Три молекули в склянці
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
– Ні, три молекули – це замало, але кілька десятків тисяч, що до речі, теж зовсім небагато, він відчує. Це приблизно стільки ж, скільки може відчути хороша мисливська собака. Так що потужність нашого приладу приблизно дорівнює «одному собачому носу», а адже більше і не потрібно, смію вас запевнити, – з цими словами керівник групи хеморецепції біологічного факультету МДУ Олександр Михайлович Корольов показав на невеликий лабораторний стіл. На столі стояло щось, чия потужність вимірювалася одним собачим носом, – кілька металевих циліндрів, обплутаних прозорими трубками, тонкі скляні сфери, якийсь прилад, неквапливо втягуючий в себе широку стрічку міліметрового паперу, поруч світилося неяскравими цифрами табло.
Таких установок мені ще не доводилося бачити. Воно й не дивно – на столі розташувалася поки єдина в світі модель носа, вірніше, навіть не носа, а його чутливих клітин – рецепторів, які допомагають всім нам розрізняти запахи.
Олександр Михайлович повернув невеликий важіль на приладі. Щось зашуміло, застрибала рідина в скляних трубочках, а самописець почав креслити червоним чорнилом хитромудру криву.
– Ось це, – Олександр Михайлович вказав на криву графіка, – і є результат роботи «штучного носа». Тут містяться всі відомості про запах, про його силу, хімічний склад.
Перш ніж машина побудувала такий графік, ми дали їй на пробу певну речовину. За тонким, як волоски, трубочкам молекули проникли в цей сірий циліндрик, в якому знаходиться головна деталь установки, власне «ніс», все інше в приладі зовсім просто. Головне це…
Як з’ясувалося, головним виявилося те ж, що і в органах нюху будь-якої живої істоти. Щоб дізнатися, як працює ця найважливіша «деталь» в складній «машині» розрізнення запахів, співробітники лабораторій виконали тисячі експериментів.
В результаті народилася струнка гіпотеза, що пояснює механізм сприйняття запахів. В органах нюху є рецептори – чутливі клітини, що розрізняють молекули запахів і повідомляють про ці відмінності мозку. За дією цих клітин і спостерігали дослідники. Виявилося, що мембрана на поверхні таких рецепторів незвичайна. На ній можна побачити особливі активні зони, які утворюють з молекулами пахучих речовин спеціальні хімічні зв’язки, – фахівці називають їх донорно-акцепторними. Як тільки «молекула запаху» підпливає до мембрани, вона моментально потрапляє в полон зони і зв’язується в декількох місцях. Якщо таких з’єднань один-два, то нічого не відбувається, але якщо тисячі молекул створюють «шубу» навколо мембрани, то вона змінює свою поведінку. Її електропровідність зменшується. Причому якщо мембрану оточують молекули одної пахучої речовини, електропровідність її буде однією, якщо іншої – іншою.
А раз так, то по обидві її сторони скупчуються заряджені іони різних сполук. (Адже події розвиваються в слизовій оболонці носа іншими словами, слабкому електроліті.) Збираються іони – з’являється різниця потенціалів, народжується електричний імпульс, який передається в мозок.
Значить, головна деталь природних органів нюху – надзвичайно чутлива мембрана.
І в цьому апараті, – продовжив Олександр Михайлович, – головне теж в незвичайній мембрані, яку нам вдалося синтезувати за образом і подобою її біологічної сестри. Наша мембрана також вміє змінювати електропровідність під дією пахучої речовини. А раз так, все інше досить просто. По лініях цих графіків, – він показав на рулон покресленої міліметрівки, – можна судити, що «нюхала» машина. Кожна речовина залишила тут свій автограф.
Нова машина може знайти застосування на ряді хімічних виробництв, при аналізі мікроскопічних кількостей речовин або при визначенні складу різних домішок в атмосфері. Але значення роботи дослідників не тільки в цьому, суть її глибше. Біологи вважають, що нюхають в широкому сенсі цього слова не тільки клітини носа, але і багато інших. Адже розпізнати молекули шкідливих або корисних речовин важливо, мабуть, всім клітинам організму. Мембранним їх оболонкам потрібно точно знати, що пропустити всередину, що затримати, стануть їм у пригоді відомості і про склад цих речовин, щоб виділити у відповідь на їх присутність якісь інші сполуки і т. д. Тут на допомогу і приходить внутрішній нюх – дивна властивість мембран, використана фахівцями при створенні «механічного носа».