Smakreceptor
| Smakreceptor 2 | |
|---|---|
 Smakreceptorer på tungan finns i papillernas smaklökar.
| |
| Identifierare | |
| FMA | 84662 |
| Anatomisk terminologi | |
En smakreceptor eller smakämne är en typ av cellulär receptor som underlättar smakkänslan . När mat eller andra ämnen kommer in i munnen interagerar molekyler med saliv och är bundna till smakreceptorer i munhålan och andra platser. Molekyler som ger en smakkänsla anses vara "saftiga".
Smakreceptorer för ryggradsdjur är indelade i två familjer: [ citat behövs ]
- Typ 1, söt , först karakteriserad 2001: TAS1R2 – TAS1R3
- Typ 2, bitter , först karakteriserad 2000: Hos människor finns det 25 kända olika bittra receptorer, hos katter finns det 12, hos kycklingar finns det tre, och hos möss finns det 35 kända olika bittra receptorer.
Visuell, olfaktiv, "sapictiv" (uppfattningen av smaker), trigeminus (het, kall), mekanisk, alla bidrar till uppfattningen av smak . Av dessa är vanilloida receptorer av underfamilj V medlem 1 ( TRPV1 ) övergående receptorpotentiell katjonkanal ansvariga för uppfattningen av värme från vissa molekyler som kapsaicin, och en CMR1-receptor är ansvarig för uppfattningen av kyla från molekyler som mentol , eukalyptol , och icilin .
Vävnadsfördelning
Smaksystemet består av smakreceptorceller i smaklökarna . Smaklökar finns i sin tur i strukturer som kallas papiller . Det finns tre typer av papiller inblandade i smaken: fungiform papiller , foliate papiller och circumvalate papiller . (Den fjärde typen - filiforma papiller innehåller inga smaklökar). Utöver papillerna finns smakreceptorer också i gommen och tidiga delar av matsmältningssystemet som struphuvudet och övre matstrupen . Det finns tre kranialnerver som innerverar tungan; vagusnerven , glossopharyngealnerven och ansiktsnerven . _ Glossofaryngealnerven och chorda tympani - grenen av ansiktsnerven innerverar smakreceptorerna TAS1R och TAS2R. Utöver smakreceptorerna på tungan är tarmepitelet också utrustat med ett subtilt kemosensoriskt system som kommunicerar sensorisk information till flera effektorsystem involverade i regleringen av aptit, immunsvar och gastrointestinal motilitet
År 2010 hittade forskare bittra receptorer i lungvävnaden, som gör att luftvägarna slappnar av när ett bittert ämne påträffas. De tror att denna mekanism är evolutionärt adaptiv eftersom den hjälper till att rensa lunginfektioner, men kan också utnyttjas för att behandla astma och kronisk obstruktiv lungsjukdom .
Den söta smakreceptorn (T1R2/T1R3) kan hittas i olika extraorala organ i hela människokroppen såsom hjärnan, hjärtat, njurarna, urinblåsan, nasalt andningsepitel och mer. I de flesta organ är receptorfunktionen oklar. Den söta smakreceptorn som finns i tarmen och i bukspottkörteln visade sig spela en viktig roll i den metaboliska regleringen av tarmens kolhydratavkännande process och i insulinutsöndringen. Denna receptor finns också i urinblåsan, vilket tyder på att konsumtion av konstgjorda sötningsmedel som aktiverar denna receptor kan orsaka överdriven sammandragning av urinblåsan.
Fungera
Smak hjälper till att identifiera toxiner , bibehålla näring och reglera aptit, immunsvar och gastrointestinal motilitet. Fem grundläggande smaker är kända idag: salt, sött, bittert, surt och umami . Salta och sura smakupplevelser detekteras båda genom jonkanaler . Söt, bitter och umamismak upptäcks dock med hjälp av G-proteinkopplade smakreceptorer.
Dessutom kan vissa medel fungera som smakmodifierare , som mirakulin eller curculin för sött eller sterubin för att maskera bittert .
