Włóż chemiczne okulary i zobacz zapachy
Jeśli ktoś zapyta Cię, jaki jest Twój ulubiony zapach, co jako pierwsze przychodzi Ci na myśl? Zapach róż, czekolady, a może palonej kawy? Nasz świat jest pełen rozmaitych zapachów, począwszy od tych sprawiających, że nie możemy przestać się nimi delektować, po te przyprawiające nas o mdłości.
Jako ludzie rozróżniamy aż bilion zapachów! To ogromna liczba, a rozpoznajemy je przy użyciu zaledwie czterystu receptorów. Czym tak naprawdę jest zapach i jak go wyczuwamy? Być może nie byłeś świadomy, ale tak naprawdę zapachy możemy zobaczyć. Za rozmaite aromaty odpowiedzialne są małe cząsteczki chemiczne, zwane też odorantami, które łatwo rozpraszają się w powietrzu. Mają wysoką prężność par, są one innymi słowy lotne, co dosłownie oznacza “łatwo parujące”. Gdy lotne molekuły natrafią na nasz nos, rozpuszczają się w jego błonie śluzowej. W tylnej części naszego nosa zlokalizowane jest pole węchowe pokryte nabłonkiem węchowym, gdzie znajdują się miliony neuronów, których końcówki zawierają białka nazywane chemoreceptorami. Kiedy taki odorant połączy się z receptorem, inicjuje to sygnał elektryczny wędrujący do cebulki węchowej, z której przekazywany jest dalej do innych obszarów mózgu w celu przetworzenia i zidentyfikowania zapachu. Informacja o zapachu może również być przekazywana do regionów mózgu zaangażowanych w pamięć (rys. 1). Dzięki temu zapachy mogą budować wspomnienia związane z nimi.
Skoro wiadomo już, jak czujemy zapachy, przejdźmy do bogatego źródła odorantów, którymi są rośliny, a szczególnie kwiaty. Za zapach wielu roślin odpowiadają związki chemiczne – terpeny lub ich pochodne terpenoidy. Na przykład za woń róż, których zapach zna każdy z nas, odpowiada głównie izomer cis tlenku różanego. Jest on wykrywalny przez nasze komórki węchowe w bardzo niskich stężeniach w powietrzu – nawet do 5 części na miliard!
Teraz opowiem Ci o mniej znanych kwiatach, którymi są fiołki. Ich zapach wynika przede wszystkim z obecności związków należących do terpenoidów, które określane są jononami. Jonony w charakterystyczny sposób łączą się z naszymi receptorami węchowymi. Jako ludzie jesteśmy w stanie zapamiętywać zapachy. Potrafimy również przyzwyczajać się do nich do tego stopnia, że niektórych nie będziemy po pewnym czasie zauważać, ponieważ zmysł węchu bardzo szybko ulega adaptacji, co oznacza, że maleje wrażliwość receptorów. Wąchając fiołki, mamy wrażenie, że zapach raz zanika, a raz znowu wypełnia nasze nozdrza. Dzieje się tak dlatego, że jonony „wyciszają” czasowo nasze receptory. Po pewnym czasie znów będą jednak wykrywane przez receptory nabłonka węchowego, a nawet zinterpretowane przez nas jako zupełnie nowy zapach!
Przejdźmy do aromatu, który kojarzy się wielu z nas z zapachem świąt i pysznymi wypiekami, a nawet przywołuje związane z nimi wspomnienia. Tak, jest to zapach cynamonu. Cynamon jest przyprawą otrzymywaną z wewnętrznej kory drzew Cinnamomum. Ostry, charakterystyczny zapach pochodzi od aldehydu cynamonowego (rys. 2).
Czy będąc przeziębionym, miałeś wrażenie, że tracisz smak? Czy to jednak na pewno tylko smak? Zmysł węchu jest niezwykle istotny przy odczuwaniu smaków. Smak, który czujemy, to nie tylko substancje, które dotykają kubków smakowych pokrywających nasz język, ale również lotne odoranty docierające do naszego nosa. Dlatego często podczas przeziębienia jedzenie może wydawać nam się mdłe. Nasz zmysł węchu ma nawet 75-95% wpływu na smak. Gdyby nie lotne substancje zapachowe, bylibyśmy zdolni tylko do odczuwania słodkiego, gorzkiego, słonego, kwaśnego smaku oraz smaku umami!
Przykładem jest cynamon. Gdyby nie lotne cząsteczki, nie bylibyśmy w stanie odczuwać smaku cynamonowego. Uwierz, że z zatkanym nosem po samym cynamonowym proszku w ustach trudno stwierdzić, że smakuje jak cynamon.
