Как же работает орган вкуса? Как он различает вкусовые вещества? Главный структурный элемент вкусового анализатора вкусовой рецептор, который обладает свойством связывать молекулы с определенной конфигурацией и вызывать соответствующее ощущение.
Вкусовой анализатор является сложной морфофункциональной системой, обеспечивающей тонкий анализ химических раздражителей, действующих на органы вкуса животных. Анализатор состоит из собственного органа вкуса, проводниковых структур и центрального отдела в структурах продолговатого мозга, зрительных бугров и коры больших полушарий. Первичное распознавание вкусовых сигналов происходит на уровне хеморецепторов, а анализ вкусовых ощущенийв центральной нервной системе.
Установлено, что строгого соответствия между химическим строением молекулы вкусовых веществ и взаимодействием с вкусовым рецептором не существует. Только соленый и кислый вкус свойствен веществам определенных химических типов. Кислый вкус определяется концентрацией водородных ионов. При одинаковых рН слабая кислотаболее эффективный раздражитель, чем сильная. Соленым вкусом обладают различные соли, но только хлористый натрий имеет чистый соленый вкус без привкуса горечи или кислоты. При возрастании молекулярной массы неорганических солей их вкус меняется от соленого к горькому.
Наиболее выраженное несоответствие между строением и вкусом проявляется у сладких и горьких веществ. Ощущение горького определяется содержанием в молекуле парных группировокNO2, N, SH, CS и др. Сладкий вкус вызывают различные веществасахара, спирты, аминокислоты, белки и др.
Ранее было высказано предположение, что вкус ациклических полиолов (этандиола, глицерина и др.), которые по своей структуре сходны с сахарами, обусловлен числом гидроксильных групп в молекуле. Однако это мнение оказалось ошибочным. Так, полиолы с пятью гидроксильными группами (например, ксилит) оказались слаще, чем молекулы с шестью группами (например, сорбит), а вещества с одинаковым количеством групп (галактоза и глюкоза) значительно отличаются друг от друга по интенсивности вкуса.
Согласно гипотезе Шелленберга, которую он высказал в 1963 г., взаимодействие между вкусовым веществом и рецептором осуществляется за счет образования водородной связи, что обусловливает восприятие, а прочность связи ответственна за интенсивность ответа. Он пришел к выводу, что геометрическое расположение молекулы сладкого вещества, его конфигурация и конформация имеют важное значение для взаимодействия с рецептором и прочности образующегося комплекса. В дальнейшем было показано, что появление сладкого и горького вкусового ощущения определяется стереохимией молекулы вещества, вызывающего вкус. Удалось доказать, что сладкие вещества легко превратить в соединения, обладающие горьким вкусом. Эти данные позволили предположить, что вкусовые рецепторы имеют зоны для сладких и для горьких веществ, а молекулы сладких или горьких соединений могут взаимодействовать с каждой из них. Доказательством этому служил тот факт, что ощущение горького вкуса снижается после насыщения рецептора языка сахарозой. Аналогично сладкий вкус уменьшался после насыщения рецепторов хинином. На основании этого высказано предположение, что центры рецепторов, отвечающих за сладкий и горький вкус, должны находиться на расстоянии не более 0,30,4 нм друг от друга.
В настоящее время окончательно доказано, что сладкий вкус обусловлен формой и размерами вещества его молекулы, и от этих свойств зависит ее взаимодействие с рецепторами вкусовых сосочков в полости рта («Scientific American», 1990, 1). У многих искусственных сладких веществ в молекуле две кольцевые структуры, соединенные короткой цепочкой атомов, угол изгиба которой равен 900. Кольца лежат в одной плоскости, и молекула напоминает букву L. Если такую сладкую молекулу химически модифицировать, чтобы ее два кольца не находились в одной плоскости, то вещество становится безвкусным или горьким.
Было синтезировано несколько веществ с гибкой цепочкой, соединяющей кольцевые структуры так, чтобы они могли вращаться относительно друг друга. При этом они вначале ощущались как горькие, а потом как сладкие. Эти данные позволяют предсказывать вкусовые свойства вещества еще до того, как оно будет синтезировано.
