Чувства: Нейробиология сенсорного восприятия

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.

Носители умами, сладкого и горького вкусов не попадают в клетку, поэтому их распознавание происходит иначе, чем в случае с соленым и кислым. Эти вещества взаимодействуют с рецепторными белками, встроенными в мембрану клетки, что очень похоже на работу обонятельных рецепторов, описанных ранее. Эти рецепторные белки вступают в контакт с комплексами так называемых G-белков (рис. 6.2), находящихся внутри клетки (см. вставку 6.3). Каскад передачи сигнала с участием G-белков также активирует высвобождение содержимого везикул.