Handlingsmekanism
Standarden för bitter, söt eller umami smakreceptor är en G-proteinkopplad receptor med sju transmembrandomäner . Ligandbindning vid smakreceptorerna aktiverar andra budbärarkaskader för att depolarisera smakcellen. Gustducin är den vanligaste smak-Gα-subenheten, som har en viktig roll i TAS2R-mottagning av bitter smak. Gustducin är en homolog för transducin , ett G-protein involverat i syntransduktion. Dessutom delar smakreceptorer användningen av TRPM5-jonkanalen, såväl som en fosfolipas-PLCβ2.
Salta eller glutamater (Umami)
TAS1R1 + TAS1R3 heterodimerreceptorn fungerar som en umamireceptor som svarar på L- aminosyrabindning , speciellt L- glutamat . Umamismaken är oftast förknippad med livsmedelstillsatsen mononatriumglutamat (MSG) och kan förstärkas genom bindning av inosinmonofosfat (IMP) och guanosinmonofosfat ( GMP) molekyler. TAS1R1+3-uttryckande celler finns mestadels i svampformiga papiller vid spetsen och kanterna av tungan och smakreceptorceller i gommen i munnen. Dessa celler visar sig synapsera på chorda tympani- nerverna för att skicka sina signaler till hjärnan, även om viss aktivering av glossopharyngealnerven har hittats.
Alternativa kandidat-umami-smakreceptorer inkluderar splitsningsvarianter av metabotropa glutamatreceptorer, mGluR4 och mGluR1 , och NMDA-receptorn .
Under utvecklingen av sångfåglar har umamismakreceptorn genomgått strukturella modifieringar i ligandbindningsstället, vilket gör det möjligt för dessa fåglar att känna den söta smaken av denna receptor.
Ljuv
TAS1R2 + TAS1R3 heterodimerreceptorn fungerar som den söta receptorn genom att binda till en mängd olika sockerarter och sockerersättningar . TAS1R2+3-uttryckande celler finns i cirkumvallatpapiller och bladpapiller nära baksidan av tungan och gomsmaksreceptorceller i munnen. Dessa celler har visat sig synapsera på nerverna chorda tympani och glossopharyngeal nerver för att skicka sina signaler till hjärnan. TAS1R3- homodimeren fungerar också som en söt receptor på ungefär samma sätt som TAS1R2+3 men har minskad känslighet för söta ämnen. Naturliga sockerarter upptäcks lättare av TAS1R3- receptorn än sockerersättningar . Detta kan hjälpa till att förklara varför socker och konstgjorda sötningsmedel har olika smak. Genetiska polymorfismer i TAS1R3 förklarar delvis skillnaden i söt smakuppfattning och sockerkonsumtion mellan personer av afroamerikansk härkomst och personer av europeiska och asiatiska härkomster.
Känslan av den söta smaken har förändrats under utvecklingen av olika djur. Däggdjur känner av den söta smaken genom att överföra signalen genom heterodimeren T1R2/T1R3, den söta smakreceptorn. Hos fåglar finns dock inte T1R2-monomeren och de känner av den söta smaken genom heterodimeren T1R1/T1R3, umamismakreceptorn, som har genomgått modifieringar under sin utveckling. En nyligen genomförd studie visade att under sångfåglarnas utvecklingsstadier fanns en minskning av förmågan att känna av umamismaken och en ökning av förmågan att känna av den söta smaken, medan den ursprungliga sångfågelföräldern bara kunde känna av umamismaken. Forskare fann en möjlig förklaring till detta fenomen som en strukturell förändring i ligandbindningsstället för umamireceptorn mellan de söta smakkännande och icke-kännande sångfåglarna. Det antas att en mutation i bindningsstället inträffade med tiden, vilket gjorde att de kunde känna av den söta smaken genom umamismakreceptorn.
Bitter
TAS2R-proteinerna ( InterPro : IPR007960 ) fungerar som bitter smakreceptorer. Det finns 43 humana TAS2R- gener, som var och en (exklusive de fem pseudogenerna ) saknar introner och koder för ett GPCR -protein. Dessa proteiner, till skillnad från TAS1R-proteiner, har korta extracellulära domäner och är belägna i cirkumvallat papiller , gom , bladpapiller och epiglottis smaklökar, med reducerat uttryck i svampformade papiller . Även om det är säkert att flera TAS2R uttrycks i en smakreceptorcell, diskuteras det fortfarande om däggdjur kan skilja mellan smakerna hos olika bittra ligander . Viss överlappning måste dock förekomma, eftersom det finns mycket mer bittra föreningar än det finns TAS2R-gener. Vanliga bittra ligander inkluderar cykloheximid , denatonium , PROP ( 6- n -propyl-2-tiouracil ), PTC ( fenyltiokarbamid ) och β- glukopyranosider .
