Thay đổi hình dạng phân tử tạo ra mùi thơm, hương thơm cũng thay đổi

Đó là điều mà tiến sĩ Kevin Ryan – giáo sư phụ tá ngành hóa thuộc Trường Cao đẳng Thành phố New York (CCNY) và các cộng tác viên công tác tại phòng thí nghiệm của tiến sĩ Stuart Firestein – Giáo sư Sinh học thuộc Trường Đại học Columbia – bắt đầu nghiên cứu. Các kết quả thu được của họ, được báo cáo trong số ra ngày 22 tháng 12 của Tạp chí “Hóa học và Sinh học”, đã làm sáng tỏ cách thức khứu giác của chúng ta hoạt động thế nào và có những ứng dụng tiềm năng trong việc tạo ra các mùi vị và hương thơm.

Khi các phân tử tạo ra mùi thơm, còn được gọi là chất thơm, đi ngang qua lỗ mũi, chúng tạo ra các thay đổi nội bào trong 1 tập hợp con khoảng 400 neuron xúc giác (OSN) khác nhau nằm ở biểu mô màng trong của lỗ mũi, giáo sư Ryan giải thích. Kiểu phản ứng duy nhất này - gọi là mật mã khứu giác- được xem là 1 tín hiệu chuyển đến bộ não, giúp não nhận biết các mùi hương.    

Giáo sư Ryan và nhóm nghiên cứu của ông muốn biết cách thức các tế bào thụ cảm này phản ứng thế nào khi các mùi hương thay đổi hình dạng. Họ nghiên cứu chất thơm octanal – 1 phân tử aldehyde gồm 8 nguyên tử cacbon xuất hiện ở nhiều loại hoa và quả thuộc họ cam quýt. Octanal là một phân tử có cấu trúc linh hoạt, có thể thích ứng với nhiều hình dạng khác nhau bằng cách làm quay các liên kết hóa học của nó.

Các nghiên cứu gia đã tạo ra và tổng hợp các phân tử aldehyde chứa 8 nguyên tử cacbon giống như octanal, nhưng các chuỗi cacbon của những hợp chất này bị khóa bằng cách tăng thêm 1 liên kết cacbon. Các phân tử này được thử nghiệm bằng các neuron xúc giác được sắp đặt gien, các neuron này phản ứng với octanal. Công trình nghiên cứu này được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Giáo sư Firestein ở Columbia.  

Các phân tử aldehyde có thể căng ra đến độ dài lớn nhất khi các neuron xúc giác hoạt động mạnh. Tuy nhiên, các phân tử có chuỗi cacbon bị ép thành hình chữ U đã ngăn cơ quan thụ cảm lại và để tế bào đó không thể cảm nhận octanal.

“Các chất thơm bị ép về hình dạng được lựa chọn nhiều hơn trong tổng số các neuron xúc giác mà chúng kích hoạt”, giáo sư Ryan cho biết. “Các kết quả cho thấy rằng, các phân tử chất thơm này có thể thay đổi mùi hương theo 2 cách: cách thứ nhất là chặn lại hoạt động của các chất thơm linh hoạt có ở trong hỗn hợp, và cách thứ hai là kích hoạt một tập hợp con neuron xúc giác nhỏ hơn các chất thơm linh hoạt có liên quan về mặt hóa học. Điều này sẽ tạo ra các ký hiệu mật mã xúc giác khác nhau”.

Các thụ thể khứu giác thuộc họ thụ thể protein G kết cặp (G-protein coupled receptor - GPCR) – một họ của các phân tử được tìm thấy ở màng tế bào trong khắp cơ thể. Giáo sư Ryan chỉ ra rằng, một nửa các loại thuốc bán trên thị trường đều có tác dụng bằng cách tương tác với các protein trong họ này. Chính vì thế, các kết quả thu được này còn có thể ứng dụng vào việc tạo ra thuốc GPCR.