Аркадий Курамшин - Жизнь замечательных веществ

Строго говоря, не так уж много веществ сыграли такую замечательную роль в истории химии, как мочевина. Трёхвековая история этого соединения началась с дурно пахнущей биологической жидкости, обернулась крахом теории витализма и продолжается в удобрениях и других продуктах химической промышленности. И как это часто случается, синтез Вёлера, пусть он и был случайным, заложил основы современной синтетической органической химии.

Гуляющий по мировой сети «Краткий определитель естественных наук» говорит следующее: «Зелёное или дергается – биология, воняет – химия, не работает – физика». Шутка, конечно, но в каждой шутке есть лишь доля шутки.

Многие химические вещества пахнут, многие, но далеко не все. Запахом мы называет реакцию нашего мозга на раздражение обонятельных рецепторов, находящихся у нас в носовой полости. Чтобы вещество обладало запахом, оно должно обладать достаточной летучестью, дабы преодолеть расстояние от источника запаха до нашего носа. То есть пахнущее вещество должно быть как минимум летучим и имеющим молекулярное строение – металлы, сплавы и вещества ионного строения пахнуть не должны из-за того, что в тех условиях, в которых работают наши обонятельные рецепторы (а поскольку они представляют собой белки, то при высокой температуре они просто денатурируют и потеряют способность распознавать летучие вещества), структурные элементы этих веществ просто не могут испариться и долететь до нашего носа. Попав в нос, молекула должна распознаться белковыми обонятельными рецепторами, и они уже подают сигнал в мозг. Иногда, если эта молекула маленькая (как, например, описанный в предыдущем разделе угарный газ) или же наши обонятельные рецепторы в процессе эволюции не выработали (а может, и утратили) способность распознавать молекулы такого строения, даже летучее вещество не будет для нас пахнуть.

Наверное, здесь читатель подумает и будет вполне прав в своих сомнениях: «А как же быть с запахом железа? Чем обусловлен несильный, но характерный металлический запах, возникающий после того, как мы прикоснемся к железным или стальным объектам – монеткам, ключам, инструментам? Почему, в конце концов, водопроводная вода, текущая из старых труб, пахнет ржавчиной?»

Исследовав этот вопрос, объединенная исследовательская группа из Университета Лейпцига и Политехнического института Виргинии, возглавляемая Дитмаром Глиндеманном, пришла к выводу о том, что запах металла – иллюзия и на самом деле мы ощущаем запах собственного тела, точнее – результатов превращений, которые железо претерпевает с веществами, выделяемыми нашим организмом.

Добровольцы, согласившиеся принять участие в эксперименте, практически моментально узнали «запах железа» при соприкосновении их рук с металлическим железом или обработке рук растворами солей двухвалентного железа. Вместе с тем обработка кожи добровольцев растворами, содержащими ионы железа(+3), не вызывала появление запаха. Хромато-масс спектрометрический анализ образцов веществ, отобранных с кожи добровольцев, показал, что на кожных покровах человека, контактировавших с железом(0) или железом(+2), содержится целый набор органических веществ, ответственных за «металлический» запах. Ключевой компонент этой смеси – сопряженный кетон 1-октен-3-он, растворы которого обладают сильным «металлическим» запахом даже при сильном разбавлении.

На самом деле запах железа – запах этого органического вещества.

Прекурсорами молекул «металлического» аромата являются перекиси липидов, образующиеся при окислении жиров кожи ферментами-оксидоредуктазами, при облучении кожи ультрафиолетом или в результате других процессов. Перекиси липидов разлагаются под действием двухзарядных ионов железа, которые в свою очередь окисляются до инертных по отношению к перекисным соединениям ионов железа (+3). Незаметной на глаз коррозии железного изделия под воздействием влаги кожи оказывается достаточно для генерации количества ионов железа(+2), требуемого для окисления перекисей липидов.

Кровь, содержащая железо в составе гемоглобина, также характеризуется узнаваемым «металлическим» ароматом, формирующимся за счёт тех же органических молекул. Исследователи считают, что способность человека «чувствовать запах металла» сложилась эволюционно и ассоциируется с запахом крови. Возможно, что, ориентируясь на этот запах, наши предки выслеживали раненых жертв или членов племени.

Опять же нелишне заметить, что различное строение наших обонятельных рецепторов может обуславливать тот факт, что одно и то же вещество будет восприниматься разными людьми по-разному. Так, приятный или отвратительный запахи мужского тела или отсутствие запаха вообще определяются вовсе не свежестью этого самого тела, а обонятельными рецепторами нюхающего– очень незначительные генетические различия определяют то, как воспринимается «нюхающим» андростенон, компонент человеческого пота, являющийся производным тестостерона.

Андростенон

Некоторые люди воспринимают запах андростенона как приятный, имеющий сладковатые оттенки ванили или цветочных ароматов. Другие не выносят этот запах, связывая его происхождение с крепким по2том или запахом мочи. Третья группа людей вообще не распознаёт запах андростенона. По словам Лесли Возшалл из Университета Рокфеллера, широкое разнообразие в восприятии различными группами людей запаха одного и того же соединения главным образом связано с незначительными генетическими различиями, влияющими на обонятельный рецептор OR7D4.

Исследователи определили, что люди, находящие запах андростенона неприятным, отличаются двумя точечными различиями в гене, отвечающем за обонятельный рецептор и вырабатывающемся чувствительными клетками носовой пазухи (по сути дела обонятельные рецепторы OR7D4 у всех трёх групп испытуемых различаются одним-двумя аминокислотными остатками). Исследования in vitro показывают, что эти мутации существенно ослабляют функции рецептора.