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
«Жарили рыбу, прибив к доске» «Жарили рыбу, прибив к доске»

Экспедиционные туры глазами повара, а точнее кока

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
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
О пользе интересной жизни О пользе интересной жизни

Чем интереснее мозгу жить, тем лучше он работает

Наука и жизнь
Что такое «изометрические упражнения» и почему они полезны Что такое «изометрические упражнения» и почему они полезны

Что такое изометрические тренировки и как они отличаются от динамических

ТехИнсайдер
Установка соединения Установка соединения

Зачем сращивать мозг с компьютером?

Вокруг света
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
Цезарь и Антоний Цезарь и Антоний

Великий полководец и политик Гай Юлий Цезарь погрузил Рим в гражданскую войну

Дилетант
Евгений Шмидт: «Многие используют Германию в целях обогащения» Евгений Шмидт: «Многие используют Германию в целях обогащения»

Правящая партия Германии сознательно проводит политику привлечения мигрантов

Монокль
Кострома: Личный опыт Кострома: Личный опыт

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

КАНТРИ Русская азбука
Новая модель ChatGPT o1: шаг вперед или не до конца проработанная революция? Новая модель ChatGPT o1: шаг вперед или не до конца проработанная революция?

ChatGPT o1 обещает стать большим прорывом в мире искусственного интеллекта

ТехИнсайдер
Углеродный след: правда ли, что самолеты «убивают» экологию сильнее других видов транспорта Углеродный след: правда ли, что самолеты «убивают» экологию сильнее других видов транспорта

Как авиация влияет на экологию и климат?

ТехИнсайдер
От стрелочных приборов до бортовых компьютеров: как развивалась авионика в самолетах От стрелочных приборов до бортовых компьютеров: как развивалась авионика в самолетах

Как менялись технологии авионики на протяжении веков

ТехИнсайдер
Моторный допинг: как велоспортсмены незаконно «прокачивают» свой байк Моторный допинг: как велоспортсмены незаконно «прокачивают» свой байк

Допинг в велоспорте: не только для спортсменов, но и для их байков

ТехИнсайдер
Актер Роман Маякин: мнение, что человек не меняется, считаю одним из самых глупых Актер Роман Маякин: мнение, что человек не меняется, считаю одним из самых глупых

Актер Роман Маякин — о собственном опыте в психотерапии и сериале «Триггер»

СНОБ
Срединный путь Срединный путь

Бюджетный кроссовер DFSK 500 пока на уровне топ-версий

Автопилот
Павел Попов. Прыгнуть в свой страх, чтобы победить Павел Попов. Прыгнуть в свой страх, чтобы победить

Почему сегодня модные фильмы и сериалы не обходятся без артиста Павла Попова?

Караван историй
От Джона Леннона до королевы Елизаветы: 10 знаменитых кадров фотографа Энни Лейбовиц От Джона Леннона до королевы Елизаветы: 10 знаменитых кадров фотографа Энни Лейбовиц

10 лучших снимков американского фотографа Энни Лейбовиц

Forbes
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
Кашель, прощай! Кашель, прощай!

Разнообразие причин кашля вызывает и разнообразие видов. Какие есть?

Лиза
Джим лежа Джим лежа

Героические истории со съемок первых фильмов великих режиссеров

Правила жизни
Унюхал – беги: как трупный запах влияет на поведение человека Унюхал – беги: как трупный запах влияет на поведение человека

Как «запах смерти» мобилизует защитные механизмы в нашем организме

ТехИнсайдер
Стили езды. 10 главных трендов автодизайна Стили езды. 10 главных трендов автодизайна

Встречайте десять ключевых направлений движения индустрии автодизайна

Men Today
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
Актриса Ирина Темичева: «Самая большая глупость, что я слышала, это то, что все мужчины изменяют» Актриса Ирина Темичева: «Самая большая глупость, что я слышала, это то, что все мужчины изменяют»

Актриса Ирина Темичева раскрывает секрет долгих и счастливых отношений

Maxim
Борьба с вирусом: как быстро вылечить простуду Борьба с вирусом: как быстро вылечить простуду

Когда простуду можно вылечить самостоятельно?

ТехИнсайдер
Вредно — и точка Вредно — и точка

Что такое трансжиры, и в каких продуктах они содержатся

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

Что отличает хорошего нейл-дизайнера от плохого?

VOICE
Конго тьмы Конго тьмы

Король Бельгии Леопольд II и кровавая история Конго

Знание – сила
Открыть в приложении