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

Самый энергичный свет Самый энергичный свет

История открытия и некоторые факты о гамма-лучах

Наука и жизнь
Что такое овершеринг: причины этого явления и способы с ним справиться Что такое овершеринг: причины этого явления и способы с ним справиться

Почему некоторые люди склонны рассказывать о себе слишком много?

Psychologies
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Синяя акула выжила с пробитой меч-рыбой головой Синяя акула выжила с пробитой меч-рыбой головой

Первый случай, когда синюю акулу пронзила меч-рыба, и она выжила

N+1
«За антисоветскую агитацию и пропаганду» «За антисоветскую агитацию и пропаганду»

В 1987 году численность политических заключённых в СССР выглядела минимальной

Дилетант
Единственный протокол стимуляции тета-вспышками уменьшил симптомы шизофрении Единственный протокол стимуляции тета-вспышками уменьшил симптомы шизофрении

Стимуляция тета-вспышками снижает симптоматику у пациентов с шизофренией

N+1
Казус Донского Казус Донского

Как завещание Дмитрия Донского привело к междусобице на Руси

Дилетант
Совсем не «Круть»: почему Виктор Пелевин четвертый год пишет книги об одном и том же Совсем не «Круть»: почему Виктор Пелевин четвертый год пишет книги об одном и том же

«Круть»: почему эта книга Виктора Пелевина заставляет испытывать испанский стыд

Forbes
Ужасная красавица Ужасная красавица

Плотный облачный покров долго скрывал от людей настоящий характер этой планеты

ТехИнсайдер
В чем секрет долголетия? Все зависит от того, с кем вы проводите время В чем секрет долголетия? Все зависит от того, с кем вы проводите время

Почему социальные животные, как правило, живут дольше остальных?

ТехИнсайдер
Думать про далекое будущее: как женщины руководят НКО и решают социальные проблемы Думать про далекое будущее: как женщины руководят НКО и решают социальные проблемы

С чем сталкиваются женщины в кризисных ситуациях и где найти силы продолжать

Forbes
Опасные элементы Ржевского лесопарка Опасные элементы Ржевского лесопарка

Насколько высока концентрация металлов в грибах и почве Ржевского лесопарка?

Санкт-Петербургский университет
Страшное слово ОАС Страшное слово ОАС

Аббревиатура ОАС в начале 1960-х наводила ужас на всю Францию

Дилетант
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
Гений вне морали, или Смертоносная красота. Как Оскар Уайльд и эстетизм проиграли современному миру Гений вне морали, или Смертоносная красота. Как Оскар Уайльд и эстетизм проиграли современному миру

За что викторианская эпоха выбрала Уайльда козлом отпущения

СНОБ
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
У меня лапки: что такое вооруженная некомпетентность и почему удобно быть беспомощным У меня лапки: что такое вооруженная некомпетентность и почему удобно быть беспомощным

Как мнимая беспомощность оказывается оружием для защиты собственных интересов

Forbes
Рацион оптимистки Рацион оптимистки

Для подъема духа и снижения веса специалисты рекомендуют диету оптимистки

Лиза
Что такое думспендинг и почему люди тратят деньги на ненужные и бессмысленные вещи Что такое думспендинг и почему люди тратят деньги на ненужные и бессмысленные вещи

Думспендинг: что это за способ борьбы со стрессом и чем он опасен?

Forbes
Субурбан-мобиль Субурбан-мобиль

Шок! Внедорожника Haval H5 выросло на удивление много!

Автопилот
Скрытая угроза Скрытая угроза

Как распознать финансовый абьюз и защититься от него

Лиза
Будет вам наукой Будет вам наукой

Семь свежих исследований, чтобы вы держали руку на пульсе актуальных знаний

Men Today
Шерстяные аристократы: все самое важное и интересное, что следует знать о британских кошках Шерстяные аристократы: все самое важное и интересное, что следует знать о британских кошках

Чем британские коты отличаются от своих сородичей?

ТехИнсайдер
Какой стороной стелить фольгу — глянцевой или матовой? Вопрос, на который многие затрудняются ответить Какой стороной стелить фольгу — глянцевой или матовой? Вопрос, на который многие затрудняются ответить

Какой стороной фольги правильно оборачивать продукты — матовой или глянцевой?

ТехИнсайдер
Гаспар Ноэ: Я хочу создавать кино, которое пугает, вызывает эрекцию и заставляет плакать Гаспар Ноэ: Я хочу создавать кино, которое пугает, вызывает эрекцию и заставляет плакать

Интервью с Гаспаром Ноэ — о сексе, лени и идеальном кино

СНОБ
РПП /расстройство пищевого поведения/ РПП /расстройство пищевого поведения/

Когда погрешности в питании становятся симптомами РПП?

Grazia
Революция в камне: как ученые разработали бетон, способный топить снег и лед Революция в камне: как ученые разработали бетон, способный топить снег и лед

Чудо инженерии, способное без источников питания топить лед и снег

Inc.
Что за ураган «Милтон», который грозит разрушить США? Что за ураган «Милтон», который грозит разрушить США?

Ураган «Милтон» уже назвали самым разрушительным за столетие

Maxim
Через голову Через голову

Мы попробовали взглянуть на секс и оргазм глазами наших подруг

Men Today
Город-текст, пытающийся вырваться из своего контекста Город-текст, пытающийся вырваться из своего контекста

Екатеринбург: архитектура советского корпоративного проекта

Weekend
Открыть в приложении