Kształt cząsteczki zapachowej wpływa na zaspokojenia zmysłu powonienia?

Nowe badanie zmysłu powonienia potwierdza kontrowersyjną teorię: nasze nosy rozróżniają kształt i cechy wibracji cząsteczek dezodorantów. Badanie, opublikowane w dzienniku Physical Chemistry Chemical Physics, ukazuje prawdopodobieństwo teorii - przedstawionej dziesiątki lat temu - że wibracja związków chemicznych cząsteczek dezodorantu wpływa na naszą zdolność odróżnienia jednego zapachu od drugiego.

"Teoria znajduje zastosowanie w praktyce, kiedy odpowiedni środek zapachowy wiąże się ze swoim receptorem. Wibracja cząsteczkowa dezodorantu pozwala przenosić partykułę z jednego receptora do innego," stwierdził Klaus Schulten, profesor fizyki na University of Illinois i Beckman Institute, który przeprowadził analizę z badaczem Ilia Solov'yov i absolwentem Po-Yao Chang.  "Transfer elektronu wydaje się dostrajać do sygnału, który odbiera receptor."

Wielu z tych, którzy badają powonienie, utrzymują, ze receptory zapachu rozpoznają tylko kształt środka zapachowego i cechy charakterystyczne jego powierzchni. Schulten twierdzi, że odrzucają oni tezę o wibracji cząsteczkowej. Natomiast zwolennicy teorii wibracyjnej uważają, że jedynie wibracja, a nie kształt, dowodzi zmysłem powonienia. Schulten i jego koledzy należą do trzeciego obozu, który jest zwolennikiem obu teorii.

Teorię wibracyjną powonienia potwierdzają badania ukazujące, że owady, ludzie i inne zwierzęta potrafią odróżnić dwie wersje tych samych cząsteczek środka zapachowego - normalną i identyczną, z deuterami zastąpionymi wodorami. Wersje te mają taki sam kształt i cechy powierzchniowe, a ludzie i inne zwierzęta odróżniają zapach, twierdzi Schulten.

Oczywiście pytanie zadawane przez naukowców brzmi: jak to się dzieje?

W celu uzyskania odpowiedzi na to pytanie, Schulten odniósł się do pracy byłego pracownika Illinois, Rudolpha Marcusa, chemika (obecnie w California Institute of Technology), który otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1992 roku za wkład w teorię transferu elektronu, jednego z najbardziej podstawowych form reakcji chemicznej.

Marcus zdał sobie sprawę, że kiedy elektrony są wymieniane pomiędzy cząsteczkami, proces jest sprzężony z wibracjami cząsteczek, stwierdził Schulten. Marcus zwrócił głównie uwagę na szmery niskiej częstotliwości, pojawiające się jako rezultat wibracji cząsteczkowej w dużych cząsteczkach.

Cząsteczki środka zapachowego z reguły są dość małe, jednak wibrują w wysokiej częstotliwości i wysoko energetycznie. Niektórzy naukowcy utrzymują, że takie wibracje mogą, jeśli środek zapachowy połączy się z właściwym receptorem, zwiększyć prawdopodobieństwo, że elektron przeniesie się z jednego recptora do drugiego, wysyłając w ten sposób sygnał elektryczny przyczyniający się do wykrycia zapachu.

Przed najnowszym badaniem nikt wcześniej nie analizował energetyki systemu, aby sprawdzić, czy wibracje cząsteczek dezodorantu przyspieszają ruch elektronów wewnątrz receptora. Schulten i jego koledzy jako pierwsi przeprowadzili tego typu analizę.

"Możesz prowadzić chemiczne obliczenia kwantów, które decydują o bardzo precyzyjnym drganiu cząsteczek, a także zdolności łączenia z ruchem elektronów," twierdzi Schulten. Obliczenia wskazują, że taka interakcja jest energetycznie prawdopodobna.

Receptory środka zapachowego są osadzone w membranach i przez to trudniej je zbadać niż inne białka. Jednak poprzednie badanie sugeruje, że niektóre receptory są metaloproteinami, a metale w białkach są po to, aby przenosić elektrony, mówi Schulten. Widzimy również, że istnieją inne poboczne grupy aminokwasów, które mogą zaakceptować elektron, a więc elektron może być przenoszony przez białko.

Tak jak inni badacze przed nimi, Schulten i jego koledzy sugerują, że receptor środka zapachowego zawiera zarówno dawcę jak i akceptora elektronu, ale przemieszczanie elektronu następuje dopiero wtedy, kiedy specyficzny środek zapachowy jest związany z receptorem.

Ci, którzy sugerowali, że wibracja cząsteczkowa odgrywała rolę w rozpoznawaniu środka zapachowego w poprzednich badaniach nie znali teorii Marcusa i nie wykonywali chemicznych obliczeń cząsteczek, twierdzi Schulten. Teraz mówimy, że tak, jest to możliwe nawet, kiedy wykonasz najbardziej kompletne i wiarygodne obliczenia.