запахи? Почему какие-то из запахов нам приятны, а другие нет? И что мы знаем о взаимосвязи между запахом вещества и его химической структурой? Давайте разбираться.

Стоит признать, что принципы работы обоняния долго ставили ученых в тупик. Когда мы, к примеру, различаем цвета, нам не так уж и важно, какие предметы отражают свет, нужно лишь уловить исходящую от них электромагнитную волну. Со слухом все тоже более менее ясно: и звуки оркестра, и голос орущего по весне кота доходят до нас благодаря одним и тем же колебаниям воздуха. Но как быть с запахом тысяч и тысяч попадающих к нам в нос молекул?

Только в начале девяностых стало понятно, как работает эта система. Было открыто около 1000 генов (а это — только представьте! — несколько процентов от всей ДНК), которые отвечают за распознавание запахов. Правда, в отличие от собак или мышей, которые во многом полагаются на обоняние, у людей из этих генов работает от силы треть. Но и этого уже очень много.

Каждый из этих генов содержит информацию об уникальном белке-рецепторе. Именно благодаря таким белкам мы и чувствуем запах: расположившись на поверхности нервных клеток в эпителии носа, рецепторы улавливают молекулы пахучего вещества. Причем на поверхности каждой нервной клетки расположены рецепторы только одного типа.

Однако при этом отдельные рецепторы реагируют не на одно вещество, а на целый спектр чем-то похожих молекул. Кроме того, зоны ответственности разных рецепторов немного пересекаются, из-за чего на одно и то же вещество могут среагировать сразу несколько рецепторов. Именно поэтому каждое соединение уникальным образом возбуждает нервные клетки у нас в носу, этот сигнал передается в мозг, там обрабатывается — и вот, вуаля, мы ощущаем особенный аромат.

Выходит, что запах в первую очередь определяются структурой молекул. Но в таком случае, вероятно, мы можем научиться предсказывать запах вещества, просто глядя на его химическое строение? Тут-то парфюмеры, находящиеся в вечном поиске новых ароматов, должны начать радостно потирать ручки.

Однако, увы, определить запах по структуре не так уж и просто. К примеру, посмотрите на формулы этих спиртов. Они выглядят похоже, однако их запахи очень сильно отличаются. А вот эти вещества, известные как мускон и мускус-кетон, имеют различную структуру, но при этом оба пахнут мускусом.

Именно поэтому ученым приходится придумывать сложные вычислительные модели, которые могли бы на основе запахов известных веществ предсказать, как будут пахнуть другие соединения. Для того чтобы моделям было на чем учиться, нескольких человек просят оценить, на что похож тот или иной запах, насколько он приятный, интенсивный, ну и так далее. Пожалуй, самый популярный эксперимент подобного рода был проведен 30 лет назад: в нем 150 человек оценивали аромат 10 веществ, а затем уже на основе их ответов ученые десятилетиями строили модели, предсказывающие запах других химических соединений.

Впрочем, недавно был проведен новый эксперимент: участников в нем было меньше (49 человек), но оценивали они уже не 10, а почти 500 запахов различных веществ. Приятный ли запах? Насколько сильный? Сладкий или пряный? Похож ли он на пот, траву или рыбу? Всего исследуемый аромат предлагалось сравнить с 19 заданными запахами.

Затем результаты эксперимента отправились к участникам консорциума DREAM Olfaction Prediction, чтобы те сделали на их основе модели, предсказывающие запах неизвестных веществ. За задачу взялись научные группы со всего мира, в том числе и ученые из ИППИ РАН и Сколтеха. Всего было предложено 18 моделей, и вот что получилось в итоге.

Модели неплохо определяли интенсивность и приятность запаха, а также предсказывали его сладость, пряность и схожесть с запахами фруктов, гари и чеснока. А вот предсказать запах дерева, кислоты, чего-то теплого или холодного всем моделям удавалось слабо.

Но и это уже очень неплохой на сегодняшний день результат. Кроме того, авторы работы обнаружили некоторые конкретные взаимосвязи между структурой молекул и их ароматом. Например, молекулы с входящими в их состав атомами серы пахли чесноком и гарью, а схожие по структуре с ванилином — выпечкой. Приятно пахли вещества, молекулы которых побольше, а также похожи на эти соединения (паклитаксел и цитронелил фенил-ацетат). А интенсивность аромата явно коррелировала с наличием в молекуле полярных групп.

На этом все! Наслаждайтесь запахами весны, если вам не мешает аллергия, читайте новости науки на нашем сайте, и до встречи!

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы