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

В ожидании Меркурия В ожидании Меркурия

Меркурий единственная планета Солнечной системы без атмосферы с магнитным полем

Наука и жизнь
Взять вино на себя Взять вино на себя

Почему гибрид – это свобода, а электромобиль – скорее наоборот

Автопилот
Когда день не становится ночью Когда день не становится ночью

Что происходит, если сбиваются биологические часы организма?

Здоровье
Скрытые повреждения Скрытые повреждения

Хотя Франция отпустила Алжир, война её не отпускала и разъедала изнутри...

Дилетант
Слово главного редактора Слово главного редактора

Моя первая личная ассоциация со словом «капитал» — Карл Маркс

СНОБ
Курсовая работа: как выпускники психфака создали заметную школу data science Курсовая работа: как выпускники психфака создали заметную школу data science

Онлайн-школа karpov.courses начиналась как pet-проект выпускников психфака

Forbes
«Буквально держится на краске»: неочевидные факты о том, как сохраняют Эйфелеву башню «Буквально держится на краске»: неочевидные факты о том, как сохраняют Эйфелеву башню

Чем автомобильные выхлопы вредят Эйфелевой башне?

ТехИнсайдер
Экспорт сменил направления Экспорт сменил направления

Как российский бизнес с помощью господдержки осваивает новые рынки

Деньги
Выводы «белого человека» Выводы «белого человека»

Жак Сапир: размышления по по итогам определения лауреатов экономической премии

Монокль
Фитнес и иммунитет: не всё так однозначно Фитнес и иммунитет: не всё так однозначно

Почему любой вид фитнеса может привести к снижению иммунитета и болезням?

Здоровье
Несбыточная «четверка» Несбыточная «четверка»

Почему неадекватный таргет по инфляции является реальной проблемой

Монокль
Что такое «кофейный сон» и кому он поможет Что такое «кофейный сон» и кому он поможет

Почему иногда привычная чашка кофе перестает бодрить?

Psychologies
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
Ураган «Мария» вынудил геликонии сменить опылителей Ураган «Мария» вынудил геликонии сменить опылителей

Ураган «Мария» изменил состав опылителей у двух видов местных геликоний

N+1
История кино: почему в старых фильмах люди двигаются неестественно быстро? История кино: почему в старых фильмах люди двигаются неестественно быстро?

Почему в черно-белых фильмах у людей такие странные движения?

ТехИнсайдер
Женатые, недоступые, первые попавшиеся, не отвечающие взаимностью: как перестать влюбляться не в тех мужчин Женатые, недоступые, первые попавшиеся, не отвечающие взаимностью: как перестать влюбляться не в тех мужчин

Как перестать сближаться с теми, кто приносит лишь боль и разочарование?

Psychologies
Двое в городе Двое в городе

История встречи, любви и совместного бизнеса Иды Галич и Олега Ледвича

OK!
Бой с тенью Бой с тенью

Как съемки в сериале «Амура» помогли Алене Михайловой обрести себя

Grazia
Малая авиация без мифов и предрассудков Малая авиация без мифов и предрассудков

Что нужно сделать, чтобы стать частным пилотом в России?

РБК
Дорогу главной! Дорогу главной!

7 прав, которые у тебя есть при встрече с инспектором ГАИ

Лиза
Будь здоров, малыш! Будь здоров, малыш!

Ошибки, которые совершают родители, когда лечат насморк, отит или ангину у детей

Лиза
Город Геркулеса Город Геркулеса

Геркуланум уничтожило – и сохранило для нас – то же извержение Везувия

Вокруг света
Когда прибывает поезд Когда прибывает поезд

Рассказ Ольги Брейнингер о желании сбежать из реального мира в иллюзорный

Правила жизни
Истоки инсектофобии и арахнофобии, или Почему нас так пугают насекомые и членистоногие Истоки инсектофобии и арахнофобии, или Почему нас так пугают насекомые и членистоногие

Почему люди боятся крошечных насекомых?

ТехИнсайдер
И в горе, и в хорроре И в горе, и в хорроре

«Спи»: ужасы семейных ценностей

Weekend
«Павлин» взвесит кур на расстоянии «Павлин» взвесит кур на расстоянии

«Павлин Техно» разработала первый в мире метод бесконтактного взвешивания птиц

Монокль
Надежная защита Надежная защита

Как помочь организму ребенка подготовиться к холодам?

Лиза
Более половины зумеров считают критику в свой адрес на работе знаком личной неприязни Более половины зумеров считают критику в свой адрес на работе знаком личной неприязни

Зумеры воспринимает критику в свой адрес на работе как знак личной неприязни

Forbes
Алкоголик, мизогин, благородный узник ГУЛАГа: каким был поэт Николай Заболоцкий Алкоголик, мизогин, благородный узник ГУЛАГа: каким был поэт Николай Заболоцкий

О том, как Заболоцкий в ГУЛАГе стал примером человеческого достоинства

СНОБ
7 типов «мамочек», которые раздражают всех в родительских чатах 7 типов «мамочек», которые раздражают всех в родительских чатах

Кто бесит в родительских чатах больше всего?

Psychologies
Открыть в приложении