Биологичен поглед върху миризмата и вкуса
1 Въпреки че те са различни сетива, миризмата и вкусът споделят свойства, които ги правят "химически сетива", тъй като техните стимули са молекули, които влизат в пряк контакт с рецепторите на техните клетки. Сензорни [1]. Същата тази функция на хеморецепция има като следствие общи общи принципи на работа. По този начин молекулите-стимули трябва да бъдат транспортирани до сетивните органи, чрез въздуха на дишането или аромата в случай на мирис, чрез слюнката в случай на вкус. Съществена стъпка и в двата случая е приемането на молекулите, генериращи миризми и аромати от протеини, рецепторите, които са в състояние да се свържат с тях, да ги разпознаят, да се активират в последствие и да предадат на клетките сензорен сигнал за това разпознаване.
2 Двете сензорни системи се отличават със свойствата на своите стимули. Молекулите на миризмите трябва да са летливи, за да бъдат транспортирани по въздух до сетивния орган, обонятелния епител, което предполага, че те имат доста ниско молекулно тегло. Сапидните молекули, стимулиращи вкусовия апарат на нивото на вкусовите пъпки на езиковите папили, се доставят от храната и се отнасят от слюнката; те могат да бъдат по-тежки. Трета химическа чувствителност, участваща във "вкуса", е представена от нерв в лицето, тригеминалния нерв, чиито влакна предават усещания като пикантността на горчица и чили или свежестта на ментола.
4 През последните петнадесет години бе постигнат значителен напредък в познаването на механизмите за приемане на молекули-стимули в двете сензорни системи. През 1991 г. неотдавнашните Нобелови лауреати по физиология и медицина, Ричард Аксел и Линда Бък, идентифицираха природата на одорантните рецептори [2]: протеини, принадлежащи към много голямо семейство рецепторни протеини, наричани "седем протеина. Трансмембранни домени, свързани с G протеини ”. По-късно, в началото на 2000-те, съответните екипи на двамата изследователи идентифицират вкусовите рецептори, участващи в разпознаването на молекули с горчив вкус и рецептори за сладък вкус. Рецепторите за сол и киселина вече бяха известни. Горчивите и сладки рецептори, макар и различни от обонятелните рецептори по последователността на техните аминокиселини, също принадлежат към голямото семейство протеини със седем трансмембранни домена.
5 Да се върнем към рецепторите на одоранти. Най-поразителната им характеристика е, че те са многобройни и разнообразни. Има около 1300 от тях при мишки и малко под 1000 при хора. Това са всички гени - около 3% от целия геном - които контролират техния синтез от сензорни клетки. Тяхната структура е известна само косвено, това се прави от последователността на техните гени. Всички те имат еднаква обща структура, но се различават една от друга по своите аминокиселинни последователности, които са особено променливи в някои региони на протеина, докато в други сегменти са по-постоянни. Молекулата може да активира рецептор само ако се свърже временно с него, което предполага, че намира регион на този рецептор, с който е в състояние да обменя връзки, подредени в адекватна триизмерна геометрия. Смята се, че местата за свързване на молекула-рецептор се намират в региони с най-променлив състав.
6 Богатството и разнообразието от рецептори трябва да се сравняват с много големия брой миризливи вещества, които могат да бъдат надарени със собственото си обонятелно качество, с миризмата си. Въпреки това броят на откриваемите и различими миризми все още е много по-голям от броя на рецепторите. Следователно не може да има строго съответствие между одорантна молекула, рецептор и миризма. От друга страна, от многобройни проучвания научаваме, че отделните рецептори не са тясно селективни. Те могат да бъдат активирани от няколко одоранта и един и същ одорант може да активира няколко различни вида рецептори. Това води до идеята, че всеки аромат е представен - понякога се казва: кодиран - от комбинация от активирани рецептори [3]. Можем също така да кажем, че той е представен от комбинация от възбудени сензорни клетки, тъй като всяка от тези клетки, които са неврони, има само един тип рецептор. Мозъкът придава определено качество - определена миризма - на всеки получен плуриневронен мотив, сравнява този мотив с други получени и запомнени, за да го разпознае и да му придаде афективна валентност.
7 Ситуацията с вкусовите рецептори е малко по-различна. Първо, те са по-малко на брой от одорантните рецептори: няколко десетки типа рецептори изглеждат достатъчни, за да разпознаят многото молекули, които въпреки разнообразието на молекулярната си структура имат горчив вкус [4]. Два гена кодират протеини, които участват в сладостта, но двата протеина се комбинират, за да образуват един рецептор. Това е и двукомпонентен рецептор, който при хората е най-вероятният кандидат за рецепторна роля за глутамат и няколко други молекули, които осигуряват този вкус, който японците наричат умами, което означава „вкусен“. (Глутаматът се съдържа във ферментиралия соев сос, а също и в месото, доматите, гъбите.) Към това трябва да се добавят няколко вида рецептори за киселина и сол, открити за по-дълго време. Дори ако други вкусови рецептори тепърва ще бъдат открити, много вероятно е крайният брой да бъде много по-нисък от този на одорантните рецептори.
8 Както при миризмата, вкусовите рецепторни клетки и нервните влакна, които провеждат сигналите си, нямат тясно селективна молекулярна чувствителност. Следователно, плуриневроналният механизъм за кодиране определя аромата. Освен това е възможно да се направи разлика между сладките вкусове на различните захари и горчивите вкусове на различните горчиви вещества. Въпреки това, трябва да се признае, че усещането за вкус се поддава по-добре от обонятелното на формирането на категории усещания. Въпреки много опити, никога не е било възможно да се класифицират миризмите по консенсусен начин, докато ние се разбираме достатъчно добре, за да разпознаем, ако не и класове вкусове, поне ограничен брой прототипични аромати като сладки. Захароза, горчивото от хинин, соленото на натриев хлорид, киселината на разредената солна киселина и напоследък вкусът на умами на глутамат.
10 Интересното е, че нашите най-близки братовчеди от примати, маймуните от Стария свят и антропоидните примати, също изпитват по-малко тежко (30%), но значително намаляване на броя на техните функционални обонятелни гени и следователно на техните миризливи рецептори. Но още едно генетично сетивно събитие се е случило при маймуните от Стария свят. То се отнася до зрението: това е придобиването на пълно трихроматично зрение. Не е доказано, че подобреното зрение е причина за спада на обонянието, но съвпадението на двете еволюционни промени е поразително. Може да се предположи, че подобрението на зрението е довело до намаляване на селекционния натиск върху обонятелната система, тъй като определени функции на обонянието могат да се предават чрез зрение. В края на краищата цветът на плода може да различи отдалеч зрелостта на този плод, колкото и миризмата му. В този случай влошаването на обонятелния ген може да няма сериозни последици за оцеляването на неговия носител и генът остава в популацията.