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

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

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Тихо! Это роскошь Тихо! Это роскошь

В последние 20 лет тема роскоши вышла на первый план в дизайнерской среде

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Ярчайшая Ярчайшая

О самой яркой звезде ночного неба — Сириусе

Наука и жизнь
Синдром внезапной гениальности: почему о нем не стоит мечтать? Синдром внезапной гениальности: почему о нем не стоит мечтать?

Синдром внезапной гениальности плохо изученное, но вполне реальное состояние

Psychologies
Воззвание Минина Воззвание Минина

Картина Константина Маковского, изображавшая воззвание Минина

Дилетант
Без последствий Без последствий

Случайный секс и его неприятные последствия: о чем ты не знала?

Лиза
Звериный оскал капитализма Звериный оскал капитализма

Лихие девяностые в карикатурах журнала «Крокодил»

Автопилот
Сэкономьте на химчистке! Вот что нужно знать для стирки пальто и пуховика в домашних условиях Сэкономьте на химчистке! Вот что нужно знать для стирки пальто и пуховика в домашних условиях

Как постирать зимнюю верхнюю одежду дома?

ТехИнсайдер
Тупики победоносной войны Тупики победоносной войны

Причин для участия в подпольных движениях у португальских колоний было немного

Дилетант
Настоящая мягкая сила Настоящая мягкая сила

«На светлой стороне»: китайская история взросления в семи новеллах

Weekend
Озон под угрозой из космоса Озон под угрозой из космоса

Природные факторы, ослабляющие озоновый слой Земли

Санкт-Петербургский университет
Большая игра Большая игра

Куда БРИКС и G7 ведут глобальную экономику

Деньги
Мои отношения с языком Мои отношения с языком

Опыты практического билингвизма

Знание – сила
Кто не работает, тот не ест: как в СССР ловили тунеядцев и заставляли их трудиться Кто не работает, тот не ест: как в СССР ловили тунеядцев и заставляли их трудиться

Как в СССР боролись с теми, кто отказывался от труда по собственному желанию

ТехИнсайдер
Между нами тает лед Между нами тает лед

Михаил Сергачев о том, с чего начинался его собственный путь на льду

Men Today
Как платная трасса увеличивает экономический потенциал Самарской области Как платная трасса увеличивает экономический потенциал Самарской области

О перспективах развития платных дорог в РФ

РБК
Петербург будущего Петербург будущего

Зачем зодчим идти в народ и как опыт Рима применить к Шушарам?

Собака.ru
Палеогенетики прочитали ДНК представителя первых земледельцев Северного Кавказа Палеогенетики прочитали ДНК представителя первых земледельцев Северного Кавказа

Палеогенетики проанализировали геном представителя дарквети-мешоковской культуры

N+1
Станция биологического мониторинга качества воды Станция биологического мониторинга качества воды

Как пресноводные раки помогают ученым определять токсичность воды

Санкт-Петербургский университет
Как играть в шахматы с компьютером бесплатно: топ-5 популярных сервисов Как играть в шахматы с компьютером бесплатно: топ-5 популярных сервисов

Если у вас нет напарника для игры в шахматы, можно использовать ИИ

CHIP
Можно ли выстроить здоровые отношения с алкоголем? Можно ли выстроить здоровые отношения с алкоголем?

Как пить так, чтобы не развилась алкогольная зависимость?

Psychologies
«Я очень много придумал того, что уже было». Интервью с художником Александром Джикией «Я очень много придумал того, что уже было». Интервью с художником Александром Джикией

Художник Александр Джикия про свои сны, рисунки и стихотворения

СНОБ
Режиссер Никита Власов — о сериале «Комбинация», работе с Никитой Кологривым и экранизации Пушкина Режиссер Никита Власов — о сериале «Комбинация», работе с Никитой Кологривым и экранизации Пушкина

Никита Власов о мистике, Никите Кологривом, двух кусочках колбаски и Бетховене

СНОБ
Без денег, помощи и независимости: с какими проблемами сталкиваются женщины в селах Без денег, помощи и независимости: с какими проблемами сталкиваются женщины в селах

Как в современных селах живут обычные женщины?

Forbes
Сила в слабости: как состарился самый критикуемый альбом Дрейка Сила в слабости: как состарился самый критикуемый альбом Дрейка

Почему Дрейк до сих пор остаётся на плаву?

Правила жизни
Художник одной книги Художник одной книги

Художник Дмитрий Гутов: марксизм и художественнокритицизм

Weekend
«Джекпот»: криминальная комедия Александра Ханта про выигрыш и проигрыши «Джекпот»: криминальная комедия Александра Ханта про выигрыш и проигрыши

«Джекпот» — лучший фильм Александра Ханта

СНОБ
Африканские маски в Москве Африканские маски в Москве

Маски, затягивающие в свой потаенный запредельный мир колдовства и мистики…

Знание – сила
Вопрос цены Вопрос цены

Как формируются индексы сырьевых товаров

Деньги
Быки, медведи и плечи: словарик успешного инвестора Быки, медведи и плечи: словарик успешного инвестора

Про 15 базовых терминов, которые позволят вам стать Волком с Уолл-Стрит

Maxim
Открыть в приложении