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

Самый энергичный свет Самый энергичный свет

История открытия и некоторые факты о гамма-лучах

Наука и жизнь
Не всегда голодный: 7 художников, которые были невероятно богатыми при жизни Не всегда голодный: 7 художников, которые были невероятно богатыми при жизни

Художники, которые не только создавали шедевры, но и зарабатывали на них

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

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
«Мыльная опера» или «выдохшаяся газировка»: 8 типов расставаний и как их пережить «Мыльная опера» или «выдохшаяся газировка»: 8 типов расставаний и как их пережить

Как пережить расставание?

Psychologies
«Оправдываться не следует» «Оправдываться не следует»

Андропов был зол на тупоголовых генералов, совсем не думающих о большой политике

Дилетант
Субурбан-мобиль Субурбан-мобиль

Шок! Внедорожника Haval H5 выросло на удивление много!

Автопилот
Крутые повороты Крутые повороты

Переворот и революция, которые вывели Португалию на путь демократии

Дилетант
Что влияет на вашу репутацию? Ученые раскрыли секрет успешного сотрудничества! Что влияет на вашу репутацию? Ученые раскрыли секрет успешного сотрудничества!

Как поддерживать сотрудничество между людьми без опоры на социальные нормы?

ТехИнсайдер
Нобелевские премии по физике в контексте истории Нобелевские премии по физике в контексте истории

Как присуждалась Нобелевская премия по физике в начале XX века

Наука и жизнь
Вложения в чемпионство: как бывший fashion-инвестор создает топ-команду «Формулы-1» Вложения в чемпионство: как бывший fashion-инвестор создает топ-команду «Формулы-1»

Тактика канадского бизнесмена Лоуренс Стролла в «Формуле-1» и к чему она привела

Forbes
Страшное будущее. Тест-драйв первого в России Tesla Cybertruck Beast Страшное будущее. Тест-драйв первого в России Tesla Cybertruck Beast

Autonews.ru испытал самый мощный Tesla Cybertruck Beast в мире: плюсы и минусы

РБК
Вынеси это немедленно Вынеси это немедленно

7 предметов декора, которые выдают дурной вкус

Лиза
Витаминный десант Витаминный десант

Самые важные витамины и минералы для женщин, которые помогают не болеть

Лиза
Азбучные неистины Азбучные неистины

Перечислим несколько «азбучных истин» из учебников, опровергнутых временем

Вокруг света
Кир Булычев. Поперек реки Хронос Кир Булычев. Поперек реки Хронос

Чем Кир Булычев резко выделялся на фоне друзей и соратников по перу?

Знание – сила
Быки, медведи и плечи: словарик успешного инвестора Быки, медведи и плечи: словарик успешного инвестора

Про 15 базовых терминов, которые позволят вам стать Волком с Уолл-Стрит

Maxim
Проклятье отсталости и разворот фортуны Проклятье отсталости и разворот фортуны

Масштабная попытка анализа вековых разрывов в благосостоянии между странами

Монокль
45 способов изменить жизнь. Выберите для себя хотя бы 10 45 способов изменить жизнь. Выберите для себя хотя бы 10

Список привычек, которые помогают жить более полной, яркой и счастливой жизнью

Psychologies
Мужчины с высоким интеллектом надежнее при долгосрочных отношениях Мужчины с высоким интеллектом надежнее при долгосрочных отношениях

Как уровень интеллекта влияет на романтические отношения у мужчин?

ТехИнсайдер
«Монстры у порога» — о чем поговорить с вампиром и другими тварями «Монстры у порога» — о чем поговорить с вампиром и другими тварями

Что скрывается за образом вампира, есть ли самобытность у российских монстров?

СНОБ
Почему интернет перестает быть свободным и переходит к гиперконтролю Почему интернет перестает быть свободным и переходит к гиперконтролю

Какой будет новая этика для мессенджеров в условиях гиперконтроля интернета

Forbes
Азия в фокусе Азия в фокусе

Куда поехать осенью за теплом и морем – выбрали 5 достойных внимания направлений

Лиза
Чувствительная милиционерка Чувствительная милиционерка

«Сантош»: драма о невозможности правосудия

Weekend
Донорские кроветворные клетки оказались не склонны накапливать мутации после пересадки Донорские кроветворные клетки оказались не склонны накапливать мутации после пересадки

Клетки доноров оказались не склонны накапливать мутации

N+1
Смотри, не двинься Смотри, не двинься

5 сериалов с психотерапевтическим эффектом для мужчин (и не только)

Men Today
Перевести дух Перевести дух

Студенты готовы начать свое дело лишь через пять лет после окончания вуза

РБК
Всё напоказ Всё напоказ

Вспоминаем ярчайшие модные показы XXI века

RR Люкс.Личности.Бизнес.
«В реальности жести побольше» «В реальности жести побольше»

Зака Абдрахманова о своем дебюте «Папа умер в субботу»

Weekend
«Это все Агата»: атмосферный сериал Marvel о ведьмах-неудачницах «Это все Агата»: атмосферный сериал Marvel о ведьмах-неудачницах

Каким получился сериал «Это все Агата», словно созданный для осенних вечеров

Forbes
Как японский секонд-хенд завоевывает мир и помогает стране пережить инфляцию Как японский секонд-хенд завоевывает мир и помогает стране пережить инфляцию

Что, кому и за сколько продают секонд-хенды и почему в Японии их так много

Forbes
Открыть в приложении