Химия и запахи
между
молекулярной структурой и степенью специфического ингибирования восприятия
запаха (анозмия — потеря обоняния). Для бензальдегида (являющегося
стандартом) и замещенных бензальдегидов были получены корреляции между
запахом миндаля и структурами молекул. Так, миндальный запах о-
метилбензальдегида по силе такой же, как и бензальдегида, в то время как о-
этил-, о-изопропил- и о-трет
лактонов: 5-яюдаются для -ха; ять реагироватьецепторы
лягушкибутилбензальдегиды обладают гораздо менее сильным запахом миндаля.
Изложенные выше теории, вероятно, являются весьма упрощенными
представлениями. Так, в случае андростеролов незначительные изменения
структуры существенно изменяют запах, почти не влияя на колебательный
спектр в далекой ИК-области или на плоскостное изображение молекулы.
[pic]
[pic]
Еще большее недоумение вызывают результаты, полученные для так называемых
орто-мускусов: введение одной метильной группы очень сильно изменяет запах.
[pic]
слабый мускусный запах сильный мускусный запах
Из жареного арахиса, бобов какао и кофе были выделены
пиразины. 2-Метокси-З-метилпиразин пахнет жареным арахисом. Весьма близкое
к нему соединение 2-метокси-З-изопропилпиразин имеет запах, напоминающий
запах картофеля, а 2-метокси-З-н-гексилпиразин — запах перца. Эти
соединения заметно различаются по запаху в смысле их специфической
пороговой чувствительности.
Таким образом, выше мы рассмотрели примеры, когда очень незначительные
изменения структуры могут менять характер и (или) интенсивность запаха
соединений. В настоящее время не существует теории, способной объяснить
влияние столь тонких факторов на процесс восприятия запаха. Если к тому же
учесть сложности, связанные с физиологическими факторами процесса обоняния,
не удивительно, что многие работающие в этой области ученые ощущают свою
полную беспомощность. Прежде чем удастся сделать какие-либо обобщения в
области восприятия запаха, исследователям придется еще немало поработать.
Химия и влечение
Для того чтобы называть вещества, с помощью которых одни животные
могут влиять на поведение других, Карлсон и Бутенандт в 1959 г. предложили
термин «феромон». Он образован от греческих слов pherein — переносить и
hormon — возбуждать, стимулировать. Мы будем использовать термин «феромон»
для обозначения таких химических соединений, которые Для обозначения
веществ, выделяемых животными делают возможным общение между особями. В
этом разделе основное внимание будет уделено аттрактантам, выделяемым
насекомыми и другими низшими животными.
Было показано, что некоторые насекомые реагируют на молекулы феромонов в
столь неправдоподобно низких концентрациях, как 10~17 М. Это пример одного
из наиболее высокочувствительных эффектов, известных науке в настоящее
время. Эти химические аттрактанты управляют многими сторонами деятельности
насекомых, например поисками пищи, повадками при спаривании и выбором места
для откладывания яиц. При помощи аттрактантов насекомые могут подавать
сигнал тревоги, вести преследование, отличать особей своей группы от чужих
и сбиваться в рой. Очевидно, действие молекул феромонов состоит не просто в
стимулировании и однозначном ответном сигнале. Скорее всего, происходит
более сложное воздействие, при котором феромоны вызывают модификацию
физиологии организма. При этом они подготавливают организм для последующего
стимулирования, в котором молекулы феромонов могут либо принимать, либо не
принимать участие.
Впервые полная характеристика феромона насекомого была произведена
Бутенандтом и его коллегами, работавшими с самкой шелкопряда Вотbyx mori и
выделившими половой аттрактант. Для того чтобы выполнить эту работу, группе
Бутенандта пришлось экстрагировать феромон из заднего брюшного отдела более
чем полумиллиона неоплодотворенных самок шелкопряда. Путем тщательного
фракционирования и контролирования активности в конце концов было получено
активное вещество, идентифицированное как гексадекадиен-10-транс-12-цис-ол-
1. Это вещество известно под названием «бомбикол».
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Структура этого соединения была установлена путем исследования
его спектра и при помощи реакции химического разложения. В заключение, как
и обычно, был проведен полный синтез вещества предложенной структуры и
тщательное сравнение природного вещества и вещества, полученного,
синтетическим путем. Так была установлена структура полового феромона
Вотbух тоri.
