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o corpo humano é uma central de análises!
Em
menos de um segundo somos capazes de detectar, no ar, a presença
de substâncias em concetrações tão baixas
que nenhuma máquina construída pelo homem detectaria.
O olfato é o mais antigo - e um dos mais intrigantes - sentidos
desenvolvidos pelo homem. Nesta edição do QMCWEB você
vai saber um pouco mais sobre o olfato, quimiossensores e a relação
entre a estrutura da molécula e o odor experimentado.
| Estrutura
Química vs. Odor |
Moléculas
com estrutura química muito semelhantes podem apresentar
odores completamente distintos.
Veja os exemplos abaixo:
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maçã
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manteiga
rançosa
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alho
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cebola
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alho
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vinho
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whiskey
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pipoca
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banana
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limão
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menta
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cravo
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jasmim
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rosa |
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morango
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O
olfato depende de receptores sensoriais que respondem à presença
de certas moléculas na
atmosfera. Nos humanos, estes quimiorreceptores estão localizado
no epitélio oftactatório - um pedaço de
tecido do tamanho de um selo postal, localizado na cavidade nasal.
Este tecido é recoberto de cílios e uma camada de muco.
As moléculas gasosas são dissolvidas no muco e,
então, interagem com os receptores. Isto ativa uma enzima, a
adenilil ciclase, que cataliza a conversão de ATP ao AMP
cíclico (cAMP). O cAMP ativa um canal de Na+, gerando
um potencial de despolarização ao longo da membrana. Este impulso é
transmitido pelos nervos olfactatórios até o cérebro,
que, computando outros estímulos sensoriais, interpreta o impulso
como um odor - muitas vezes acionando áreas da memória
que relacionam o particular odor com algo já experimentado antes.
A substância
odorante precisa ter certas propriedades para ser capaz de provocar
alterações sensoriais: deve apresentar alguma solubilidade
em água, pressão de vapor considerável, lipofilicidade,
e massa molar não muito elevalda (em um artigo de 1967, Demole
e Wuest, na Helv. Chem. Acta., garantem não existir nenhuma
molécula odorante com massa molar maior do que 294 g/mol).
Existem cerca de 50 milhões de células receptoras em cada
uma das duas cavidades nasais. O ser humano é capaz de distinguir
mais de 10.000 espécies químicas diferentes, baseado apenas
em sua estrutura molecular.
Uma
comparação das estruturas das moléculas com seus
odores revela algumas similaridades: por exemplo, substâncias
com odor de peixes geralmente contém um átomo de nitrogênio
ligado a 3 átomos, com um par eletrônico não-ligante:
são aminas primárias, secundárias ou terciárias,
tal como dietilamina, H3C–NH–CH3 e etilamina,
H2N–CH2CH3.
A indústria
alimentícia tem particular interesse em substâncias odorantes.
Os grupos mais utilizados comercialmente são os ésteres
e as gama e delta lactonas.
Diversos
grupos de pesquisa no Brasil estudam compostos que apresentam odores
ou aromas. Este é um campo promissor, pois a indústria
alimentícia depende de nós, químicos, para a obtenção
de compostos que confiram aos seus produtos os sabores desejados.
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algumas
lactonas e seus odores
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chocolate |
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creme |
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côco
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pêssego |
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gordura |
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jasmim |
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Receptores
Sensoriais
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A
entrada de informação no sistema nervoso central
é dada pelos receptores sensoriais. Existem basicamente
cinco tipos diferentes de receptores sensitivos:
1)
mecanorreceptores: detectam deformações
mecânicas dos receptores ou de células adjacentes;
2) termorreceptores:
detectam alterações da temperatura - alguns
detectam o frio e outros o calor;
3) eletromagnéticos:
detectam a luz na retina
4) nociceptores:
detectam lesões nos tecidos tanto físicas
quanto químicas
5) quimiorreceptores:
detectam paladar e olfato, nível de oxigênio
no sangue arterial, pressão osmótica dos líquidos
corporais, concentração de CO2,
glicose, aminoácidos, entre outros.
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Você sabia?
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Existem
várias doenças associadas ao paladar e olfato,
tal como a anosmia, que caracteriza-se pela perda completa do
olfato, ou a ageusia, que corresponde à perda total do
paladar. As maiores causas
são infecções no trato nasal, distúrbios
hormonais ou problemas com os dentes.
Existem
basicamente três sistemas de quimiossensores no nariz e
na boca. O primeiro, do olfato, confere a habilidade de identificar
odores. O segundo, do paladar, detecta o sabor, tal como doce, amargo
e azedo.
E, finalmente, existe um tipo especial de células quimiossenssoras,
localizadas na superfície do olho, gartanta, boca e nariz,
que detectam a presença de substâncias irritantes, tais
como amônia, mentol e pimenta.
