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

Наука и жизнь сто лет назад Наука и жизнь сто лет назад

Сто лет назад журналы писали о кроссвордах, партактиве и лечебных консервах

Наука и жизнь
Елена Попова: Главное в современной полярной экспедиции — не впасть в уныние Елена Попова: Главное в современной полярной экспедиции — не впасть в уныние

Елена Попова о том, как появилась ее дебютная работа

СНОБ
Новости Новости

Польза совместных обедов, а также влияние гаджетов на сон и молодость мозга

Здоровье
В гармонии с природой В гармонии с природой

Загородный дом в экостиле с элементами неоклассики

SALON-Interior
Самоубийство семьи бургомистра Самоубийство семьи бургомистра

«Кризис закончен. Орудия затихли. Кто знал, как нам стоит поступить?»

Дилетант
Плесень и заломы: какие вещи категорически нельзя хранить в вакуумных пакетах Плесень и заломы: какие вещи категорически нельзя хранить в вакуумных пакетах

Вакуумные пакеты подходят далеко не для всех типов одежды

ТехИнсайдер
Японцы представили 16-килограммовую робособаку с открытой архитектурой Японцы представили 16-килограммовую робособаку с открытой архитектурой

Робособаку MEVIUS можно собрать из коммерчески доступных компонентов

N+1
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
Новые книги о животных и растениях Новые книги о животных и растениях

Выбор Игоря Гулина в подборке новых книг о животных и растениях

Weekend
Улучшит работу мозга! Вот почему надо есть больше свеклы: интересные факты Улучшит работу мозга! Вот почему надо есть больше свеклы: интересные факты

Почему вам нужно обязательно включить свеклу в свой рацион?

ТехИнсайдер
Кто изобрел науку Кто изобрел науку

Разбираемся в почти детективной истории зарождения науки

Вокруг света
Лунный цветок Лунный цветок

Отправиться осенью в лес за красивыми растениями? Да!

Наука и жизнь
Ученые рассказали о «клетке Шрека» в мозге людей! Вот как она влияет на память Ученые рассказали о «клетке Шрека» в мозге людей! Вот как она влияет на память

Как отдельные клетки мозга в гиппокампе реагируют на имена известных людей

ТехИнсайдер
В авторском прочтении В авторском прочтении

Легкий, хрустальный интерьер в духе ар-деко

SALON-Interior
Ядовитая смесь: 5 пар чистящих средств, которые ни в коем случае нельзя смешивать Ядовитая смесь: 5 пар чистящих средств, которые ни в коем случае нельзя смешивать

Не пытайтесь примерить на себя роль химика: эта игра может закончиться печально

ТехИнсайдер
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
День апельсиновой битвы и праздник кур: самые необычные торжества разных народов мира День апельсиновой битвы и праздник кур: самые необычные торжества разных народов мира

Удивительные праздники со всех уголков мира

ТехИнсайдер
«…яже прозвася грамота Словеньская» «…яже прозвася грамота Словеньская»

Судьба одной из древнейших славянских азбук — глаголицы

Знание – сила
Российские дороги повернули на Восток Российские дороги повернули на Восток

Как будет развиваться транспортная инфраструктура страны

РБК
Новый Skoda Elroq нацелен на массового потребителя Новый Skoda Elroq нацелен на массового потребителя

Skoda выпустила бюджетный электро-кроссовер Elroq

4x4 Club
Инновации в закрытом контуре Инновации в закрытом контуре

Что дают бизнесу частные сети связи PrLTE

РБК
Как написаны «Старосветские помещики»: отрывок из книги Как написаны «Старосветские помещики»: отрывок из книги

Отрывок из книги «Базаров порезал палец»

СНОБ
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
Что происходит в мозге человека, когда он смотрит на шедевр Вермеера Что происходит в мозге человека, когда он смотрит на шедевр Вермеера

Ученые измерили реакцию мозга при просмотре картины Йоханнеса Вермеера

ТехИнсайдер
Патологии полости рта повысили риск нетрудоспособности и смерти Патологии полости рта повысили риск нетрудоспособности и смерти

13 характеристик здоровья полости рта связаны с риском недееспособности и смерти

N+1
Иду в отказ Иду в отказ

Как отказать мужчине, чтобы его не обидеть: 5 эффективных способов

Лиза
История развития морских беспилотников. Часть 3 История развития морских беспилотников. Часть 3

О создании подводного беспилотника Судного дня и о других морских беспилотниках

Наука и техника
Почему мы откладываем жизнь на потом? Почему мы откладываем жизнь на потом?

О синдроме отложенной жизни рассказывает психолог-консультант

Psychologies
ИИ наступает: что ждет российский агротех ИИ наступает: что ждет российский агротех

Зачем фермерам искусственный интеллект и беспилотники

Inc.
«В реальности жести побольше» «В реальности жести побольше»

Зака Абдрахманова о своем дебюте «Папа умер в субботу»

Weekend
Открыть в приложении