У вкуса гораздо меньше генов, кодирующих рецепторы в нашем геноме, чем у обоняния. У человека около четырехсот функциональных генов обонятельных рецепторов, на порядок меньше вкусовых. Однако это совсем не значит, что у нас узкий диапазон различаемых вкусов. Прежде чем оценить наши способности, важно понять, как небольшие молекулы, которые производят вкус, взаимодействуют со вкусовыми рецепторами. Порой совсем не так, как запахи.
Клетки, определяющие вкус (большинство из них), представляют собой довольно сложные объекты. Их мембраны усеяны мелкими молекулами, в том числе рецепторными белками, о которых мы уже говорили. Многие из этих белков надежно закреплены в мембране с помощью различного количества петель белка, сшивающих клетку. Другой вид встроенного в мембрану белка называется ионным каналом. Этот белок полностью оправдывает свое название, транспортируя ионы (атомы с электрическими зарядами), расположенные снаружи, внутрь клетки и наоборот. Есть и другие белки, встроенные в мембрану, но они не так важны для распознавания вкуса или запаха. Внутри клетки обязательно есть ядро и другие органеллы, которые поддерживают ее работу: митохондрии, вырабатывающие энергию, и эндоплазматический ретикулум, где синтезируются белки. А еще в этих клетках есть везикулы небольшие тела, или мешочки, которые собираются в той части, где нервный импульс передается нейрону для последующего соединения с мозгом. Везикулы переполнены нейротрансмиттерами маленькими молекулами, являющимися неотъемлемой структурой для передачи электрических сообщений от одной клетки к другой. Эти электрические сообщения называются потенциалами действия.
В главе 4 мы обсуждали, что вкусовые рецепторы распознают пять главных вкусов: соленый, сладкий, горький, кислый и умами. Распознавание каждой категории происходит благодаря разным небольшим молекулам или даже их частям, называемым ионами. Например, в составе поваренной соли (хлорида натрия, или NaCl) два компонента: атом натрия, у которого отсутствует электрон, и атом хлора, у которого отсутствует позитрон, благодаря чему атом натрия заряжен положительно (Na+), а атом хлора отрицательно (Cl-)[17]. Два иона свободно соединены посредством довольно слабой общей ионной связи. Мы чувствуем соленый вкус, когда положительно заряженный ион металла, входящий в состав соли (в случае поваренной соли это Na+), проходит через мембрану вкусовых клеток по ионному каналу, рассмотренному выше. Когда соль, например хлорид натрия, скапливается вокруг вкусовых сосочков, их внешние клетки насыщаются ионами Na+. Ионы Na+ быстро транспортируются через мембрану клетки по ионному каналу, который представляет собой небольшую порообразную «машину», перекачивающую ионы через мембрану. Когда в нервной клетке скапливается необходимое количество ионов Na+, происходит так называемая деполяризация, в процессе которой клетка засасывает по ионным каналам кальций. Атомы кальция[18] дважды положительно заряжены (Ca++), и они заставляют везикулы выпустить наружу содержимое. Множество молекул (они называются нейротрансмиттерами) выходит в пространство между вкусовыми клетками и прилегающими к ним нервными клетками, называемыми синапсами. Клетка должна как бы «перезагрузиться», то есть освободиться от всех положительных ионов внутри, поэтому, как только пузырьки сделали свою работу, ионные каналы возвращают весь калий внутрь клетки. Ионы калия (K+) заряжены положительно, и из-за этого сбрасывается заряд[19] внутри вкусовой клетки, создавая электрический заряд, или потенциал действия, который снова побуждает нервную систему к действию. Распознавание кислого вкуса происходит аналогично соленому[20].
Поскольку у всех кислот есть одна общая черта наличие в составе водорода с достаточно слабой связью, это способствует появлению ионов водорода (H+), которые вызывают ионные изменения внутри вкусовой клетки. Если это тот же самый механизм, спросите вы, то почему кислота не дает соленого вкуса? Оказывается, ионы H+ блокируют движение ионов K+ по ионным каналам, а вход в клетку других положительных ионов усиливают. Следовательно, соленый и кислый вкусы создаются разными видами ионных изменений, благодаря чему мы их и различаем[21]. Кроме того, при присутствии соединений кислот клеточные везикулы распознают наличие другого скопления положительных ионов, и при этом освобождаются только те везикулы, которые должны реагировать на H+. Как и в случае с соленым вкусом, клетке нужно «перезагрузиться»: везикулы высвобождают содержимое, каналы калия очищаются, а ионы К+ из клетки транспортируются наружу.
Поскольку у всех кислот есть одна общая черта наличие в составе водорода с достаточно слабой связью, это способствует появлению ионов водорода (H+), которые вызывают ионные изменения внутри вкусовой клетки. Если это тот же самый механизм, спросите вы, то почему кислота не дает соленого вкуса? Оказывается, ионы H+ блокируют движение ионов K+ по ионным каналам, а вход в клетку других положительных ионов усиливают. Следовательно, соленый и кислый вкусы создаются разными видами ионных изменений, благодаря чему мы их и различаем[21]. Кроме того, при присутствии соединений кислот клеточные везикулы распознают наличие другого скопления положительных ионов, и при этом освобождаются только те везикулы, которые должны реагировать на H+. Как и в случае с соленым вкусом, клетке нужно «перезагрузиться»: везикулы высвобождают содержимое, каналы калия очищаются, а ионы К+ из клетки транспортируются наружу.