Вибрационная теория обоняния

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Вибрационная теория обоняния — теория, предполагающая что из-за уникальных частот колебаний, несмотря на одинаковую форму, нормальная и дейтерированная версии соединения должны пахнуть по-разному.

Выдвинута Туриным.

Исследование 2001 года, проведенное группой ученых во главе с Хаффенден показали, что люди способны отличать бензальдегид от его дейтерированной версии[1].

Опровержение[править]

Однако экспериментальные тесты, опубликованные Келлером и Восшаллом в журнале Nature Neuroscience в 2004 году, не подтвердили это теорию. Люди не смогли отличить ацетофенон от его дейтерированного аналога[2]. Исследование сопровождалось редакционной статьей, в которой работа Келлера и Восшалла рассматривалась как «опровержение теории, которая, хотя и провокационна, но почти не пользуется доверием в научных кругах». В ней также говорилось:

«Единственной причиной, по которой авторы провели исследование, а журнал Nature Neuroscience опубликовал его, является чрезвычайная — и неуместная — степень огласки, которую теория получила от некритичных журналистов»[3].

Журнал также опубликовал рецензию на книгу Чендлера Берра о Турине и его теории «Император ароматов», назвав её «головокружительной и преувеличенной»[4].

Поддержка теории[править]

Однако испытания на животных показали, что рыбы и насекомые способны различать изотопы по запаху[5][6]. Биофизические симуляции, опубликованные в журнале Physical Review Letters в 2007 году, позволяют предположить, что предположение Турина жизнеспособно с точки зрения физики[7].

Теория вибрации получила возможную поддержку в статье Такане и Митчелла, опубликованной в 2004 году в журнале Organic Biomolecular Chemistry, которая показывает, что описания запахов в литературе по обонянию сильнее коррелируют с частотой вибрации, чем с формой молекул[8].

В 2011 году Турин и его коллеги опубликовали в PNAS статью, показывающую, что плодовые мухи дрозофилы могут различать запахи и их дейтерированные аналоги. Тесты на дрозофиле отличаются от экспериментов на людях тем, что в них используются животные, обладающие хорошим обонянием и свободные от психологических предубеждений, которые могут усложнить тесты на людях[9].

Дрозофила была обучена избегать использования дейтерированного одоранта в паре дейтерированный/нормальный, что указывает на разницу в запахе. Более того, дрозофила, обученная избегать одного дейтерированного запаха, также избегала других дейтерированных запахов, химически несвязанных, что указывает на то, что сама дейтерированная связь имела отчетливый запах. Авторы определили частоту колебаний, которая могла быть за это ответственной, и обнаружили, что она близка к частоте, обнаруженной в нитрилах. Когда мухи, обученные избегать дейтерированных одорантов, подвергались воздействию нитрила и его ненитрилового аналога, они также избегали нитрила, что согласуется с теорией, согласно которой обоняние мух обнаруживает молекулярные вибрации[10].

Научная дискуссия[править]

Два года спустя, в 2013 году, Турин и его коллеги опубликовали в PLoS ONE исследование, показавшее, что люди легко различают очищенный газовой хроматографией дейтерированный мускус в двойных слепых тестах. Команда выбрала мускус из-за большого количества углеродноводородных связей, доступных для дейтерирования. Они повторили более ранние результаты Восшалла и Келлера, показавшие, что люди не могут надежно отличить ацетофенон от его дейтерированного аналога с 8 атомами водорода, а начинают обнаруживать изотопный запах мускуса только с 14 дейтерия, или 50 % дейтерирования[11]. Поскольку предложенный Турином механизм представляет собой биологический метод неупругой электронной туннельной спектроскопии, в котором используется квантовый эффект, его теория механизма обоняния была описана как пример квантовой биологии[12].

В ответ на статью Турина ученые во главе с Блоком в статье 2015 года в PNAS[13] сообщили, что человеческий рецептор, распознающий мускус OR5AN1, идентифицированный с использованием гетерологичной системы экспрессии обонятельных рецепторов и устойчиво реагирующий на циклопентадеканон и мускон (который имеет 30 атомов водорода), не может различать изотопомеры этих соединений в пробирке.

Кроме того, мышиный (метилтио)метантиол-распознающий рецептор MOR244-3, а также другие выбранные обонятельные рецепторы человека и мыши, реагировали сходным образом на нормальные дейтерированные изотопомеры и изотопомеры углерода-13 их соответствующих лигандов, что соответствует результатам, полученным с рецептором мускуса OR5AN1.

На основании этих результатов авторы приходят к выводу, что предложенная вибрационная теория обоняния не применима к мускусному рецептору человека OR5AN1, тиоловому рецептору мыши MOR244-3 или другим исследованным обонятельным рецепторам.

Кроме того, теоретический анализ авторов показывает, что предложенный механизм электронного переноса колебательных частот одорантов может быть легко подавлен квантовыми эффектами неодорантных молекулярных колебательных мод.

Авторы заключают: «Эти и другие опасения по поводу переноса электронов на обонятельных рецепторах вместе с нашими обширными экспериментальными данными свидетельствуют против правдоподобности теории вибрации».

Комментируя эту работу, Восшалл пишет:

«В PNAS Блок и др… перенесли дискуссию о „форме против вибрации“ с обонятельной психофизики на биофизику самих ОР. Авторы проводят сложную междисциплинарную атаку на центральные принципы теории вибрации обоняния с использованием синтетической органической химии, гетерологичной экспрессии обонятельных рецепторов и теоретических соображений, не позволяющих найти никаких доказательств в поддержку вибрационной теории запаха»[14].

