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
В стиле кантри В стиле кантри

Особенности деревенского стиля и правила оформления для каждой комнаты

Лиза
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
Крёстная мать перестройки Крёстная мать перестройки

Маргарет Тэтчер лучше всех почувствовала возможность перелома в Советском Союзе

Дилетант
Всё под рукой Всё под рукой

Как правильно расставить бытовую технику на кухне

Лиза
Национальная бритва Национальная бритва

Как во Франции смертная казнь уровняла все сословия и преступления

Дилетант
Стили езды. 10 главных трендов автодизайна Стили езды. 10 главных трендов автодизайна

Встречайте десять ключевых направлений движения индустрии автодизайна

Men Today
«Сфера» развлечений «Сфера» развлечений

Летом 2023 года над Лас-Вегасом засветилась Луна и превратилась в огромный глаз

ТехИнсайдер
Новая физика рождается под землёй Новая физика рождается под землёй

Приключение за неуловимой нейтрино в недра Баксанской нейтринной обсерватории

Наука и жизнь
«Синдром Питера Пэна»: как понять, что ты имеешь дело с мужчиной, который так и не повзрослел «Синдром Питера Пэна»: как понять, что ты имеешь дело с мужчиной, который так и не повзрослел

Что такое синдром Питера Пэна и что делать, если твой партнер инфантилен?

VOICE
Крошечные наездники спасли от вымирания одну из самых редких птиц Крошечные наездники спасли от вымирания одну из самых редких птиц

Специалисты предотвратили вымирание одной из самых редких птиц мира

N+1
«Криминальному чтиву» Тарантино 30 лет. Вспоминаем, как создавался культовый криминальный роман «Криминальному чтиву» Тарантино 30 лет. Вспоминаем, как создавался культовый криминальный роман

«Криминальное чтиво»: создание и влияние культовой картины Тарантино

Правила жизни
Что прочитать, чтобы начать жизнь заново и поверить в себя: 3 бестселлера Что прочитать, чтобы начать жизнь заново и поверить в себя: 3 бестселлера

Книги, которые помогут по-новому взглянуть на то, что у нас уже есть сейчас

Psychologies
Андрей Пискунов: «Караван ESG, несмотря ни на что, идет вперед» Андрей Пискунов: «Караван ESG, несмотря ни на что, идет вперед»

Как IT-компании учатся быть устойчивыми и почему финансовый сектор не «зеленеет»

РБК
Как ученые пустили лазер в дело: 3D-принтеры и алкорамки Как ученые пустили лазер в дело: 3D-принтеры и алкорамки

Компания «Лазерные системы» из науки шагнула в прикладной мир бизнеса

Монокль
Скрытая угроза Скрытая угроза

Как распознать финансовый абьюз и защититься от него

Лиза
Капризная особа Капризная особа

Мастопатия: когда надо беспокоиться

Лиза
Палеонтологи нашли родственников европейских драконов-ольма в Казахстане Палеонтологи нашли родственников европейских драконов-ольма в Казахстане

У современных амфибий-драконов нашлись древние родственники

ТехИнсайдер
Кострома: Личный опыт Кострома: Личный опыт

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

КАНТРИ Русская азбука
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
Ярославль Ярославль

Что должно быть в вишлисте туриста, решившего посетить Ярославль?

КАНТРИ Русская азбука
Необычная история изобретения тату-машинок: при чем тут Томас Эдисон? Необычная история изобретения тату-машинок: при чем тут Томас Эдисон?

Кто придумал тату-машинку?

ТехИнсайдер
Средиземное море пересохло 5,5 миллионов лет назад, и почти все экосистемы погибли Средиземное море пересохло 5,5 миллионов лет назад, и почти все экосистемы погибли

На восстановления биоразнообразия в Средиземном море потребовалось 1,7 млн лет

ТехИнсайдер
Загадки Иеремии Позье: как в Эрмитаже реставрируют исторические драгоценности Загадки Иеремии Позье: как в Эрмитаже реставрируют исторические драгоценности

Из чего состоят реставрационные процессы в Эрмитаже и кто за них в ответе

Forbes
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
Любовь и Голубева Любовь и Голубева

Как на творческий метод Леоса Каракса повлияли отношения с Катериной Голубевой

Правила жизни
Вопрос цены Вопрос цены

Как формируются индексы сырьевых товаров

Деньги
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
Палеогенетики прочитали ДНК представителя первых земледельцев Северного Кавказа Палеогенетики прочитали ДНК представителя первых земледельцев Северного Кавказа

Палеогенетики проанализировали геном представителя дарквети-мешоковской культуры

N+1
Открыть в приложении