Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Все эти аппетитные соединения посылают нашему мозгу важные и недвусмысленные сигналы. Прежде всего они объявляют о том, что в пище присутствуют белки и углеводы. Далее, синтезируясь только при высоких температурах, они делают приготовленную пищу более привлекательной. Возможно, именно из-за таких соблазнительных ароматов наши далекие предки и начали готовить на огне столько разных продуктов, благодаря чему пища становилась более здоровой и легкоусвояемой. Тепловая обработка разрушает потенциально вредоносные микроорганизмы, дезактивирует присутствующие в пище ядовитые и антипитательные вещества и денатурирует белки, то есть открывает и расшатывает их структуру. С другой стороны, эта же высокая температура иногда оказывает и крайне неблагоприятное воздействие – например, на витамины (особенно на витамин С) и другие питательные вещества. По этой причине мы обычно едим фрукты и многие овощи сырыми: их натуральный вкус и так достаточно хорош и от термообработки лучше не становится.

Рисунок 8. Примеры ароматических соединений, встречающихся в пищевых продуктах. Большинство летучих соединений, образующихся в процессе готовки, содержат ароматическое кольцо – таковы пиразин, тиазол и фуран. К кольцу на разных позициях присоединяются функциональные группы. Обонятельные характеристики этих веществ похожи и описываются обычно как ореховые, жареные, карамельные, горелые и тому подобные ноты. Если продолжить одну из углеродных цепочек до четырех-шести атомов, характер запаха радикально изменится: он станет зеленым, цветочным, мятным, фруктовым. По странному совпадению (каковые, впрочем, нередки в природе) некоторые из этих соединений производятся насекомыми и служат для них феромонами. Так, несколько метилпиразинов выступают как феромоны опасности у некоторых видов муравьев, а 2-изобутенил-3-метилфуран работает феромоном у клещей-акарид.

Если перейти к более крупным молекулам – а сделать это можно в самых разных направлениях, – мы встретимся с новыми запахами, хотя некоторые из них окажутся довольно знакомыми. Так, среди молекул с 12 и 13 атомами углерода обнаружится наш старый приятель геосмин – одорант с земляным запахом (см. рис. 3), похожий и по форме, и по ольфакторным характеристикам на грибной одорант – октенол. Здесь же нас поджидают β-ионон, довольно сложная молекула с запахом фиалок, и α– и β-санталолы – благовонные компоненты сандалового дерева и не только его (рис. 9). Уникальный запах этой древесины содержит землистые ноты и тон амбры – это еще один тип ароматов, высоко ценимый в парфюмерии. В прошлом наука потратила немало времени и сил на выяснение природы этих двух запахов, сандала и амбры.

Оба изначально были обнаружены в природе (как обычно и бывает с запахами). Серая амбра – секреция спермацетового кита; иногда она просто плавает по поверхности моря огромными глыбами. Ключевое вещество этого продукта – собственно амбра – совершенно лишено запаха, но при его деградации образуются амброксид и амбринол – два из самых вожделенных одорантов в парфюмерии. Увы, серая амбра крайне редка и не может служить надежным источником сырья для парфюмерной индустрии. Сандал, со своей стороны, очень медленно растущее дерево и уже попал в список исчезающих видов из-за многолетней массированной вырубки.

Рисунок 9. Относительно крупные молекулы, с 13–16 атомами углерода, издают приятные запахи с цветочными, древесными и амбровыми нотами.

Ввиду всего этого ученые были вынуждены предпринять весьма масштабные исследования. Их целью стало не только воспроизведение натуральных веществ в химической лаборатории, но и синтез совершенно новых соединений, обладающих аналогичным запахом. Эти штудии запустили новый виток интереса к тому, как же все-таки молекулярная структура вещества связана с его ароматом, а заодно обеспечили парфюмеров новыми материалами для творчества. Так наука и искусство рука об руку путешествуют по царству запахов, нанося на карту ранее неисследованные территории – и в химической, и в психологической перспективе.

Тем временем, гуляя по городу ароматов, мы вышли к окраинам, где селятся самые крупные молекулы из тех, что еще способны стимулировать наше обоняние. У одорантов, как вы помните, есть верхний предел. Очень большие молекулы недостаточно летучи, чтобы перемещаться по воздуху и забираться к нам в нос. Да даже если бы они и могли, для них просто не найдется рецепторов с достаточно просторными полостями, способными принять и распознать их. Очевидно, что природе просто незачем было оснащать наш обонятельный аппарат детекторами для молекул, настолько тяжелых, что они все равно никогда не долетят до носа.

Итак, район больших молекул населен преимущественно двумя типами запахов, совершенно противоположных друг другу: влекущим ароматом мускуса и гадкой вонью застарелой мочи.

Мы уже познакомились с ответственными за них молекулами в первой главе. В категорию мускусных одорантов входят натуральные соединения (часто это половые феромоны тех или иных млекопитающих, но случаются и вещества растительного происхождения) и разнообразные химические структуры (см. рис. 10). Выше мы уже обсуждали, как необходимость защищать исчезающие виды и в то же время нужда парфюмерной промышленности в данном конкретном типе запахов подтолкнули ученых исследовать связи между ароматом и молекулярной структурой. Одновременно, как вы помните, стал развиваться синтез химикатов, имитирующих запах натуральных субстанций.

Среди мускусных одорантов можно найти самые разные структуры – от макроциклических кетонов и лактонов до трициклических соединений и ароматических производных азота. Такое разнообразие объясняется, по всей вероятности, крупным размером молекул и соответствующих им специфических ольфакторных рецепторов. Это значит, что новая молекула размером примерно как у мускусного одоранта либо встроится в мускусный рецептор, либо не найдет себе вообще никакого рецептора и, следовательно, останется для нас непахучей.

Рисунок 10. Самые большие молекулы, еще способные стимулировать наше обоняние, служат источником двух контрастных типов запахов. Андростенон (19 атомов углерода) – побочный продукт тестостерона; он обладает устойчивым агрессивным запахом мочи. Остальные две крупные циклические структуры приятно пахнут мускусом – этот аромат очень высоко ценится в парфюмерии.

Но есть одно исключение – мочевой рецептор. Давайте вспомним, как выглядит структура андростенона, чрезвычайно вонючего стероида, происходящего от мужского полового гормона, тестостерона, и содержащегося в моче (рис. 1). Мы уже говорили, что это вещество действует как мощный афродизиак для свиньи и содержится в слюне половозрелых кабанов. Синтетических соединений, имитирующих этот отвратительный запах, найдется немного: видимо, его уникальные ольфакторные характеристики никого не интересуют. Впрочем, наше отношение к нему – преимущественно продукт культуры и воспитания, так как он ассоциируется с мочой, а моча, в свою очередь, – с грязными общественными местами. У многих млекопитающих между тем моча служит средством коммуникации между полами, а андростенон сигнализирует, что где-то рядом гуляет самец, – только и всего.