Signaltransduktion av bittra stimuli åstadkoms via a-subenheten av gustducin . Denna G-proteinsubenhet aktiverar ett smakfosfodiesteras och minskar cykliska nukleotidnivåer . Ytterligare steg i transduktionsvägen är fortfarande okända. βγ-subenheten av gustducin medierar också smak genom att aktivera IP 3 ( inositoltrifosfat ) och DAG ( diglycerid ). Dessa andra budbärare kan öppna gated jonkanaler eller kan orsaka frisättning av internt kalcium . Även om alla TAS2Rs är lokaliserade i celler som innehåller gustducin, eliminerar inte knockout av gustducin fullständigt känsligheten för bittra föreningar, vilket tyder på en överflödig mekanism för bitter smak (föga förvånande med tanke på att en bitter smak i allmänhet signalerar närvaron av ett toxin ) . En föreslagen mekanism för gustducin-oberoende bitter smak är via jonkanalinteraktion av specifika bittra ligander, liknande jonkanalinteraktionen som sker vid smak av sura och salta stimuli.
Ett av de bäst undersökta TAS2R-proteinerna är TAS2R38 , som bidrar till smakningen av både PROP och PTC. Det är den första smakreceptorn vars polymorfismer visar sig vara ansvarig för skillnader i smakuppfattning. Aktuella studier är fokuserade på att bestämma andra sådana smakfenotypbestämmande polymorfismer. Nyare studier visar att genetiska polymorfismer i andra bitter smakreceptorgener påverkar bitter smakuppfattning av koffein, kinin och denatoniumbensoat.
Det har visats att bitterhetsreceptorer (TAS2R) spelar en viktig roll i ett medfött immunsystem i luftvägarna ( näsa och bihålor ) cilierade epitelvävnader . Detta medfödda immunsystem lägger till en "aktiv fästning" till den fysiska immunsystemets ytbarriär. Detta fixerade immunsystem aktiveras genom bindning av ligander till specifika receptorer. Dessa naturliga ligander är bakteriella markörer, till exempel TAS2R38 : acyl-homoserin laktoner eller kinoloner producerade av Pseudomonas aeruginosa . För att försvara sig mot rovdjur har vissa växter producerat efterliknade bakteriella markörämnen. Dessa växtmimer tolkas av tungan och hjärnan som bitterhet . De fixerade immunsystemets receptorer är identiska med de bittra smakreceptorerna , TAS2R. Bitterhetsämnen är agonister för TAS2R fixerade immunsystem. Det medfödda immunförsvaret använder kväveoxid och defensiner som kan förstöra bakterier och även virus. Dessa fasta medfödda immunsystem (Active Fortresses) är kända i andra epitelvävnader än övre luftvägarna ( näsa , bihålor , luftstrupe , bronkier ), till exempel: bröst (mammarepitelceller), tarm och även mänsklig hud (keratinocyter) bittra molekyler, deras associerade bitter smakreceptorer, och sekvenserna och homologimodellerna för bitter smakreceptorer, är tillgängliga via BitterDB .
Sur
Historiskt trodde man att den sura smaken producerades enbart när fria vätejoner (H + ) direkt depolariserade smakreceptorer. Men nu föreslås specifika receptorer för sur smak med andra verkningsmetoder. HCN-kanalerna var ett sådant förslag; eftersom de är cykliska nukleotidstyrda kanaler. De två jonkanaler som nu föreslås bidra till sur smak är ASIC2 och TASK-1.
