QUÍMIOSENSORES

   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: maçã manteiga rançosa alho cebola alho vinho whiskey pipoca banana limão menta cravo jasmim rosa morango

O olfato depende de receptores sensoriais que respondem à presença de certas moléculas na atmosfera. Nos humanos, estes quimiorreceptores estão localizado noepitélio 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 étransmitido 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.

algumas lactonas e seus odores chocolate creme côco pêssego gordura jasmim Receptores Sensoriais 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.

Você sabia? As células do paladar e do olfato são as únicas do sistema nervoso que são substituídas quando velhas ou danificadas. 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 nasuperfície 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 dequimiorreceptores. Existem dois tipos de quimiossensores respiratórios: osarteriais  Nariz Artificial 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 eletrônicodentro 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. , que detectam mudanças na pressão parcial de O2 e CO2 no sangue arterial e oscentrais 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 devasamento. Apenas 5 Sabores Somos capazes de distinguir apenas cinco sabores: 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.

Grupo da UFSC pesquisa aromatizantes

Um grupo do Departamento de Química da UFSC desenvolve pesquisa na área de aromatizantes e flavorizantes artificiais. No grupo de Química Fina trabalha o Dr. Santiago Yunes. Segundo Yunes, o principal interessado nestes produtos é a indústria de alimentos. O QMCWEB constatou que, dentre os flavorizantes preparados pelo grupo, estavam algumas das lactonas mencionadas nesta edição.

fonte: http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/exemplar16.html