Как воспринимается горечь: в желудке, мозге, сердце и даже мочеполовой системе?

Наука и жизньЗдоровье

25 оттенков горечи

В рамках информационного партнёрства с научно-популярным сайтом biomolecula.ru публикуем журнальный вариант статьи, которая была представлена на конкурс «Био/мол/текст»-2023/2024 в номинации «Свободная тема».

Кандидат биологических наук Ирина Дремук, Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси.

За миллионы лет эволюции млекопитающие выработали множество способов защиты от болезней. Один из них — врождённая реакция на горечь в виде отвращения. Ведь что горько, то неприятно и невкусно, а что невкусно — то не едят. Горький вкус — наиболее сложный из всех известных основных вкусов. За его восприятие отвечают 25 различных рецепторов (TAS2Rs), которые встречаются не только во рту, но и по всему организму: в желудке, мозге, сердце, иммунных клетках, мочеполовой и дыхательной системах. Какие же функции они там выполняют?

Код опасности

Если приглядеться к растительному миру, то можно обнаружить, что почти всё в нём имеет горький вкус. В ходе эволюции растения приспособились к травоядным, вооружившись множеством физических, репродуктивных средств защиты — шипами, шелухой, синхронным плодоношением — и образовав симбиозы с животными-защитниками. Однако наиболее мощной линией защиты от травоядных стали токсины. Почти все растения производят вторичные метаболиты, некоторые из них опасны и для человека. Например, маниок вырабатывает цианид, который лишает клетки способности производить аденозинтрифосфат (АТФ). В соевых бобах содержатся сапонины — их избыток в организме приводит к раздражению слизистой желудка и кишечника, вызывая рвоту и диарею. Полный набор защитных соединений, используемых растениями, исчисляется сотнями тысяч, причём большинство из них не получает должного внимания, поскольку они либо не смертельны, либо встречаются довольно редко. Однако почти все ядовитые вещества горькие — будто предупреждают об опасности.

Эволюция горького вкуса связана с особенностями строения различных химических веществ. История изучения восприятия горечи началась в 1931 году, когда химик Артур Фокс насыпал в бутылку порошкообразное вещество под названием фенилтиокарбамид. Когда небольшое облачко порошка попало в воздух, коллега, стоявший рядом, пожаловался, что пыль горчит. Фокс же ничего не почувствовал. Затем они оба попробовали это вещество, и результаты были теми же. Тогда Фокс попросил попробовать порошок своих друзей и членов семьи. Кто-то из них вообще не ощутил горечи, а другим он показался сильно горьким. Были и те, кто ощутил лишь незначительную горечь.

Факсимиле заголовка и первого абзаца статьи Артура Фокса о чувствительности к фенилтиокарбамиду в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences». Источник: www.pnas.org

В 1932 году Фокс опубликовал в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences» статью, в которой описал многообразие чувствительности к фенилтиокарбамиду.

Дальнейшее развитие исследований по изучению восприимчивости к горечи связывают с именами английских биологов-эволюционистов Рональда Фишера, Эдмунда Форда и Джулиана Хаксли, которых объединяла идея естественного отбора как движущей силы эволюции. В 1939 году они проверили реакцию шимпанзе на воду с добавлением фенилтиокарбамида. История произошла в Эдинбургском зоопарке. Шимпанзе сделал глоток воды, посмотрел в глаза Фишеру и плюнул в него.

Команда Фишера предположила, что различия в чувствительности к горькому вкусу вызваны генетической мутацией, общей для людей и шимпанзе, и что естественный отбор сохранил это разнообразие у обоих видов. И только семь десятилетий спустя был идентифицирован ген TAS2R38 (T2R38), ответственный за чувствительность к фенилтиокарбамиду*. Также были получены данные, подтверждающие, что во многом из-за различных вариантов этого гена не все могут чувствовать горький вкус фенилтиокарбамида.

* Фенилтиокарбамид часто используют исследователи при изучении восприятия горького вкуса, его достаточно легко получить в чистом виде. Рецептор TAS2R38 чувствителен к фенилтиокарбамиду и другому горькому веществу — 6-n-пропилтиоурацилу. Другие рецепторы реагируют на другие вещества.

