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

Премия за самый короткий импульс света Премия за самый короткий импульс света

Как электроны связаны с современной наукой?

Наука и жизнь
«Всю жизнь мне нравилось сочинять истории» «Всю жизнь мне нравилось сочинять истории»

Как любовь к кино определила карьеру режиссера и сценариста Никиты Власова

Правила жизни
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
28 вопросов, которые сближают с людьми 28 вопросов, которые сближают с людьми

Как создать условия, чтобы близкий человек открылся вам.

Psychologies
Предвестники жизни Предвестники жизни

На астероиде Рюгу найден компонент РНК

Наука
Климат каких стран лучше всего подходит для электромобилей Климат каких стран лучше всего подходит для электромобилей

Почему одинаковые электромобили по-разному проявляют себя в разных концах света

Maxim
Не сгинела Не сгинела

«Польша не погибла, покуда мы живы»

Дилетант
На этой реке убрали все каналы, защищавшие берег от наводнений. Наводнений стало меньше На этой реке убрали все каналы, защищавшие берег от наводнений. Наводнений стало меньше

Почему рекам возвращают естественные изгибы, омуты и пойменные земли

ТехИнсайдер
«Братский поцелуй» «Братский поцелуй»

Одна из самых известный фотографий сделана в ГДР, 7 октября 1979 года

Дилетант
Смотри, не двинься Смотри, не двинься

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

Men Today
Город, сбросивший историческую память Город, сбросивший историческую память

Архангельск: морозное процветание новой стабильности

Weekend
Как платная трасса увеличивает экономический потенциал Самарской области Как платная трасса увеличивает экономический потенциал Самарской области

О перспективах развития платных дорог в РФ

РБК
Валерия Федорович: «После «Кухни» мне ничего не страшно» Валерия Федорович: «После «Кухни» мне ничего не страшно»

Думала: что ему до моих проблем? А он отнесся ко мне по-человечески

Караван историй
Красиво, но опасно: 7 крайне ядовитых комнатных растений Красиво, но опасно: 7 крайне ядовитых комнатных растений

Не все комнатные цветы безобидны. Некоторые представляют серьезную опасность

ТехИнсайдер
Мои отношения с языком Мои отношения с языком

Опыты практического билингвизма

Знание – сила
«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
Экономическое поле экспериментов Экономическое поле экспериментов

Как полевые испытания на людях помогают экономическому развитию

N+1
Наука в фантастике: эпизоды истории Наука в фантастике: эпизоды истории

Как идея о других мирах стала плодотворной для жанра фантастики и для культуры

Наука и жизнь
«Белая дача». Чехов в Ялте «Белая дача». Чехов в Ялте

Почему Чехов решил построить себе дачу на юге?

Караван историй
«Я очень много придумал того, что уже было». Интервью с художником Александром Джикией «Я очень много придумал того, что уже было». Интервью с художником Александром Джикией

Художник Александр Джикия про свои сны, рисунки и стихотворения

СНОБ
Истина где-то здесь Истина где-то здесь

Вокруг этих мест ходит много таинственных слухов и даже леденящих душу рассказов

Лиза
Женская самоценность: 3 ступени к уверенности в себе Женская самоценность: 3 ступени к уверенности в себе

Женская уверенность в себе: из чего она состоит и можно ли её укрепить?

Psychologies
Юбилейный сезон — юбилейная премьера Юбилейный сезон — юбилейная премьера

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

OK!
Стартер не крутит: в чем причины и как завести машину Стартер не крутит: в чем причины и как завести машину

Все про неисправность стартера: из-за чего возникает, как устранить, опасно ли

РБК
Исследование: правильные цветовые решения в интерьере способны повысить самоконтроль людей Исследование: правильные цветовые решения в интерьере способны повысить самоконтроль людей

Как цветовые решения в архитектуре влияют на способность человека к самоконтролю

ТехИнсайдер
Зачем нам ловить нейтрино? Зачем нам ловить нейтрино?

Что удалось понять про нейтрино и как это было, — в беседе с Валерием Петковым

Наука и жизнь
Нескончаемая молодость Нескончаемая молодость

Как русский рок стал зацикленным на самом себе

Weekend
Вадим Тишин Вадим Тишин

Художник Вадим Тишин открывает невидимые миры и носит в сердце незабудку

Собака.ru
Историк о диалоге как пути мировой культуры Историк о диалоге как пути мировой культуры

Какую роль играет умение обращать свои мысли к собеседнику?

РБК
Приток восточных генов в Рим начался еще в эпоху Республики Приток восточных генов в Рим начался еще в эпоху Республики

Приток людей с восточными генами в Рим на 200 лет раньше, чем предполагалось

N+1
Открыть в приложении