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
Искусственный отбор: что не так с венчурными фондами в России Искусственный отбор: что не так с венчурными фондами в России

Почему российский венчурный рынок пока существенно отстает от мировых лидеров

Forbes
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Искусственный снег, джакузи из обычной ванны и еще 7 необычных применений для домашнего мини-компрессора Искусственный снег, джакузи из обычной ванны и еще 7 необычных применений для домашнего мини-компрессора

Ищем забавные способы использовать домашний мини-компрессор

ТехИнсайдер
Ареопаг против Хрущёва Ареопаг против Хрущёва

Властная элита СССР, которая тяжело поддавалась либерализации и реформаторству

Дилетант
Азия в фокусе Азия в фокусе

Куда поехать осенью за теплом и морем – выбрали 5 достойных внимания направлений

Лиза
Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога

Заниженная самооценка мешает нам строить здоровые отношения и карьеру

Psychologies
Как подготовить машину к зиме: советы экспертов Как подготовить машину к зиме: советы экспертов

Ценные советы, которые помогут защитить транспорт от зимних катаклизмов

Maxim
Рим и германцы Рим и германцы

Встреча с варварами потрясла Рим, заставив изменить организацию римской армии

Дилетант
Туристическая подлодка и летающий автомобиль: топ-5 забытых изобретений из СССР Туристическая подлодка и летающий автомобиль: топ-5 забытых изобретений из СССР

Рассказываем о 5 выдающихся, но забытых изобретениях Страны Советов

ТехИнсайдер
Нобелевский комитет захвачен искусственным интеллектом Нобелевский комитет захвачен искусственным интеллектом

Главным героем Нобелевской недели-2024 стал искусственный интеллект

Монокль
«Газпром»: спасение достояния «Газпром»: спасение достояния

Возможные направления программы развития крупнейшей российской газовой компании

Монокль
Будь как Элтон Джон: почему люди отказываются от новых смартфонов ради ретрогаджетов Будь как Элтон Джон: почему люди отказываются от новых смартфонов ради ретрогаджетов

Что такое цифровая усталость и почему люди переходят на кнопочные телефоны

Forbes
Вирусы: из врагов в союзники Вирусы: из врагов в союзники

Новые методы борьбы с онкологическими заболеваниями

Наука и техника
Третья форма денег Третья форма денег

В России стартовал второй этап проекта по использованию цифрового рубля

Деньги
Вадим Тишин Вадим Тишин

Художник Вадим Тишин открывает невидимые миры и носит в сердце незабудку

Собака.ru
Артериальное давление Артериальное давление

Что влияет на артериальное давление и можно ли его регулировать

Здоровье
Крюки на ногах позволили роботу ANYmal вскарабкаться по приставной лестнице Крюки на ногах позволили роботу ANYmal вскарабкаться по приставной лестнице

Скорость подъема ANYmal в 232 раза превосходит результаты других роботов

N+1
Фононы оказались главными виновниками теплового планарного эффекта Холла Фононы оказались главными виновниками теплового планарного эффекта Холла

Физики поставили под сомнение причины, по которым возникает эффект Холла

N+1
Судьба ливенца Судьба ливенца

«Дни пребывания армии около Эстонской границы были для войск ужасны»

Дилетант
Необычайные приключения одной теории Необычайные приключения одной теории

Почему теория Дарвина не дает покоя стольким умам, профессиональным и досужим?

Знание – сила
Цена слова Цена слова

Долгое время конфликт 1954–1962 годов оставался для Франции просто «событиями»

Дилетант
Фуры: каких размеров и видов они бывают и что в них перевозят Фуры: каких размеров и видов они бывают и что в них перевозят

Какими бывают фуры, сколько стоят, с какой категорией можно за руль?

РБК
Юбилейный сезон — юбилейная премьера Юбилейный сезон — юбилейная премьера

Феликс Михайлов о работе над шоу и планах на юбилейный сезон ОK!

OK!
Как платная трасса увеличивает экономический потенциал Самарской области Как платная трасса увеличивает экономический потенциал Самарской области

О перспективах развития платных дорог в РФ

РБК
Лера Попова Лера Попова

Серьезная художница Лера Попова старается не забывать про арт + фэшн-подход

Собака.ru
Чем привлекает SERES M7? Прежде всего запахом Чем привлекает SERES M7? Прежде всего запахом

Тест-драйв премиального китайского кроссовера SERES M7

4x4 Club
Несбыточная «четверка» Несбыточная «четверка»

Почему неадекватный таргет по инфляции является реальной проблемой

Монокль
Плюс в карму: зачем в России потратили 20 млрд рублей на пиар устойчивого развития Плюс в карму: зачем в России потратили 20 млрд рублей на пиар устойчивого развития

Почему бизнес стал больше тратить на ESG-повестку в медиа

Forbes
Счастье в отношениях: 4 этапа, которые проходит пара Счастье в отношениях: 4 этапа, которые проходит пара

Счастливые долгосрочные отношения: что они из себя представляют?

Psychologies
Открыть в приложении