Секрет аромата. От молекулы до духов. Как запах становится произведением искусства - Лука Турин

Попробуем суммировать, что у нас получилось. Можно исключить идею идеограммы «один рецептор – один запах», потому что запахов великое множество; только парфюмерные компании создали, наверное, сотни тысяч, а рецепторов всего 347. Алфавитный подход, похоже, тоже не очень годится, потому что в таком случае придется составлять слова-запахи из букв-запахов, а это невозможно. Что остается? В настоящее время наиболее приемлемой формообразующей теорией является слоговое письмо. В научной среде это называется теорией одотопов, или детерминантов, и заключается она в том, что рецепторы воспринимают части молекул большие, чем простые «функциональные группы» из одного-двух атомов, но меньшие, чем целые молекулы. На первый взгляд, теория многообещающая. Во-первых, она учитывает слоговое количество рецепторов (347). Во-вторых, она позволяет объяснить отсутствие обонятельных иллюзий, потому что ситуация оказалась бы намного запутаннее, если бы каждый рецептор распознавал не одну, а сразу несколько букв. Представьте, что вы играете в скрэббл, где буквы склеены по три-четыре штуки вместе!

Так что силлабическая теория выглядит вполне приемлемой даже при том, что мы не представляем, как могут выглядеть отдельные слоги. Но даже если вам покажется, что можно благополучно строить слова слог за слогом, возникает очередной коварный подвох: проблема зеркальных образов молекул. Чтобы понять, в чем дело, посмотрите на две молекулы, изображенные ниже.

Вы никаким образом не сможете развернуть ту, что слева, чтобы она полностью, атом к атому, совпала с той, что справа. То есть правосторонняя молекула – зеркальное отображение левосторонней, и у вас не больше шансов наложить их одну на другую, чем натянуть перчатку с правой руки на левую руку. А теперь посмотрите на модель связывающего участка рецептора для молекулы. Правосторонняя молекула, если ее уложить на этот участок, благополучно устроится в условных цветовых карманах; с левосторонней вам этого сделать не удастся.

Это означает, что как только у вас появляются связывающие участки, имеющие более двух точек соприкосновения, вы сталкиваетесь с проблемой хиральности, т. е. отсутствием симметрии относительно правой и левой руки. Если у вас 347 рецепторов, есть вероятность, что все связывающие участки окажутся хиральными, поскольку все они состоят из хиральных молекул в сложной геометрической конструкции. В силлабической модели, если молекула связывается с двумя рецепторами, например, с РО или ЗА – чтобы получился запах РОЗА, тогда зеркальная молекула АЗОР никак не сможет связаться с этими рецепторами. Она может связаться с ОР и АЗ – но в таком она не должна испускать запах РОЗА. Проблема в том, что все-таки испускает. Уже созданы зеркальные версии многих известных ароматических молекул. Чем они пахнут? По этому поводу уже есть вполне приличная статистика, и согласно ей, обычно они пахнут одинаково (АЗОР = РОЗА), хотя известно много случаев, когда этого не происходит. Эти могут быть подразделены на две категории, которые на время написания этой книги выглядят примерно равными. Одна группа – где характер запаха изменяется (АЗОР ≠ РОЗА), другая – где характер остается прежним, но ослабевает (АЗОР = роза). Вариант АЗОР ≠ РОЗА единственно возможный в силлабической модели, и он в меньшинстве. Большинство свидетельств, иными словами, против признания хиральными, силлабическими точками соприкосновения.

Разумеется, не исключено существование рецепторов для ОР и АЗ, но как мозг понимает, что АЗОР – то же самое, что РОЗА, равно как и другие химические слова? Это все равно что сделать гипсовый слепок с левой руки, разрезать его на куски и надеяться, что они подойдут для правой руки. Я один раз попробовал ради любопытства и, разумеется, ничего не получилось (хотя выглядело симпатично). Должны быть два полных зеркальных набора рецепторов, связанных таким образом, что любая комбинация стимуляций одного комплекта давала такой же эффект, как стимуляция соответствующих рецепторов в зеркальном комплекте.

Этого элементарно добиться, если вы в состоянии создать зеркальный образ рецептора в целом, в котором каждая молекулярная бусинка сплетенного в клубок ожерелья будет заменена ее зеркальным образом. Увы, каждая бусинка в ожерелье тоже имеет право- или левостороннюю ориентацию. Когда вы пойдете в магазин «товаров для здоровья» и заплатите большие деньги за в общем-то бесполезные аминокислоты, обратите внимание на этикетку, где будет написано L-лейцин («L» – left, «левый»; R-лейцина (R – right, «правый») в продаже не бывает, а если бы и был, пользы от него вам было бы еще меньше, чем от «левого», потому что энзимы, которые его используют, имеют хиральные связывающие участки. На самом деле R-лейцин, как все R-аминокислоты, скорее всего будет либо токсичным, либо бесполезным. Аминокислоты – бусинки, из которых состоит рецептор, и мы используем только L-формы. Таким образом, создать точный зеркальный образ участка ОР, соответствующего РО, чрезвычайно сложно, а создание сотен таких участков практически невозможно.

Напротив, в других областях, где действуют рецепторы, как, например, лекарства для борьбы с болезнями, почти всегда возникает ситуация, при которой зеркальная молекула производит эффект, отличный от ее правильного энантиомера, или зеркальной молекулы. Это привело к целому ряду повторных открытий в фармакологии, потому что большинство лекарств продается как почти пятидесятипроцентная смесь зеркальных молекул, что легче для производства, чем одинаковые. В некоторых случаях оказывалось, надо же, что желаемый эффект лекарства возникал от одного энантиомера, а нежелательные побочные – от другого! Надо еще учесть тот факт, что патентное бюро в некоторых случаях позволяет вам получить второй патент на лекарство, если вы решите продавать только один энантиомер – это беспроигрышный рецепт.

Более пристальный взгляд на сравнение лекарств и молекул запахов также показывает тревожные различия, которые вызывают вопрос о самом существовании традиционного механизма «ключ-замок» для запаха. Когда лекарства соединяются с рецепторами, они действуют двояко: либо включают рецептор, либо выключают его. Как это работает? Вернемся к нашей модели магнита и вспомним, что у рецептора есть два состояния: «вкл.» и «выкл.». Под воздействием теплового движения состояние может меняться. Теперь представим лекарство, которое прикрепляется более прочно к состоянию рецептора «выкл.». Если такая молекула прикрепится, рецептору перейти в состояние «вкл.» будет гораздо труднее. Дело в том, что для этого ему придется отбросить молекулу, которая закрепилась очень прочно. Следовательно, рецептор более длительное время будет находиться в выключенном состоянии. И наоборот, молекула, прикрепившаяся к форме «вкл.», будет его дольше удерживать во включенном состоянии. Лекарства, тяготеющие к выключению рецептора, называются антагонистами, имеющие сродство с ним (тяготеющие к включению), – агонистами.