В то время как Турин комментирует, что Блок использовал «клетки в чашке, а не внутри целых организмов» и что «экспрессия обонятельного рецептора в клетках эмбриональных почек человека не восстанавливает адекватно сложную природу обоняния …», Восшалл отвечает: «Эмбриональные клетки почек не идентичны клеткам носа… но если вы посмотрите на рецепторы, это лучшая система в мире»[15].

В письме редактору PNAS Турин и др.[16] высказывают обеспокоенность по поводу доказательств Блока[13] и Блок с командой отвечает на них[17].

Недавнее исследование описывает реакцию первичных обонятельных нейронов в тканевой культуре на изотопы и обнаруживает, что небольшая часть населения (<1 %) четко различает изотопы, а некоторые даже дают ответ «все или ничего» на изотопы[18]. H или D изотопомеры октаналя. Авторы связывают это с «гиперчувствительностью» некоторых рецепторов к различиям в гидрофобности нормальных и дейтерированных одорантов.

Источники[править]

  1. ↑ Haffenden (2001). «Investigation of vibrational theory of olfaction with variously labelled benzaldehydes». Food Chemistry 73: 67–72. DOI:10.1016/S0308-8146(00)00287-9.
  2. ↑ Keller (2004). «A psychophysical test of the vibration theory of olfaction». Nature Neuroscience 7 (4): 337–338. DOI:10.1038/nn1215. PMID 15034588.
  3. ↑ (2004) «Testing a radical theory». Nature Neuroscience 7 (4): 315. DOI:10.1038/nn0404-315. PMID 15048113.
  4. ↑ Gilbert (2003). «The Emperor's new theory». Nature Neuroscience 6 (4): 335. DOI:10.1038/nn0403-335.
  5. ↑ Barry RHavens The application of deuterated sex pheromone mimics of the american cockroach (Periplaneta americana, L.), to the study of wright's vibrational theory of olfaction // Food Flavors: Generation, Analysis and Process Influence, Proceedings of the 8th International Flavor Conference. — 1995. — Т. 37. — P. 497–524. — ISBN 9780444820136.
  6. ↑ Hara (1977). «Olfactory discrimination between glycine and deuterated glycine by fish». Experientia 33 (5): 618–619. DOI:10.1007/BF01946534. PMID 862794.
  7. ↑ Brookes (2007). «Could Humans Recognize Odor by Phonon Assisted Tunneling?». Physical Review Letters 98 (3): 038101. DOI:10.1103/PhysRevLett.98.038101. PMID 17358733. Bibcode: 2007PhRvL..98c8101B.
  8. ↑ Takane (2004). «A structure–odour relationship study using EVA descriptors and hierarchical clustering». Org. Biomol. Chem. 2 (22): 3250–3255. DOI:10.1039/B409802A. PMID 15534702.
  9. ↑ Ball (2011). «Flies sniff out heavy hydrogen». Nature. DOI:10.1038/news.2011.39.
  10. ↑ Franco (2011). «Molecular vibration-sensing component in Drosophila melanogaster olfaction». Proceedings of the National Academy of Sciences 108 (9): 3797–802. DOI:10.1073/pnas.1012293108. PMID 21321219. Bibcode: 2011PNAS..108.3797F.
  11. ↑ Gane (2013). «Molecular Vibration-Sensing Component in Human Olfaction». PLOS ONE 8 (1): e55780. DOI:10.1371/journal.pone.0055780. PMID 23372854. Bibcode: 2013PLoSO...855780G.
  12. ↑ Palmer. Quantum biology: Do weird physics effects abound in nature?. Проверено 23 мая 2013.
  13. ↑ 13,0 13,1 Block (2015). «Implausibility of the vibrational theory of olfaction». Proceedings of the National Academy of Sciences 112 (21): E2766–74. DOI:10.1073/pnas.1503054112. PMID 25901328. Bibcode: 2015PNAS..112E2766B.
  14. ↑ Vosshall (2015). «Laying a controversial smell theory to rest». Proceedings of the National Academy of Sciences 112 (21): 6525–6. DOI:10.1073/pnas.1507103112. PMID 26015552. Bibcode: 2015PNAS..112.6525V.
  15. ↑ Everts S (2015). «Receptor Research Reignites A Smelly Debate». Chemical & Engineering News 93 (18): 29–30.
  16. ↑ Turin (2015). «Plausibility of the vibrational theory of olfaction». Proceedings of the National Academy of Sciences 112 (25): E3154. DOI:10.1073/pnas.1508035112. PMID 26045494. Bibcode: 2015PNAS..112E3154T.
  17. ↑ Block (2015). «Reply to Turin et al.: Vibrational theory of olfaction is implausible». Proceedings of the National Academy of Sciences 112 (25): E3155. DOI:10.1073/pnas.1508443112. PMID 26045493. Bibcode: 2015PNAS..112E3155B.
  18. ↑ Na (2019-01-16). «Single-Neuron Comparison of the Olfactory Receptor Response to Deuterated and Nondeuterated Odorants». ACS Chemical Neuroscience 10 (1): 552–562. DOI:10.1021/acschemneuro.8b00416. PMID 30343564.
Ruwiki logo.png Одним из источников этой статьи является статья в википроекте «Рувики» («Багопедия», «ruwiki.ru») под названием «Вибрационная теория обоняния», находящаяся по адресу:

«https://ru.ruwiki.ru/wiki/Вибрационная_теория_обоняния»

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.
Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?»

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Вибрационная_теория_обоняния&oldid=1823700