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

Ярчайшая Ярчайшая

О самой яркой звезде ночного неба — Сириусе

Наука и жизнь
Однажды 20 лет спустя: может ли грузинская оппозиция повторить «революцию роз» Однажды 20 лет спустя: может ли грузинская оппозиция повторить «революцию роз»

Победа правящей в стране «Грузинской мечты» еще не окончательна

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

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Ирина Медведева: «Если кто-то думает, что у меня идеальная жизнь, — пусть так и считает» Ирина Медведева: «Если кто-то думает, что у меня идеальная жизнь, — пусть так и считает»

«Мне все улыбались. Франция — это страна улыбающихся людей»

Коллекция. Караван историй
О вкусах не спорят, или скованные одной цепью О вкусах не спорят, или скованные одной цепью

На любой органический ресурс обязательно найдётся свой потребитель

Наука и жизнь
Что они несут Что они несут

Многие из образов киноперсонажей определяют моду на десятилетия вперед

Men Today
Гита, жена Мономаха Гита, жена Мономаха

Первой женой Мономаха была дочь Гарольда Годвинсона, павшего при Гастингсе

Дилетант
Что такое эффект Стрейзанд: как работать с компроматами Что такое эффект Стрейзанд: как работать с компроматами

Эффект Стрейзанд: что это такое и можно ли с ним совладать?

Psychologies
Есть свет для бедных и свет для богатых Есть свет для бедных и свет для богатых

Правда ли, что человечество слепнет, и можно ли вернуть зрение слепому человеку?

Наука
Дожди еще впереди: как выбрать качественный зонт, который не подведет в плохую погоду Дожди еще впереди: как выбрать качественный зонт, который не подведет в плохую погоду

На какие факторы нужно обращать внимание при покупке зонта

ТехИнсайдер
Две трети ключевых зон биоразнообразия в тропиках столкнулись с новым уровнем жары Две трети ключевых зон биоразнообразия в тропиках столкнулись с новым уровнем жары

66% зон в мировых тропических лесах испытывают новые температурные режимы

N+1
Секты, инфоцыганство, мошенничество: о чем новый фильм Ксении Собчак «Осторожно, коучи» Секты, инфоцыганство, мошенничество: о чем новый фильм Ксении Собчак «Осторожно, коучи»

В рамках кинофестиваля «Горький Fest» прошел показ фильма «Осторожно, коучи»

Psychologies
Курс на Восток Курс на Восток

Интерьер как портрет владелицы с учётом принципов древнеиндийской философии

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Рождение матрешки Рождение матрешки

Секреты создания матрешек от фабрики из Сергиева Посада

КАНТРИ Русская азбука
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
Станция «Кузнечное» Станция «Кузнечное»

Кузнечное дело во Владимире с инструкцией по выковке гвоздя

КАНТРИ Русская азбука
«Мне хотелось уйти от своей интеллигентности» «Мне хотелось уйти от своей интеллигентности»

О съемках и потребности играть антагонистов — в беседе с актером Павлом Поповым

OK!
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
Ольга Смирнова: «Я всегда говорю: люди воспринимают друг друга не по одежке, а по энергетике» Ольга Смирнова: «Я всегда говорю: люди воспринимают друг друга не по одежке, а по энергетике»

«Сегодня ты звезда, а через месяц тебя сменят другие»

Коллекция. Караван историй
Юра Борисов и Макар Хлебников пускаются в бега под хит «Кино». Какой получилась драма «Кончится лето»? Юра Борисов и Макар Хлебников пускаются в бега под хит «Кино». Какой получилась драма «Кончится лето»?

Владимир Мункуев и Максим Арбугаев создают мужскую версию «Тельмы и Луизы»

Правила жизни
Дорожные «Карты»: почему «Яндекс» чуть не закрыл «Навигатор» Дорожные «Карты»: почему «Яндекс» чуть не закрыл «Навигатор»

В 2021–2022 годах «Яндекс» рассматривал возможность закрытия «Навигатора»

Forbes
Femme Fatale Femme Fatale

Солистка Artik&Asti SEVILLE прочно закрепила за собой образ фэшн-дивы

OK!
Искусство соединять Искусство соединять

Пентхаус с нестандартной планировкой и смелыми сочетаниями фактур

SALON-Interior
По следам ушедшей эпохи По следам ушедшей эпохи

Реконструкция уникальной исторической квартиры в стиле ар-нуво

SALON-Interior
Трапа нет, багаж с собой: откуда у большого советского лайнера Ил-86 эти 3 странные особенности Трапа нет, багаж с собой: откуда у большого советского лайнера Ил-86 эти 3 странные особенности

​​​​​​​Все пассажирские самолеты устроены примерно одинаково, но не Ил-86

ТехИнсайдер
Что делать, если выбрал не ту профессию: 3 рекомендации от профориентолога Что делать, если выбрал не ту профессию: 3 рекомендации от профориентолога

Как построить новую успешную карьеру, если со старой не сложилось?

Psychologies
К чему снятся крысы: толкование образа по сонникам и мнение психолога К чему снятся крысы: толкование образа по сонникам и мнение психолога

Процветание и изобилие или предательство и подлость — к чему снятся крысы?

Psychologies
Вынеси это немедленно Вынеси это немедленно

7 предметов декора, которые выдают дурной вкус

Лиза
Квантовая готовность: ждет ли бизнес новая технологическая революция Квантовая готовность: ждет ли бизнес новая технологическая революция

Существует риск проспать квантовую революцию, считает Андрей Скорочкин

Forbes
4 признака того, что у партнера еще не угасли чувства к бывшей 4 признака того, что у партнера еще не угасли чувства к бывшей

Почему неразорванные эмоциональные связи могут погубить ваши отношения

Psychologies
Открыть в приложении