Salt
Olika receptorer har också föreslagits för salta smaker, tillsammans med möjlig smakdetektering av lipider, komplexa kolhydrater och vatten. Bevis för dessa receptorer hade varit föga övertygande i de flesta däggdjursstudier. Till exempel kan den föreslagna ENaC- receptorn för natriumdetektion endast visas bidra till natriumsmak i Drosophila . Emellertid har proteolyserade former av ENaC visat sig fungera som en human saltsmakreceptor. Proteolys är den process där ett protein klyvs. Den mogna formen av ENaC tros vara proteolyserad, men karakteriseringen av vilka proteolyserade former som finns i vilka vävnader är ofullständig. Proteolys av celler skapade för att överuttrycka hetermulitmer ENaC innefattande alfa-, beta- och gamma-subenheter användes för att identifiera föreningar som selektivt ökade aktiviteten hos proteolyserad ENaC jämfört med icke-proteolyserad ENaC. Mänskliga sensoriska studier visade att en förening som förstärker proteolyserad ENaC fungerar för att förbättra den salta smaken av bordssalt, eller natriumklorid, vilket bekräftar proteolyserad ENaC som den första humana saltsmakreceptorn.
Kolsyra
Ett enzym kopplat till den sura receptorn överför information om kolsyrat vatten.
Fett
En möjlig smakreceptor för fett, CD36 , har identifierats. CD36 har lokaliserats till circumvallate och foliate papiller , som finns i smaklökarna och där lingualt lipas produceras, och forskning har visat att CD36-receptorn binder långkedjiga fettsyror . Skillnader i mängden CD36- uttryck hos människor var förknippade med deras förmåga att smaka fett, vilket skapar ett argument för receptorns förhållande till fettsmak. Ytterligare forskning om CD36-receptorn kan vara användbar för att fastställa förekomsten av en riktig fettsmakande receptor.
GPR120 och GPR40 har varit inblandade för att svara på oralt fett, och deras frånvaro leder till minskad fettpreferens och minskad neuronal respons på oralt administrerade fettsyror.
TRPM5 har visat sig vara inblandad i oral fettreaktion och identifierats som en möjlig oral fettreceptor, men nya bevis visar att det primärt är en nedströmsaktör.
Typer
Human bitter smak receptorgener heter TAS2R1 till TAS2R64, med många luckor på grund av icke-existerande gener, pseudogener eller föreslagna gener som inte har annoterats till den senaste mänskliga genomsammansättningen. Många bitter smakreceptorgener har också förvirrande synonymnamn med flera olika gennamn som refererar till samma gen. Se tabellen nedan för en fullständig lista över humana bitter smakreceptorgener:
| Klass | Gen | Synonymer | Alias | Ställe | Beskrivning |
|---|---|---|---|---|---|
|
typ 1 (söt) |
TAS1R1 | GPR70 | 1p36,23 | ||
| TAS1R2 | GPR71 | 1p36,23 | |||
| TAS1R3 | 1p36 | ||||
|
typ 2 (bitter) |
TAS2R1 | 5p15 | |||
| TAS2R2 | 7p21.3 | pseudogen | |||
| TAS2R3 | 7q31.3-q32 | ||||
| TAS2R4 | 7q31.3-q32 | ||||
| TAS2R5 | 7q31.3-q32 | ||||
| TAS2R6 | 7 | inte kommenterad i mänskligt genomsammansättning | |||
| TAS2R7 | 12p13 | ||||
| TAS2R8 | 12p13 | ||||
| TAS2R9 | 12p13 | ||||
| TAS2R10 | 12p13 | ||||
| TAS2R11 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R12 | TAS2R26 | 12p13.2 | pseudogen | ||
| TAS2R13 | 12p13 | ||||
| TAS2R14 | 12p13 | ||||
| TAS2R15 | 12p13.2 | pseudogen | |||
| TAS2R16 | 7q31.1-q31.3 | ||||
| TAS2R17 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R18 | 12p13.2 | pseudogen | |||
| TAS2R19 | TAS2R23, TAS2R48 | 12p13.2 | |||
| TAS2R20 | TAS2R49 | 12p13.2 | |||
| TAS2R21 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R22 | 12 | inte kommenterad i mänskligt genomsammansättning | |||
| TAS2R24 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R25 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R27 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R28 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R29 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R30 | TAS2R47 | 12p13.2 | |||
| TAS2R31 | TAS2R44 | 12p13.2 | |||
| TAS2R32 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R33 | 12 | inte kommenterad i mänskligt genomsammansättning | |||
