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
Возраст Гекаты: как женщине в возрасте 45+ принять и полюбить себя Возраст Гекаты: как женщине в возрасте 45+ принять и полюбить себя

Почему многих из нас так пугает возраст Гекаты, что мы отрицаем его?

Psychologies
«Окольцованная» Земля «Окольцованная» Земля

Где планеты находят свои кольца? Могли ли они быть и у Земли?

Наука и жизнь
На стыке эпох На стыке эпох

Элегантный классический интерьер с французским настроением

SALON-Interior
От поражения до победы От поражения до победы

Йом-кипур в Израиле отмечают практически все, даже не очень верующие люди

Дилетант
Вечная нефтяная зависимость Вечная нефтяная зависимость

История «голландской болезни» Венесуэлы

Деньги
Между всех огней Между всех огней

Период Директории УНР — важнейший этап в истории украинской нации

Дилетант
«Когда Бунина называют “русским Прустом”, мне хочется поправить: это Пруст — французский Бунин» — Андрей Новиков-Ланской о русском писателе и аристократе «Когда Бунина называют “русским Прустом”, мне хочется поправить: это Пруст — французский Бунин» — Андрей Новиков-Ланской о русском писателе и аристократе

Почему Бунин токсично отзывался о современниках

СНОБ
«Мир стремительно меняется, и мы — вместе с ним» «Мир стремительно меняется, и мы — вместе с ним»

Опорный банк госкорпорации «Ростех» Новикомбанк отмечает 30-летний юбилей

Деньги
Цифровой рубль — это просто Цифровой рубль — это просто

Как мы будем пользоваться новой формой национальной валюты

Монокль
Очень скучное кино: почему список рекомендуемых фильмов вряд ли понравится школьникам Очень скучное кино: почему список рекомендуемых фильмов вряд ли понравится школьникам

Почему список фильмов, рекомендованных для школьников, очень скучный

Forbes
Инновации в закрытом контуре Инновации в закрытом контуре

Что дают бизнесу частные сети связи PrLTE

РБК
От частного к личному От частного к личному

Оптимальный набор инвестора в условиях турбулентности

Деньги
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
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
4 шага, чтобы научиться ценить себя и признавать свои достижения 4 шага, чтобы научиться ценить себя и признавать свои достижения

Почему мы не ценим свои успехи и как наконец научиться это делать?

Psychologies
Утилистический прием Утилистический прием

Как Константин Вагинов изобрел безотходную переработку прошлого

Weekend
Малая авиация без мифов и предрассудков Малая авиация без мифов и предрассудков

Что нужно сделать, чтобы стать частным пилотом в России?

РБК
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
Юбилейный сезон — юбилейная премьера Юбилейный сезон — юбилейная премьера

Феликс Михайлов о работе над шоу и планах на юбилейный сезон ОK!

OK!
«Павлин» взвесит кур на расстоянии «Павлин» взвесит кур на расстоянии

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

Монокль
Коллекция осень-зима Коллекция осень-зима

Урок пейзажной фотосъемки — чтобы подойти к путешествиям во всеоружии

КАНТРИ Русская азбука
Нефтяные качели Нефтяные качели

Что происходит с ценой на углеводороды

Деньги
Необычайные приключения одной теории Необычайные приключения одной теории

Почему теория Дарвина не дает покоя стольким умам, профессиональным и досужим?

Знание – сила
«Для IPO рынок сейчас слишком спекулятивный» «Для IPO рынок сейчас слишком спекулятивный»

О том, как криптовалюты отбирают аудиторию у классических брокеров

Монокль
Как управлять через сигналы и не доводить до кризисов Как управлять через сигналы и не доводить до кризисов

Распространенные ошибки руководителей из книги «Менеджмент глазами ресторатора»

Forbes
Неиссякаемая Вера: что еще нужно знать о скульпторе Вере Мухиной Неиссякаемая Вера: что еще нужно знать о скульпторе Вере Мухиной

Вера Мухина: именно с ее именем ассоциируются знаковые символы СССР

Правила жизни
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
Третья форма денег Третья форма денег

В России стартовал второй этап проекта по использованию цифрового рубля

Деньги
Вы поразитесь! Вот для чего на самом деле была изобретена пузырчатая пленка Вы поразитесь! Вот для чего на самом деле была изобретена пузырчатая пленка

Раньше знаменитую «пупырку» использовали совершенно иначе

ТехИнсайдер
Открыть в приложении