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

Если на месте не сидится Если на месте не сидится

Все существа, начиная с самых первых, неустанно пытались обрести движение

Наука и жизнь
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
Медицинские новости Медицинские новости

Почему с возрастом растёт живот, а женщины чаще страдают от болей?

Здоровье
Бег по наклонной Бег по наклонной

Мог бы уровень современной науки позволить создать Человека-паука?

Вокруг света
На своем языке На своем языке

Как говорить, чтобы тебя услышали: техника осознанной речи

Лиза
Художник одной книги Художник одной книги

Художник Дмитрий Гутов: марксизм и художественнокритицизм

Weekend
«Всю жизнь мне нравилось сочинять истории» «Всю жизнь мне нравилось сочинять истории»

Как любовь к кино определила карьеру режиссера и сценариста Никиты Власова

Правила жизни
Горизонт провален Горизонт провален

«Королевство»: полудокументальная драма про выпускной

Weekend
Как общаться с партнером, чтобы не разрушить отношения Как общаться с партнером, чтобы не разрушить отношения

Почему мы не можем найти взаимопонимание в отношениях?

Psychologies
Множество измерений Множество измерений

Новый перевод эссе Чарльза Хинтона «Множество измерений»

Наука и жизнь
«Не могу ни спать, ни работать, пока муж в командировке» — это уже созависимость? «Не могу ни спать, ни работать, пока муж в командировке» — это уже созависимость?

Где грань между привязанностью и созависимыми отношениями

Psychologies
Проклятье отсталости и разворот фортуны Проклятье отсталости и разворот фортуны

Масштабная попытка анализа вековых разрывов в благосостоянии между странами

Монокль
Вредно — и точка Вредно — и точка

Что такое трансжиры, и в каких продуктах они содержатся

Лиза
«Самое важное в проекте – это оценка зрителей» «Самое важное в проекте – это оценка зрителей»

Как создавать сложные проекты и как устроена индустрия сериалов

Правила жизни
«Белая дача». Чехов в Ялте «Белая дача». Чехов в Ялте

Почему Чехов решил построить себе дачу на юге?

Караван историй
Зачем люди делают громкий выхлоп на машине Зачем люди делают громкий выхлоп на машине

Люди решили спросить спонсоров бессонницы и владельцев громкого выхлопа напрямую

Maxim
Кирилл Гребенщиков Кирилл Гребенщиков

Кирилл Гребенщиков об особенностях игры в сериале «Наследники. Дар крови»

Лиза
Азбучные неистины Азбучные неистины

Перечислим несколько «азбучных истин» из учебников, опровергнутых временем

Вокруг света
Филиппо Минелли: Не позволяю мнению людей влиять на то, что делаю Филиппо Минелли: Не позволяю мнению людей влиять на то, что делаю

Звезда международной арт-сцены Филиппо Минелли — о самых сложных проектах

СНОБ
Один из тех, кто «состарил» университет Один из тех, кто «состарил» университет

Кем был Григорий Тишкин, увеличивший возраст СПбГУ почти на 100 лет

Санкт-Петербургский университет
4 японских принципа, которые спасут вас от тревоги 4 японских принципа, которые спасут вас от тревоги

Как думаете, что можно назвать лучшим лекарством от тревожности?

Psychologies
Неизбывность сюжетов и снега: как прошел фестиваль «Маяк» Неизбывность сюжетов и снега: как прошел фестиваль «Маяк»

О программе фестиваля актуального российского кино «Маяк»

РБК
В мыле: краткая история стирки от древнего Вавилона до наших дней В мыле: краткая история стирки от древнего Вавилона до наших дней

Как и чем чистили ткани до того, как начали сыпать белый порошок в лоток машинки

Правила жизни
«Не отрекаются любя»: 5 популярных ретропесен, в которых поется о нездоровых отношениях «Не отрекаются любя»: 5 популярных ретропесен, в которых поется о нездоровых отношениях

Далеко не все ретропесни имеют позитивный, с точки зрения психологии, посыл

Psychologies
Эпоха гиперсвязности: как защитить IT-активы и не стать жертвой кибератак Эпоха гиперсвязности: как защитить IT-активы и не стать жертвой кибератак

Как эффективные технологии стали опасностью для IT-индустрии

Forbes
«Серьезно?!» ИК-обогреватель крутая штука, но он может быть опасен – как избежать вреда «Серьезно?!» ИК-обогреватель крутая штука, но он может быть опасен – как избежать вреда

Как пользоваться инфракрасными обогревателями

ТехИнсайдер
Дмитрий Суетенков: «Одна из причин неправильного прикуса – то, что люди всё реже используют зубы по назначению: всё меньше и меньше жуют» Дмитрий Суетенков: «Одна из причин неправильного прикуса – то, что люди всё реже используют зубы по назначению: всё меньше и меньше жуют»

Чем коварен неправильный прикус?

Здоровье
45 способов изменить жизнь. Выберите для себя хотя бы 10 45 способов изменить жизнь. Выберите для себя хотя бы 10

Список привычек, которые помогают жить более полной, яркой и счастливой жизнью

Psychologies
Почему капитанский мостик находится в корме, если с носа обзор лучше Почему капитанский мостик находится в корме, если с носа обзор лучше

Где должен быть установлен капитанский мостик — на корме или на носу корабля?

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
Открыть в приложении