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
Как отстирать белые носки без использования отбеливателя: 5 методов, проверенных временем Как отстирать белые носки без использования отбеливателя: 5 методов, проверенных временем

Сделать носки снова белоснежно чистыми не так уж и сложно!

ТехИнсайдер
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Аврора: «Возраст скрывают люди, неуверенные в себе» Аврора: «Возраст скрывают люди, неуверенные в себе»

Телеведущая Аврора о нутрициологии, блефаропластике и роли эндокринолога

Здоровье
Рим и германцы Рим и германцы

Встреча с варварами потрясла Рим, заставив изменить организацию римской армии

Дилетант
Все краски бизнеса Все краски бизнеса

В чем отставание от времени красных организаций и каковы перспективы бирюзовых

РБК
Легенда о старце Легенда о старце

Конспирологическая теория о связи старца Феодора Кузьмича и Александра I

Дилетант
9 худших вещей, которые может сделать мастер маникюра 9 худших вещей, которые может сделать мастер маникюра

Что отличает хорошего нейл-дизайнера от плохого?

VOICE
Цифровая лихорадка Цифровая лихорадка

С каждым годом майнинг биткоинов требует больше ресурсов, но не останавливается

ТехИнсайдер
«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
5 новых американских кроссоверов, которые появились в России. Фото и цены 5 новых американских кроссоверов, которые появились в России. Фото и цены

Какие новые американские кроссоверы привозят в Россию дилеры

РБК
Михаил Куницын: «Я всю ночь не спал в доме Орловой, думал, как спасти это все?» Михаил Куницын: «Я всю ночь не спал в доме Орловой, думал, как спасти это все?»

«Часть наследия Орловой все-таки оказалась в Бахрушинском музее»

Коллекция. Караван историй
Огромные бани с мозаичными полами найдены в древнеримском городе на Сицилии Огромные бани с мозаичными полами найдены в древнеримском городе на Сицилии

Археологи обнаружили термальные ванны в древнеримском городе Халеса Архонидеа

ТехИнсайдер
Абсент для горечи и картофель для текстуры — как приготовить идеальный джин-тоник Абсент для горечи и картофель для текстуры — как приготовить идеальный джин-тоник

Почему джин-тоник такой популярный, в каких пропорциях смешивать ингридиенты?

СНОБ
Десерт, который свел с ума весь мир: в чем феномен дубайского шоколада и как его приготовить Десерт, который свел с ума весь мир: в чем феномен дубайского шоколада и как его приготовить

В чем же секрет сладости, штурмом захватившей интернет, и каков ее рецепт?

ТехИнсайдер
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
«Мыльная опера» или «выдохшаяся газировка»: 8 типов расставаний и как их пережить «Мыльная опера» или «выдохшаяся газировка»: 8 типов расставаний и как их пережить

Как пережить расставание?

Psychologies
Игорь Бутман — о Московском джазовом оркестре и предстоящем туре Игорь Бутман — о Московском джазовом оркестре и предстоящем туре

Саксофонист Игорь Бутман — о современной музыке и ювелирном искусстве

РБК
«Это не игра в прятки с моей стороны» «Это не игра в прятки с моей стороны»

Владимир Мирзоев о своем «Преступлении и наказании»

Weekend
Когда спорт не на пользу Когда спорт не на пользу

Но излишнее рвение в спорте, особенно у начинающих, может обернуться проблемами

Лиза
Осознанный выбор или уловка маркетологов: какие товары мы покупаем в магазине Осознанный выбор или уловка маркетологов: какие товары мы покупаем в магазине

Что же движет человеком в супермаркете?

ТехИнсайдер
Особняк с историей Особняк с историей

Книга о доме, в котором родился Владимир Набоков

Санкт-Петербургский университет
Теплый ламповый криминал Теплый ламповый криминал

«Людвиг»: история робкого детектива в Кембридже

Weekend
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
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
Богатство не для всех Богатство не для всех

Почему в мире растет разрыв в доходах

РБК
Фирма веники вяжет Фирма веники вяжет

Вяжем веники в Суздале — центре притяжения адептов русской бани

КАНТРИ Русская азбука
Доппельбоди-хоррор Доппельбоди-хоррор

«Другой человек»: проблема двойников в эпоху бодипозитива

Weekend
Почему россияне так стремительно выгорают: новое исследование Почему россияне так стремительно выгорают: новое исследование

Профессиональное выгорание становится похожим на эпидемию

Psychologies
По следам Скарлетт Йоханссон По следам Скарлетт Йоханссон

Как Скарлетт Йоханссон сумела стать звездой независимого кино и вселенной Marvel

Караван историй
Открыть в приложении