Результат последних исследований в области молекулярной биологии и биохимии вкуса свидетельствуют, что для молекул каждого вкуса существует индивидуальный механизм контакта с рецепторной клеткой. В основном передача горького и сладкого вкуса осуществляется путем контакта с рецепторами ассоциированными с G-белком, в то время как передача соленого и кислого вкуса зависит от ионных каналов. Специфический G-белок трансдуцин, открытый профессором Робертом Маргольски, запускает в действие сложные механизмы биохимических реакций и усиливает сигналы, генерируемые клеткой для передачи в ЦНС. Однако не все виды горького вкуса передаются посредством зтого механизма. Горечь кофеина, например, передается посредством ингибирования фосфодиэстеразы рецепторной вкусовой клетки.
Временная блокада рецепторов горького вкуса даст возможность обманывать вкусовые ощущения, Разработкой веществ, обладающих такими свойствами, занимается биотехнологическая компания Linguagen Corporation из города Кренбери (штат Нью-Джерси), производя молекулярные соединения, способные блокировать горький вкус в пище, напитках и лекарствах. Роберт Маргольски, профессор физиологии, биофизики и фармакологии медицинского колледжа Mount Sinai в Нью-Йорке (США), а также один из основателей компании «Linguagen», провел несколько исследований, доказывающих возможность «блокировки горького вкуса при помощи таких специфических веществ, которые могут нарушать передачу информации о горьком вкусе на различных уровнях восприятия. Оказалось, что подобные вещества встречаются в естественных условиях, например, в грудном молоке матери. При добавлении в некоторые продукты так называемых «блокаторов горечи» последние избавляют их от неприятных оттенков вкуса. Предполагают, что это позволит в будущем наслаждаться мягким, некрепким вкусом кофе, не добавляя в него сливки, а грейпфрутовый сок станет сладким даже без сахара.
Вкусовой анализатор начинает функционировать с первых дней жизни ребенка. Уже в этот ранний период происходит дифференцированное восприятие различных вкусовых ощущений. И. П. Павлов считал, что химический вкусовой анализатор ротовой полости, расположенный на границе соприкосновения внутренней среды с внешней, является первым регулятором состава внутренней среды и, вероятно, значение вкусового анализатора в развитии метаболических нарушений многие годы недооценивалось, в частности при возникновении заболеваний, связанных с нарушением питания. Кроме того, доказано, что вкусовой анализатор может влиять на другие жизненно важные системы организма. После введения вкусовых веществ в ротовую полость наблюдается изменение ритма сердечных сокращений, величины кровяного давления, температуры кожных покровов, кровенаполнения сосудов головного мозга и конечностей. При этом установлено, что разные вкусовые вещества имеют свои особенности. Так, сладкие продукты вызывают рефлекторное расширение кровеносных сосудов и увеличивают кровенаполнение конечностей, снижают внутричерепное давление и повышают кожную температуру. С другой стороны, кислые вещества оказывают сосудосуживающее действие, снижают температуру тела, уменьшают кровенаполнение конечностей, повышают частоту пульса и величину кровяного давления. Это явление, вероятно, послужило основой для создания учения о «холодных» и «горячих» свойствах пищи в Восточной медицине.
Исходя из этих данных, можно сделать вывод, что постоянное избыточное воздействие на анализатор, который является важной частью нервной системы, может приводить к нарушению функционирования других систем организма. Привычка получать определенные вкусовые ощущения, удовлетворение этой привычки, могущей превратиться в потребность, является началом, первоисточником, ведущим к поступлению в организм тех пищевых продуктов, которые вызывают в последующем заболевание. Поэтому лечение подобных заболеваний и их профилактику необходимо проводить на уровне вкусового анализатора. Основная цель любого живого существа, предначертанная природой, это продление вида, размножение. Осуществляют эту цель три основных рефлексапищевой, половой и самосохранения. Основой для пищевого рефлекса, его формирования и развития являются вкусовые ощущения.