Некоторые люди имеют чрезвычайно высокую чувствительность к горькому вкусу из-за высокой экспрессии генов TAS2R. Таких людей называют супердегустаторами. Чаще всего их можно встретить в некоторых частях Азии, Африки и Южной Америки. Связано это, вероятно, с тем, что в данных районах изначально было больше токсичных растений по сравнению с другими континентами. В результате в ходе эволюции люди, живущие в этих районах, приобрели высокую чувствительность к горечи, которая помогала им защищаться от возможных токсинов.

Гены TAS2R экспрессируются у всех позвоночных, однако их количество у разных видов не одинаково. Например, у кошек идентифицировано 12 рецепторов горького вкуса, у кур — 3, а у мышей — 35. У человека имеется всего 25 функциональных генов TAS2R. Более того, те или иные рецепторы горечи появлялись и исчезали в ходе эволюции: в геноме человека имеются нефункционирующие остатки генов (псевдогенов), некогда кодировавших рецепторы семейства TAS2R. Вероятно, эти рецепторы были важны в прошлом, но со временем стали не нужны.

Как мы воспринимаем горечь

Каким же образом человек при относительно небольшом количестве рецепторов может ощущать горечь огромного множества химически разнообразных горьких веществ?

Всё начинается с языка. Он действует как «привратник», помогая различать полезные и вредные вещества. В ткани языка, мягкого нёба и глотки встроены вкусовые луковицы — скопления специализированных вкусовых клеток вытянутой формы. Они обладают многими свойствами нейронов — способностью к генерации потенциалов действия и образованию синапсов. Сама вкусовая луковица не достигает поверхности слизистой оболочки языка, в полость рта выходит только пóра, через которую вкусовая луковица и получает информацию об окружающей среде. На внешней стороне вкусовых клеток имеются микроворсинки, на которых расположены рецепторы. Ощущение горечи обусловлено наличием вкусовых G-белок-сопряжённых рецепторов (GPCR — англ. G-protein-coupled receptors) — крупных мембранных белков из семейства с крайне разнообразными функциями.

Анатомия языка. Клетки вкусовых рецепторов сгруппированы в пучки под поверхностью сосочков, где они через поры контактируют с окружающей средой. Афферентные нервные волокна — это нервные волокна сенсорных нейронов, которые передают сенсорную информацию от рецепторов в центральную нервную систему. Рисунок (с изменениями) из статьи: Wooding S. P., Ramirez V. A., Behrens M. Bitter taste receptors: Genes, evolution and health. Evolution, Medicine, and Public Health, 2021. Volume 9, Issue 1, P. 431—447.

GPCR способны связывать множество разных сигнальных молекул, но при этом имеют консервативную структуру (схожую с другими белками, например с родопсином). Их белковая цепь встроена в клеточную мембрану, пронизывает её семь раз и образует пучок из семи α-спиралей. Как следует из названия, GPCR взаимодействуют с G-белками в составе трёх субъединиц: α, β и γ. G-белок, специфичный* для вкусовых клеток, назван гастдуцином (от лат. gustus — вкус). Когда сигнальная молекула активирует рецептор, происходит изменение его конформации и активация G-белка. В результате его субъединицы разделяются на две части: α-субъединицу и β/γ-димер. Обе части продолжают крепиться к мембране, но не связаны более с GPCR, а потому могут свободно перемещаться и взаимодействовать с другими мембранными белками.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Ольга Нижельская: Слушать рок после классики — это как поесть жареной картошки после японского ресторана Ольга Нижельская: Слушать рок после классики — это как поесть жареной картошки после японского ресторана

Ольга Нижельская: как усталость от чужих текстов побуждает написать свой

СНОБ
Ярчайшая Ярчайшая

О самой яркой звезде ночного неба — Сириусе

Наука и жизнь
Как самому проверить шины на брак: 6 неочевидных советов от эксперта шинного центра Как самому проверить шины на брак: 6 неочевидных советов от эксперта шинного центра

Признаки, которые укажут на брак автомобильной резины

ТехИнсайдер
Фюрер и дуче Фюрер и дуче

Между итальянским фашизмом и германским национал-социализмом есть разница

Дилетант
«Мне важно участвовать в чем-то нужном людям» «Мне важно участвовать в чем-то нужном людям»

Зачем герои Марка Эйдельштейна платят стриптизершам

Правила жизни
Пан товарищ Пан товарищ

Для многих в Польше и за её пределами Войцех Ярузельский был «главой хунты»

Дилетант
Обсессивно-компульсивное расстройство: что это такое, как распознать и чем лечить Обсессивно-компульсивное расстройство: что это такое, как распознать и чем лечить

Как распознать грань, после которой наши ритуалы мешают жить?

