СН3–СО–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН3
(на самом деле, молекула не имеет такой прямой линейной формы) пахнет рутой (рута – небольшое растение, в диком виде растущее в Крыму). Присмотревшись к этой молекуле, нетрудно заметить, что атом кислорода, который двойной связью крепится ко второму слева атому углерода, нетрудно переместить к третьему, четвертому, пятому или шестому атому углерода этой цепной молекулы. Что же при этом произойдет с запахом?
Оказывается, при перемещении атома кислорода к середине молекулы запах руты постепенно убывает, и возникает фруктовый запах. Видимо, существуют разные "замочные скважины" для молекул с кислородом, находящимся в конце и в середине цепочки атомов углерода.
Известно несколько веществ с общей для всех кольцеобразной формой молекул, с коротеньким хвостиком, имеющих одинаковый размер, но собранных из различных атомов и в химическом отношении не имеющих ничего общего, хотя они и обладают запахом миндаля. Замена в кольцевой части молекулы одного из атомов водорода соединением из атомов кислорода, углерода и двух атомов водорода (ОСН2) изменяет их запах на ванильный.
Молекулы многих веществ, строго сохраняя свое химическое строение и состав, могут иметь различную форму.
Две различные формы может иметь молекула вещества, состоящего из 6 атомов углерода, 10 атомов водорода и одного атома кислорода. Упрощенно их форму можно передать следующим образом:
НС–СН2–СН3
СН–СН2–СНО
СН3–СН2–СН
СН–СН2–СНО
Их запах не имеет ничего общего.
Сложный запах может создаваться при одновременном действии нескольких различных молекул или благодаря тому, что молекула пахучего вещества действует одновременно разными своими частями на несколько чувствительных участков обонятельной клетки. Крупные молекулы могут одновременно дотягиваться до двух "замочных скважин". Мелкие занимают первую попавшуюся.
Гурманы и дегустаторы
Вкус пищи у человека определяет химическая "лаборатория", находящаяся во рту. Она работает в содружестве с обонятельной "лабораторией", определяя качество и привлекательность пищи. Расположение вкусового анализатора именно во рту кажется наиболее удачным, конечно с нашей человеческой точки зрения. Кое–кому это не подходит. У комнатной мухи вкусовой анализатор расположен на лапках. Ей это удобно. Сядет муха на кусочек протухшей колбасы – и ей сразу ясно, что она нашла что–то вкусненькое.
Гамма вкусовых ощущений также создается путем сочетания простых компонентов. Их гораздо меньше, чем обонятельных. Для человека называют 4: сладкое, соленое, кислое, горькое. Есть животные, способные почувствовать вкус только одного–двух элементов.
У синей мухи вкусовые рецепторы находятся на покрытом волосками хоботке. В основании каждого волоска три чувствительные клетки. Удалось выяснить, что две из них анализируют вкус, третья служит осязательным рецептором. В микроскоп видно, что одна из обонятельных клеток похожа на букву S, другая имеет форму запятой. Надев на волосок тончайшую капиллярную–трубочку, заполненную исследуемым веществом, и регистрируя электрические реакции нервных волокон, ученые подслушали, какие сообщения посылают рецепторы крохотному мушиному мозгу. Оказалось, что S–образная клетка реагирует только на сахар, а вторая – на такие вещества, как соль, кислоты, алкоголь, но ни при каких условиях не отвечает на сахар.
Сахарные рецепторы всех волосков хоботка посылают сигналы в пищевой центр и запускают его работу. Синяя муха питается сахарами. Остальные вещества, возбуждая второй вкусовой рецептор, затормаживают пищевой центр. Что попало муха есть не будет.
Вкусовые рецепторы мухи реагируют не на химическую природу, а на размер и форму молекул. Такое предположение позволило сделать специальные опыты. Синюю муху кормили четырьмя различными веществами, состоящими из одних и тех же атомов, но соединенных по–разному. Запятообразный рецептор возбуждался трмвмя из этих веществ, S–образный – четвертым.
Вкусовая "лаборатория" позвоночных, определяя вкус пищи, видимо, пользуется другими принципами: ее интересует химический состав попавших в рот веществ. В этом есть определенный резон. Едоку важно не только получить удовольствие от еды, ему не менее важно знать, съедобна ли и питательна лц пища. Ученые исследовали белки участка языка коровы, который более всего чувствителен к сладкому. Они обнаружили особый белок, легко взаимодействующий и с естественным, и с синтетическим сахаром – с молекулами, сходными с молекулами природных сахаров. Специальная комиссия дегустаторов определила, какое из испытанных веществ является наиболее сладким. Выяснилось, что чем сильнее химическая связь между белками чувствительных вкусовых клеток, тем слаще это вещество казалось дегустаторам.
Позже ученые выделили из области вкусовых бугорков языка коровы еще один белок. Он взаимодействует с молекулами веществ, имеющих горький вкус.