| TAS2R34 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R35 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R36 | 12 | inte kommenterad i mänskligt genomsammansättning | |||
| TAS2R37 | 12 | inte kommenterad i mänskligt genomsammansättning | |||
| TAS2R38 | 7q34 | ||||
| TAS2R39 | 7q34 | ||||
| TAS2R40 | GPR60 | 7q34 | |||
| TAS2R41 | 7q34 | ||||
| TAS2R42 | 12p13 | ||||
| TAS2R43 | 12p13.2 | ||||
| TAS2R45 | GPR59 | 12 | |||
| TAS2R46 | 12p13.2 | ||||
| TAS2R50 | TAS2R51 | 12p13.2 | |||
| TAS2R52 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R53 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R54 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R55 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R56 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R57 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R58 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R59 | frånvarande hos människor | ||||
| TAS2R60 | 7 | ||||
| TAS2R62P | 7q34 | pseudogen | |||
| TAS2R63P | 12p13.2 | pseudogen | |||
| TAS2R64P | 12p13.2 | pseudogen |
Förlorad funktion
Hos många arter har smakreceptorer visat förlust av funktioner. Den evolutionära processen där smakreceptorer förlorade sin funktion tros vara en adaptiv evolution där den är associerad med matningsekologi för att driva specialisering och bifurkation av smakreceptorer. Av alla smakreceptorer har bitter, söt och umami visat sig ha en korrelation mellan inaktivering av smakreceptorer och ätbeteende. Det finns dock inga starka bevis som stöder att några ryggradsdjur saknar receptorgenerna för bitter smak.
Den söta smakreceptorn är en av de smakreceptorer där funktionen har gått förlorad. Hos däggdjur är den dominerande söta smakreceptorn typ 1-smakreceptorn Tas1r2/Tas1r3. Vissa däggdjursarter som katter och vampyrfladdermöss har visat oförmåga att smaka sött. Hos dessa arter beror orsaken till förlust av funktion hos den söta receptorn på pseudogeniseringen av Tas1r2. Pseudogeniseringen av Tas1r2 observeras också hos icke-däggdjursarter som kycklingar och tunglösa västerländska klösgrodor, och dessa arter visar också oförmåga att smaka sött. Pseudogeniseringen av Tas1r2 är utbredd och oberoende i ordningen Carnivora. Många studier har visat att pseudogeniseringen av smakreceptorer orsakas av en skadlig mutation i de öppna läsramarna ( ORF). I en studie fann man att dessa arter hos icke-feline köttätande arter visade ORF-störande mutationer av Tas1r2, och de förekom oberoende bland arterna. De visade också hög varians i sina linjer. Det antas att pseudogeniseringen av Tas1r2 skedde genom konvergent evolution där köttätande arter förlorade sin förmåga att smaka sött på grund av dietbeteende.
Umami är också en smakreceptor där funktionen gått förlorad hos många arter. De dominerande smakreceptorerna för umami är Tas1r1/Tas1r3. I två linjer av vattenlevande däggdjur inklusive delfiner och sjölejon har Tas1r1 visat sig vara pseudogeniserad. Pseudogeniseringen av Tas1r1 har också hittats i terrestra, köttätande arter. Medan pandan tillhör ordningen Carnivora, är den växtätande där 99 % av dess kost är bambu, och den kan inte smaka umami. Genomsekvensen för pandan visar att dess Tas1r1-gen är pseudogeniserad. öppna läsramen bibehölls hos alla arter i ordningen Carnivora utom pandan. Hos panda visade sig förhållandet mellan icke-synonyma och synonyma substitutioner vara mycket högre än andra arter för Carnivora. Dessa data korrelerar med fossildata för pandan för att visa var pandan bytte från köttätare till växtätare. Därför antas förlusten av umamis funktion hos panda vara orsakad av kostförändring där pandan blev mindre beroende av kött. Dessa studier förklarar dock inte växtätare som hästar och kor som har behållit Tas1r1-receptorn.
Sammantaget är förlusten av funktion hos en smakreceptor en evolutionär process som inträffade på grund av en dietförändring hos arter.
externa länkar
- Adler E, Hoon MA, Mueller KL, et al. (2000). "En ny familj av däggdjurssmakreceptorer - en undersökande granskning" . Davidson College Biology Department . Hämtad 2008-08-11 .
- smak+receptorer,+typ+1 vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- smak+receptorer,+typ+2 vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)