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
Как проверить скорость SSD на запись и чтение Как проверить скорость SSD на запись и чтение

Программы для проверки скорости работы твердотельного накопителя

CHIP
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Квантовая готовность: ждет ли бизнес новая технологическая революция Квантовая готовность: ждет ли бизнес новая технологическая революция

Существует риск проспать квантовую революцию, считает Андрей Скорочкин

Forbes
Блокчейн: прозрачное будущее человечества Блокчейн: прозрачное будущее человечества

Что принципиально нового принесет блокчейн в нашу жизнь?

Знание – сила
От частного к личному От частного к личному

Оптимальный набор инвестора в условиях турбулентности

Деньги
Энергия на длинную дистанцию Энергия на длинную дистанцию

Сможет ли управляемый термоядерный синтез заменить углеводородное топливо

Наука и жизнь
Из почти полезного напитка в отраву: почему вино превращается в уксус Из почти полезного напитка в отраву: почему вино превращается в уксус

Почему вино может стать кислым и непригодным к употреблению?

ТехИнсайдер
Красная пустыня Красная пустыня

Каракумский пробег как орудие советской пропаганды

Автопилот
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
Ковровая резня Ковровая резня

«Ужасающий-3»: масштабное возвращение клоуна-маньяка

Weekend
Femme Fatale Femme Fatale

Солистка Artik&Asti SEVILLE прочно закрепила за собой образ фэшн-дивы

OK!
Дорогу главной! Дорогу главной!

7 прав, которые у тебя есть при встрече с инспектором ГАИ

Лиза
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
Коллекция осень-зима Коллекция осень-зима

Урок пейзажной фотосъемки — чтобы подойти к путешествиям во всеоружии

КАНТРИ Русская азбука
Кострома: Личный опыт Кострома: Личный опыт

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

КАНТРИ Русская азбука
И в горе, и в хорроре И в горе, и в хорроре

«Спи»: ужасы семейных ценностей

Weekend
Антидворянец: Макс Линдер Антидворянец: Макс Линдер

Слухи и сплетни о визите легендарной кинозвезды Макса Линдера в Петербург

Правила жизни
Нажать «рестарт» Нажать «рестарт»

Камбэк и новый вектор развития бренда Victoria Andreyanova

Grazia
Субурбан-мобиль Субурбан-мобиль

Шок! Внедорожника Haval H5 выросло на удивление много!

Автопилот
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
Большая игра Большая игра

Куда БРИКС и G7 ведут глобальную экономику

Деньги
«Она смотрела на меня серьезно и опасливо всю дорогу, пока не задремала и не стала теплой». Отрывок повести Любы Макаревской «Март, октябрь, Мальва» «Она смотрела на меня серьезно и опасливо всю дорогу, пока не задремала и не стала теплой». Отрывок повести Любы Макаревской «Март, октябрь, Мальва»

Отрывок повести Любы Макаревской о взаимоотношениях человека и собаки

Правила жизни
Не колой единой Не колой единой

Вспоминаем вкус домашнего кваса, морсов и «газировки» из СССР

Лиза
Неуниверсальное средство: 8 вещей, которые категорически нельзя чистить пищевой содой Неуниверсальное средство: 8 вещей, которые категорически нельзя чистить пищевой содой

Использовать соду для чистки можно далеко не на всех поверхностях

ТехИнсайдер
Третья форма денег Третья форма денег

В России стартовал второй этап проекта по использованию цифрового рубля

Деньги
Он всё забывает! Он всё забывает!

Откуда у ребенка берутся проблемы с рабочей памятью и как ему помочь

Здоровье
Ловушки для шопоголиков Ловушки для шопоголиков

5 способов потерять деньги, покупая или продавая вещи в Интернете

Лиза
Афалины улыбнулись друг другу во время игры Афалины улыбнулись друг другу во время игры

Дельфины демонстрировали открытый рот и копировали мимику сородичей

N+1
«Я-ловушка» и еще 4 тренда дейтинг-приложений, которые ждут нас в 2025 году «Я-ловушка» и еще 4 тренда дейтинг-приложений, которые ждут нас в 2025 году

Пять тенденций в сфере знакомств, которые будут актуальны в 2025 году

Psychologies
Открыть в приложении