Вкусовая чувствительность человека и животных неодинакова. Для лосей, зайцев, бобров кора молодых осин – непревзойденное лакомство, а для человека она нестерпимо горькая. Приобретая неприятный вкус, многие беззащитные животные и растения спасаются от возможных врагов. В природе этот способ борьбы за существование имеет широкое распространение.
Его, например, используют для обороны примитивные морские животные – асцидии. Они бывают разных размеров – от нескольких миллиметров до полуметра в высоту. Внешне асцидии похожи на мешочек или солдатский кисет, набитый табаком. Ни колючек, ни когтей, ни щупалец они не имеют и обороняться не в состоянии. Конечностей у них тоже нет и удрать от врагов они не могут, так как ведут неподвижный образ жизни, намертво прикрепившись к чему–нибудь твердому. Как же они спасаются от врагов? Что позволяет им выжить?
Оказывается, что у асцидий просто нет врагов, так как они приобрели очень кислый вкус, что для морских организмов является большой редкостью. Кроме того, в теле асцидий концентрация редкого в природе вещества ванадия в 500 раз выше, чем в окружающей морской воде. Ванадий тоже делает пищу невкусной, а если он содержится в ней в больших количествах, то и несъедобной. Вот почему асцидий в море никто не обижает!
Лакомки
У человека и позвоночных животных анализ вкуса пищевых веществ осуществляется в специальных приемниках – вкусовых почках. Эти крохотные овальные образования находятся у человека на вкусовых сосочках слизистой оболочки языка. В микроскоп видно, что почки, как апельсины из долек, сложены из продолговатых клеток. Часть этих клеток – вкусовые. У них на верхнем конце находятся маленькие штифтики, высовывающиеся в полость пор, открывающихся на поверхности языка. Штифтики – аналоги ворсинки, которую положено иметь любой чувствительной клетке. Они и являются приёмниками вкуса.
У взрослого человека вкусовые почки находятся только на языке. Их около 10 тысяч. Каждое из четырех основных вкусовых ощущении возникает лишь в специализированных вкусовых почках. У человека почки, чувствительные к сладкому, находятся главным образом на кончике языка, к кислому – по его краям, к соленому – по краям языка и на его кончике, к горькому – в районе корня языка.
Кажется удивительным, что вся огромная масса вкусовых оттенков строится всего из четырех первичных вкусовых ощущений. Действительно, смешивая в разных пропорциях соль, сахар, уксус и хину (одно из наиболее горьких веществ), нам никогда не удастся воспроизвести вкус телячьей котлетки, шоколадки или грибной солянки. Дело в том, что для наслаждения пищей одних вкусовых ощущений недостаточно. Нужны другие, дополнительные. Одно из главных – обоняние. Серьезное значение на вкус пищи оказывает ее температура. Подогретый арбуз или огурец, остывшее жаркое покажутся невкусными, во всяком случае, вкус их существенно изменится. На самом деле вкус остывшего мяса или подогретого арбуза никак не меняется, ведь их химический состав остается прежним. Все дело в теплоощущении.
Существенное значение имеет осязательное чувство, зависящее от формы, размера и твердости частичек пищи. Кажется, что каша, сваренная жидко и круто, имеет разный вкус. Но это – результат вмешательства осязательного чувства. Экстракт, полученный из круто и жидко сваренной пищи, на вкус неразличим. Кстати, вкус остывшего жаркого также меняется из–за изменения осязательных ощущений. При разжевывании кусочков холодного мяса остывший жир, размазываясь тонюсеньким слоем по языку, нёбу и деснам, вызывает неприятные осязательные ощущения.
На вкус пищи влияют и ощущения, исходящие от жевательных мышц. Жесткое мясо кажется невкусным из–за дополнительных ощущений, возникающих в жевательных мышцах при возрастании нагрузки. Для восприятия вкуса пищи важны и болевые ощущения. Острый, жгучий вкус некоторых сортов пищи – результат болевых ощущений. Их вызывают многие приправы: перец, горчица, редька.
Говорят, что о вкусах спорить бесполезно: у каждого существа свои вкусовые пристрастия. Однако больше всего на свете сластён, и не только среди людей. Большинство высших животных – собаки, медведи, слоны, крысы и мыши – сластёны. Для лошади только арбузная корка может показаться большим лакомством, чем кусок сахара. Но есть животные, совершенно равнодушные к сладкому. В их числе кошки, от льва до домашней мурки.
Человека и животных можно временно лишить способности ощущать вкус пищи. В Средней Азии растет интересное растение – гимнема сильвестра. Если пожевать лист этого растения, полностью исчезнет чувствительность к сладкому, и кусочек сахара покажется совершенно безвкусным. После нескольких листьев перестает восприниматься горечь, и человек не сможет таблетку хинина отличить по вкусу от кусочка мела. Способность ощущать соленый и кислый вкус гимнема не нарушает.