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

Дважды великий князь Дважды великий князь

Дмитрий Шемяка — умелый полководец и дипломат, который оказался забыт

Дилетант
Тень учителя Тень учителя

Василий Степанов о Мэгги Смит

Weekend
Даниил Галицкий, изворотливый король Даниил Галицкий, изворотливый король

В Галицко-Волынском княжестве монголы впервые не смогли взять одну из крепостей

Дилетант
Художник Константин Сутягин про средневековый реализм, счастье, чудо и Москву Художник Константин Сутягин про средневековый реализм, счастье, чудо и Москву

Художник Константин Сутягин — случайности в искусстве и средневековой традиции

СНОБ
Политическое крещение Политическое крещение

Что побудило закоренелого язычника и развратника перейти в христианскую веру?

Дилетант
Есть научное объяснение тому, почему у пчел соты не круглые, а в виде шестиугольников Есть научное объяснение тому, почему у пчел соты не круглые, а в виде шестиугольников

Пчелы, не зная математики, строят свои соты в форме шестиугольника. Почему?

ТехИнсайдер
Цифровой рубль — это просто Цифровой рубль — это просто

Как мы будем пользоваться новой формой национальной валюты

Монокль
Как Нобелевская премия по литературе становится проклятием для писателей Как Нобелевская премия по литературе становится проклятием для писателей

Нобелевская премия порой приносит с собой не только славу, но и крах карьеры

Psychologies
«Джеймс Уэбб» увидел растущую изнутри наружу галактику в ранней Вселенной «Джеймс Уэбб» увидел растущую изнутри наружу галактику в ранней Вселенной

Как космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил галактику в эпоху Реионизации

N+1
Вадим Тишин Вадим Тишин

Художник Вадим Тишин открывает невидимые миры и носит в сердце незабудку

Собака.ru
Секреты фокусировки: как избежать отвлечений и эффективно работать Секреты фокусировки: как избежать отвлечений и эффективно работать

Как развить навык сосредоточенности?

Psychologies
Можно ли выстроить здоровые отношения с алкоголем? Можно ли выстроить здоровые отношения с алкоголем?

Как пить так, чтобы не развилась алкогольная зависимость?

Psychologies
Кострома: Личный опыт Кострома: Личный опыт

Впечатления автотуристов из Москвы, которые приехали в Кострому на уик-энд

КАНТРИ Русская азбука
Как выбрать спорт, который вам точно подойдет: советы врача Как выбрать спорт, который вам точно подойдет: советы врача

На что важно обращать внимание при выборе спортивной активности

Psychologies
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
Стоит ли дружить с бывшим: рассуждения психолога Стоит ли дружить с бывшим: рассуждения психолога

Нужно ли поддерживать связь с тем, кого еще недавно любил?

Psychologies
Как зимой хранить электровелосипед, если его нельзя хранить никак: эти 4 совета вы редко где встретите Как зимой хранить электровелосипед, если его нельзя хранить никак: эти 4 совета вы редко где встретите

Как хранить электровелосипед, чтобы не повредить его аккумулятор?

ТехИнсайдер
Нобелевский комитет захвачен искусственным интеллектом Нобелевский комитет захвачен искусственным интеллектом

Главным героем Нобелевской недели-2024 стал искусственный интеллект

Монокль
Инвесторы сделали ставку Инвесторы сделали ставку

Приток капитала идет, но не на все рынки акций

Деньги
Ученые прошлого —   ученым настоящего Ученые прошлого —   ученым настоящего

Выпускники СПбГУ не раз становились лауреатами престижных премий

Санкт-Петербургский университет
Лекарство от дефицита Лекарство от дефицита

Как повышение производительности труда помогает компенсировать нехватку кадров

Деньги
Худеем по интуиции Худеем по интуиции

Надо ли заставлять себя есть брокколи и шпинат, если к ним не лежит душа?

Лиза
10 самых продаваемых Jeep за всю историю существования 10 самых продаваемых Jeep за всю историю существования

Культовые модели Jeep

4x4 Club
Настоящая мягкая сила Настоящая мягкая сила

«На светлой стороне»: китайская история взросления в семи новеллах

Weekend
Почему произошло извержение вулкана Хунга-Тонга в 2022 году Почему произошло извержение вулкана Хунга-Тонга в 2022 году

Что послужило причиной крупнейшего извержения вулкана в 2022 году?

ТехИнсайдер
Как сумчатые подделали хищников Как сумчатые подделали хищников

В Южном полушарии у саблезубых кошек были крайне экзотические аналоги

Наука и техника
Как общаться с партнером, чтобы не разрушить отношения Как общаться с партнером, чтобы не разрушить отношения

Почему мы не можем найти взаимопонимание в отношениях?

Psychologies
«Время жить»: мелодрама с Флоренс Пью о борьбе с болезнью и партнерских отношениях «Время жить»: мелодрама с Флоренс Пью о борьбе с болезнью и партнерских отношениях

«Время жить»: мелодрама, ставшая пособием по здоровым отношениям

Forbes
Владимир: А что вокруг? Владимир: А что вокруг?

Владимир, словно его исторический прототип Красно Солнышко, имеет мощные лучи

КАНТРИ Русская азбука
Вечная мания завоеваний Вечная мания завоеваний

Александр Великий: «разорванный» портрет героя

Знание – сила
Открыть в приложении