Psychologies
Око за оком Око за оком

Ослепление противников практиковалось с древнейших времён

Дилетант
Центральную Анатолию назвали местом одомашнивания овец Центральную Анатолию назвали местом одомашнивания овец

Скорее всего, люди одомашнили конийских муфлонов в Центральной Анатолии

N+1
Мир, который вместе видел нас Мир, который вместе видел нас

«Противостояние»: новая экранизация Юлиана Семенова

Weekend
Учёные рассказали, почему люди уверены в своей правоте, даже когда ошибаются Учёные рассказали, почему люди уверены в своей правоте, даже когда ошибаются

Почему люди полагают, будто у них уже есть вся информация для принятия решения

ТехИнсайдер
Андрей Соколов: «То, что я не попал в самолет, может быть, меня от чего-то спасло» Андрей Соколов: «То, что я не попал в самолет, может быть, меня от чего-то спасло»

«Говорю себе всегда так: что Бог ни делает, все к лучшему»

Коллекция. Караван историй
Такой разный стресс Такой разный стресс

Чем полезен и вреден стресс для организма?

Здоровье
Унюхал – беги: как трупный запах влияет на поведение человека Унюхал – беги: как трупный запах влияет на поведение человека

Как «запах смерти» мобилизует защитные механизмы в нашем организме

ТехИнсайдер
Когда прибывает поезд Когда прибывает поезд

Рассказ Ольги Брейнингер о желании сбежать из реального мира в иллюзорный

Правила жизни
Самец магота научился отпугивать сородичей хлопком в ладоши Самец магота научился отпугивать сородичей хлопком в ладоши

Магот из Леса обезьян в Рокамадуре изобрел новый для своего вида жест

N+1
Новый коллектив Новый коллектив

10 правил, чтобы быстро освоиться и стать своей в новом рабочем коллективе

Лиза
Всё напоказ Всё напоказ

Вспоминаем ярчайшие модные показы XXI века

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Что такое «кофейный сон» и кому он поможет Что такое «кофейный сон» и кому он поможет

Почему иногда привычная чашка кофе перестает бодрить?

Psychologies
Первая минута Первая минута

Как заставить начало разговора работать на результат

kiozk originals
Великое в малом Великое в малом

Мы сошли с проторенной дорожки и побывали в старинных маленьких городах

Лиза
Сила в слабости: как состарился самый критикуемый альбом Дрейка Сила в слабости: как состарился самый критикуемый альбом Дрейка

Почему Дрейк до сих пор остаётся на плаву?

Правила жизни
От Аристотеля до Альтмана: почему «эмерджентность» — ключевой термин для понимания ИИ От Аристотеля до Альтмана: почему «эмерджентность» — ключевой термин для понимания ИИ

Веками продолжавшиеся споры вокруг понятия эмерджентности

Forbes
Моя радость Моя радость

Как разные домашние животные проявляют свою любовь к хозяину

Лиза
Бот еще: чем опасна для бизнеса «забытая» автоматизация Бот еще: чем опасна для бизнеса «забытая» автоматизация

Не стоит забывать об одном риске IT-компании — «забытой» автоматизации

Forbes
Окно в Древний Рим Окно в Древний Рим

Как Петроний и Феллини сумели преодолеть время с помощью фрагментов культуры

Правила жизни
Кашель, прощай! Кашель, прощай!

Разнообразие причин кашля вызывает и разнообразие видов. Какие есть?

Лиза
Квазипериодические рентгеновские вспышки вновь связали с событиями приливного разрушения Квазипериодические рентгеновские вспышки вновь связали с событиями приливного разрушения

Астрономы обнаружили девять квазипериодических рентгеновских вспышек

N+1
Выгоды будь здоров Выгоды будь здоров

Всё больше компаний мотивируют своих сотрудников проходить диспансеризацию

Men Today
Открыть в приложении