С непарным шелкопрядом связана другая захватывающая страница истории
выделения и установления строения феромонов насекомых. Это насекомое было
случайно занесено в штат Массачусетс в середине прошлого столетия и
оказалось страшным вредителем, погубившим обширные лесные массивы на севере
США. В настоящее время непарный шелкопряд перебирается и в другие районы,
что, в конце концов может привести к ужасным последствиям. Уже пятьдесят
лет назад было установлено, что самка непарного шелкопряда каким-то образом
привлекает самца. Было высказано предположение, что самка выделяет
химическое вещество, которое самец может различить. После многолетних
исследований пришли к выводу, что таким веществом является 10-ацетокси-цис-
гексадецен-7-ол-1. Примерно через 10 лет эта же группа ученых показала, что
в действительности феромон представляет собой эпоксиалкан, состоящий из 19
атомов углерода, 2-метил-7-эпоксиоктадекан. Это соединение было названо
«диспарлуром».
[pic]
При исследованиях аттрактантов насекомых нередки случаи
приписания неправильной структуры активным веществам. Для выделения
активного начала необходимо собрать много сотен тысяч насекомых, отделить у
них определенный анатомический орган и экстрагировать химическое вещество.
Розовая моль Pectirophora gossypiella выделяет половой феромон,
представляющий собой ацетат 10-пропил-граяс-тридекадиен-5,9-ола-1, который
был назван «пропилуром»
[pic]
Самого высокого уровня организации среди насекомых достигли
сообщества пчел, ос, муравьев и термитов. Было бы преждевременно объявлять
химические вещества главной причиной, обусловливающей регулирование степени
и характера участия отдельных индивидуумов в структуре общества насекомых.
Однако уже при современном уровне знаний можно показать, что эти насекомые
выделяют разнообразные специфические феромоны, которые вызывают весьма
характерные ответные реакции. Членистоногие, к которым относятся эти
насекомые, обладают способностью испускать наиболее разнообразные и сложные
феромоны из всех выделяемых низшими животными (обычно вырабатываются в
железах наружной секреции и хранятся в мешочке).
Среди феромонов имеются вещества, которыми насекомое от
мечает свой путь для того, чтобы другие особи, принадлежащие
к данной группе, могли найти дорогу; есть вещества, служащие
для предупреждения других особей об опасности; вещества,
используемые как сигнал для роения, для сбора пищи, для воспро
изведения и (или) защиты.
Феромоны, которыми насекомые отмечают свой путь, должны
состоять из короткоживущих молекул. Было показано, что экстракты,
полученные из рыжих муравьев, можно хранить в гексане при 4°С по крайней
мере в течение трех лет и они при этом не утрачивают способности метить
путь. Однако при 25 °С активное вещество быстро дезактивируется. В качестве
феромонов, метящих путь термитов, были выделены такие соединения, как н-
додекатриен-3-цис-6-цис-9-транс-ол-1
Пчелы, для того чтобы отметить источник пищи и обратный путь к
улью, оставляют на своем пути капельки, содержащие феромоны. Эти метящие
путь феромоны выделяются из челюстной железы. Когда пчелы-разведчики
вылетают из улья, они оставляют вдоль своего пути на определенных
расстояниях друг от друга капельки, содержащие летучие пахучие вещества.
Рабочие пчелы по этим душистым капелькам находят путь к источнику пищи. На
пути к улью рабочие пчелы оставляют капельки, в которых концентрация
метящих путь феромонов значительно выше. Анализ экстрактов из подчелюстных
желез пчел-разведчиков и рабочих пчел показал, что они содержат метилкетоны
и бензальдегид. Каким же образом пчелы из разных семей узнают «свои» метки
пути? Заманчиво предположить, что, вероятно, данному виду пчел
соответствует определенная смесь кетонов, отличающаяся от выделений
подчелюстных желез пчел другого вида и даже другой популяции этого же вида.
Ясно, что в любой пчелиной семье, в которой рабочие пчелы были бы
неспособны воспринимать язык феромоновых меток, специфический для данной
семьи, произошла бы катастрофа. Поэтому похоже, что состав феромонов
изменяется от семьи к семье и от вида к виду.
Другим средством коммуникации между пчелами служит поразительный
«круговой танец», при помощи которого они обозначают расстояние от улья до
нового источника пищи и направление, в котором этот источник находится.
Весьма интересна особая роль, которую играет в активности феромонов
бензальдегид. Это соединение, по-видимому, усиливающее кратковременные
метящие свойства выделений подчелюстной железы пчел, оказалось важным
защитным агентом в секреторных выделениях муравьев. Муравьи, обладающие
довольно ограниченным набором простых и сравнительно летучих органических
молекул, способны, используя для
| |  скачать работу |
Химия и запахи |