Przyjemne zapachy już opanowaliśmy, a co z tymi mniej przyjemnymi? Otóż jest to niezwykle ciekawe! Wyobraź sobie przepełniony autobus, siłownię, szatnię. Jak już wiesz, zapachy zostają nam w pamięci, ale ten szczególnie znienawidzony chyba najbardziej. Mam oczywiście na myśli woń potu. Skąd więc on się bierze? Wyobraź sobie, że ma on dużo wspólnego z… kozą!
Konkretnie źródłem tego zapachu jest TMHS, czyli kwas trans-3-metylo-2-heksenowy. Co jednak ma do tego koza? TMHS jest spokrewniony z kwasem kapronowym. Jego nazwa pochodzi od łac. capra, czyli koza i dlatego właśnie nasz pot przypomina wonią kozę. Skąd to pokrewieństwo? Kwas kapronowy jest nasyconym kwasem tłuszczowym, w jego budowie wyróżniamy tylko wiązania pojedyncze, jednak, gdy w jego łańcuchu węglowym pojawi się wiązanie podwójne i dołączymy grupę metylową (-CH3), otrzymamy kwas 3-metylo-2-heksenowy (rys. 3).
Sam pot złożony jest głównie z wody, ale za zapach są odpowiedzialne cząsteczki tego kwasu. Są one uwalniane przez bakterie, które nasz pot pochłaniają i nim się żywią, odwdzięczając się nieprzyjemnym dla nas zapachem. Następnym razem, gdy po raz kolejny staniesz twarzą w twarz z kwasem trans-3-metylo-2-heksenowym, pamiętaj – to tylko koza.
Zgadniesz, jaki jest najgorszy zapach świata? Zapach ścieków, zgniłych jaj albo śmieci? Otóż nie, uwierz, jest znacznie gorsza woń. Mowa o tioacetonie (rys. 4). Jest to zdecydowanie najbardziej śmierdząca cząsteczka świata.
Tioaceton wydaje się niepozorną cząsteczką, ale nawet w niewielkich ilościach, jej zapach jest na tyle silny, że wywołuje u niektórych wymioty. Jest to jednak cząsteczka, która na szczęście nie występuje naturalnie. Można ją otrzymać przez podgrzanie trimeru tioacetonu, w wyniku czego otrzymuje się trzy bardzo śmierdzące cząsteczki. Zastanawiasz się pewnie, po co to w zasadzie syntetyzować, skoro tak przeraźliwie śmierdzi? Byli jednak pierwsi, odważni chemicy, którzy zdecydowali się na otrzymanie tego cuchnącego związku. Dopiero skargi mieszkańców miasta skłoniły ich do zaprzestania badań!
Trzeba zadać sobie pytanie, dlaczego to tak przeraźliwie śmierdzi? Tioaceton w swojej budowie posiada atom siarki, której związki bardzo często posiadają wyjątkowo nieprzyjemny zapach (występują chociażby w gnijącej żywności). Prawdopodobnie nasze wyczulenie na zapach siarki ma podłoże ewolucyjne. Ludzie od zawsze wykorzystywali zmysł węchu, aby określić, czy pożywienie jest zdatne do spożycia, czy też nie. Nasz zmysł tak bardzo uwrażliwił się na ten zapach, że jesteśmy w stanie go bezbłędnie rozpoznać. Jak podają źródła literaturowe, jest to nawet przez nas rozpoznawalne w jednej części na miliard. Wyobraź sobie basen olimpijski wypełniony wodą, do którego wsypano pół łyżeczki cukru – w takiej skali jesteśmy w stanie rozpoznać zapachy związane z niektórymi związkami siarki!
Zapachy to nieodłączna część naszego życia. Budują nasze wspomnienia, sprawiają radość i pozwalają nam w pełni delektować się przepysznymi smakami dań. Mówią nam też, co trzymać zdecydowanie daleko od siebie i od początku naszego istnienia ostrzegają przed tym, czego lepiej nie spożywać. Niektóre też, mimo że nieprzyjemnie pachną, są tylko wydzielinami naszego organizmu, z którymi musimy nauczyć się żyć w zgodzie. Chemia zapachu to fascynująca nauka, którą po części już rozumiemy, ale dalej jest pełna tajemnic, co czyni ją jeszcze bardziej ciekawą.
Bibliografia:
Richard Axel, (1995). “The molecular logic of smell”. Scientific American 273:154–159, https://www.jstor.org/stable/24981966, (10.12.2022).
Eugenio Aprea, (2020). “Volatile Compounds and Smell Chemicals (Odor and Aroma) of Food”. Molecules.
Charles Spence, (2015). “Just how much of what we taste derives from the sense of smell?”. Spence Flavour.
J. Mojet, E.P. Köster, J.F. Prinz, (2005). “Do Tastants Have a Smell?”. Chemical Senses, Oxford University Press.
tekst: Agata Krupa
zdjęcia: mat. arch. Autora
Tekst pochodzi z Biuletynu 11 (359) 2023