Umas
das formas pela qual a respiração é controlada
é através de quimiorreceptores.
Existem dois tipos de quimiossensores respiratórios: os
arteriais
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Nariz
Artificial
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Imagine
a seguinte cena: você chega em casa e um display de cristal
líquido, na porta da geladeira, lhe informa que o pêssego
vai estragar em dois dias e que o presunto já estragou.
Ficção? Não, basta colocar um nariz
eletrônico dentro do refrigerador!
Um dispositivo eletrônico coberto de sensores químicos
que, tal como nosso nariz, é capaz de distinguir moléculas
pelo seu odor. Não existe, ainda, algo tão bom
como nosso nariz no mercado. Mas os "narizes eletrônicos"
disponíveis já são capazes de fazer análises
qualitativas e quantitativas de várias substâncias,
e já estão atuando em diversas indústrias.
Algumas vezes menor do que um telefone
celular, um nariz artificial pode ser utilizado na indústria
automobilística (pode detectar o vazamento de fluídos
e/ou o início de um incêndio, pelo odor), alimentícia
(pode analisar a qualidade do alimento pelo odor), na polícia
(robôs farejadores de drogas e explosivos), na aeronáutica
(pode alertar sobre possíveis panes ou incêndio),
entre outros. Os sensores químicos são, em geral,
dispositivos a base de polímeros
condutores.
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, que
detectam mudanças na pressão parcial de O2
e CO2 no sangue arterial e os centrais que detectam
mudanças na pressão parcial de O2 e CO2
no cérebro.
O estímulo de tais sensores, causado por hipoxia (aumento da
pressão parcial de CO2), provoca uma elevação
do número de inspirações por minuto, assim como
na profundidade da respiração, o que leva a um aumento
da concentração de O2 e uma diminuição
do estímulo ao receptor.
Dois
químicos,
John McDevitt e Eric Anslyn, trabalhando com um engenheiro de computação
em Austin, na Texas University, construiram um chip microscópico
que atua como um quimiossensor de paladar - uma língua artificial.
Seu trabalho está no Journal of America Chemical Soc. de
1998, na página 6429. A língua eletrônica possui
centenas de micro-esferas que mudam de cor, dependendo do "sabor"
da molécula analisada. O produto pode ser utilizado na medicina,
para testar colesterol no sangue, para cientistas analisarem águas
poluídas, e como degustadores de comidas e bebidas nas indústrias
alimentícias. Utilizando uma "saliva" química,
a língua eletrônica será capaz mesmo de "provar"
substratos sólidos, como uma pedra, garante McDevitt.
O
composto terc-butil mercaptan, (CH3)3C–SH,
é um dos materiais, juntamente com sulfeto de dimetil, CH3–S–CH3,
adicionado ao gás natural nos butijões, para produzir
um odor característico em caso de vasamento.
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Apenas
5 Sabores
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Somos
capazes de distinguir apenas cinco sabores fundamentais: salgado,
doce, amargo, azedo e umami. Veja como:
Sabor Salgado:
O sal é o cloreto de sódio (Na+Cl-).
O Na+ entra nas células receptoras via canais de sódio,
causando uma despolarização, que se propaga pelo nervo aferente
primário.
Sabor Azedo:
A espécie detectada é o íon H+. Os íons H+
bloqueiam a entrada dos canais de potássio (K+). Estes
canais são responsáveis por manter a célula num nível de hiperpolatização;
o bloqueio destes canais causa uma despolarização, transmitida
pelo nervo aferente primário.
Sabor Doce:
Existem receptores na membrina apical que ligam-se a glucose (sucrose
e outros carbohidratos). A ligação ao receptor ativa a enzima
adenilil ciclase, elevando a concentração de cAMC, que causa uma
inibição dos canais de potássio, conduzindo a uma despolarização
da célula.
Sabor Amargo:
Substâncias amargas provocam uma liberação de Ca2+
mediada pelo segundo mensageiro (IP3). A elevação da [Ca2+]
provoca uma despolarização, transmitida pelo nervo primário aferente.
Sabor Umami:
É o sabor de certos amino-ácidos (e.g., glutamato, aspartato,
entre outros). Recentemente, Chaudhari et al. publicaram um artigo
no Journal of Neuroscience oferencendo um mecanismo para a ação
do glutamato monossódico no paladar. Este composto é utilizado
como aditivo pela indústria alimentícia para "realçar" o sabor
dos alimentos. Os autores demonstraram que há um receptor, o mGluR4,
que media o sabor umami. A ligação a este receptor ativa uma proteína
G que eleva a [Ca2+]. Além deste, existem receptores
ionotrópicos (ligados a canais iônicos) que são ativados por substâncias
umami. Isto provoca a abertura não seletiva de canais iônicos,
aumentando o disparo no nervo primário aferente. |
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