דברו איתנו הטעם המתוק הוא אחד מחמשת הטעמים הבסיסיים בלשון, נוסף לטעמי האומאמי (טעם החומצות האמיניות, כמו גלוטמאט), המר, החמוץ והמלוח. אחד התפקידים החשובים של תאי הטעם שלנו הוא זיהוי מתיקות ודרגת המתיקות של סוכרים במזון. מבחינה אבולוציונית, הטעם המתוק מאותת לנו על מזון עתיר קלוריות ומזין, כמו פרי בשל או דבש. הנאתנו מהטעם המתוק מתבטאת גם בשלל ביטויים בשפה העברית, כמו ניצחון מתוק, חיוך מתוק, חלומות מתוקים, להשאיר טעם מתוק, מתק שפתיים, להמתיק סוד או מתוק מדבש.
חישת המתוק מנגנון הטעם הוא מורכב ומרובה שלבים. הערכה ראשונה של טעם המזון נעשית בחלל הפה. על-פני הלשון ישנן גבשושיות רבות, פטמיות (papillae), אשר נותנות ללשון את המבנה המחוספס שלה. רוב הפטמיות אחראיות לבדיקת טעם המזון (1). בפטמיות הטעם ישנם מבנים בשם פקעיות טעם ובכל אחת מהן יש 50-100 תאי טעם. כל תא טעם מכיל קולטנים ייחודיים לכל אחד מחמשת הטעמים. רוב פקעיות הטעם נמצאות על-פני הלשון, בחיך הרך ובגרון (2,3). הפעלת קולטני הטעם על-ידי מולקולות טעם במזון מפעילה שרשרת של אירועים מולקולאריים בתוך תאי הטעם. לבסוף, משתחרר מתא הטעם נוירוטרנסמיטור, שמעביר אותות דרך סיבי עצב אל מרכז ייחודי במוח. המוח מעבד את המידע הזה יחד עם מידע חושי נוסף, כמו ריח, טמפרטורה ומרקם, כדי לקדם את תגובת העיכול המתאימה (2,4). קולטני הטעמים מתוק, אומאמי ומר פועלים באופן דומה. הם כולם קולטנים מצומדי חלבון G, או GPCR (G-Protein Coupled Receptor). לחלבונים אלה שבעה הליקסים החוצים את ממברנת התא, עם קצה אמינו-טרמינלי מחוץ לתא וקצה קרבוקסילי בתוכו. כשמולקולות טעם מתאימות מחוץ לתא מפעילות את הקולטן על-ידי היקשרות לאתר הפעיל שעל פניו, מועבר מסר דרך הקולטן אל חלבוני G שנמצאים בתוך התא, ואלה ממשיכים להעביר את המסר הלאה (2). שני הטעמים האחרים, חמוץ ומלוח, משתמשים במנגנונים אחרים על-מנת לשלוח מידע על טעם למוח (5). המתיקות שאחרי הקולטן לטעם המתוק התגלה ב- 2001, על-ידי שתי קבוצות מחקר בו-זמנית (6,7). זהו קולטן טעם מסוג T1R (Type 1 taste Receptor), שבנוי משתי תת-יחידות: T1R2+T1R3. תת-היחידה T1R2 משותפת לקולטן האומאמי, שהוא בעל המבנה T1R1+T1R2 (4). קולטני הטעם המר הם קולטנים מסוג T2R. כל המולקולות שטעמן מתוק נקשרות ומפעילות את הקולטןT1R2+T1R3 . על-פני הקולטן מצויים מספר אתרי קישור, המתאימים למולקולות בעלות גודל ומבנה שונה (4,8). בקצה האמינו-טרמינלי, החוץ-תאי, של כל אחת מתת-היחידות של הקולטן ישנה קבוצה מבנית בשם venus-flytrap (VFT), שמחוברת לשבעת ההליקסים החוצים את הממברנה של תא הטעם על-ידי מקטע עשיר בציסטאין. ה- VFT הוא מבנה דמוי צדפה, שיכול להיפתח ולהיסגר. הוא מכונה כך על שם כינויו של הצמח הטורף Dionaea muscipula, שהוא בעל מבנה דומה. כאשר ה"צדפה" בקולטן פתוחה, אתר הקישור באיזור ה – VFT חשוף ומולקולה יכולה להיקשר אליו. הקשירה גורמת לסגירת ה"צדפה" ולהפעלת הקולטן. מולקולות קטנות, כמו הסוכרים הטבעיים סוכרוז וגלוקוז והממתיק המלאכותי סוכרלוז, נקשרים לאתרי VFT בשתי תת-היחידות, T1R2 ו- T1R3. ממתיקים בעלי מבנה של די-פפטיד, כמו אספרטאם ונאוטאם (neotame), נקשרים רק לאתר VFT בתת-היחידה T1R2. אתר הקישור של ציקלמאט נמצא בקרב שבעת-ההליקסים החוצים את הממברנה. לחלבונים מתוקים, כמו תאומטין (thaumatin) ומונלין (monellin), יש אתר קישור רחב שכולל את שתי תת-היחידות ואת המקטעים העשירים בציסטאין. כל אחד מאירועי הקישור הנפרדים האלה מפעיל את הקולטן (4,8). בעקבות הפעלת קולטן ה- GPCR T1R2+T1R3, נוצר שינוי מבני בחלבון G מתאים בתוך התא. על-פי רוב זהו החלבון גוסטדוסין (Gustducin), שמופעל על-ידי כלל קולטני ה- T1R, ומתפרק כעת לשלוש תת-יחידות. במיוחד, ליחידת של גוסטדוסין תפקיד מרכזי במסלול העברת מסר חישת הטעמים מתוק, אומאמי ומר בתאים שונים (3). שינוי זה מעורר שרשרת תגובות ביוכימיות נוספות, כולל פתיחת תעלת יונים ושחרור של נוירוטרנסמיטור מתא הטעם, המובילות להעברת המסר "מתוק" אל המוח (9). הנוירוטרנסמיטור המשוחרר מתאי פקעיות הטעם למתוק, אומאמי ומר הוא ATP, מקור האנרגיה העיקרי במערכות ביולוגיות ומטבוליות. תעלת היונים דרכה משתחררת מולקולת ה- ATP זוהתה ב- 2013 כחלבון CALHM1 (calcium homeostasis modularot 1) (5). תעלה זו חוצה את הממברנה של תא פקעית הטעם, ומופעלת על-ידי שינויים במתח החשמלי בתא. גילוי תעלת ה- ATP, CALHM1, היה החוליה החסרה האחרונה בהבנת שרשרת האירועים המולקולאריים שמתרחשים לאחר שמולקולת טעם נקשרות לקולטני הטעם. חשיבותה של תעלה זו הובהרה בניסוי, בו הודגם שעכברים שחסרה להם התעלה CALHM1 לא יכולים לשחרר ATP על-מנת להעביר מידע על זיהוי הטעמים מתוק, מר ואומאמי למוח. כלומר, קולטני הטעם מופעלים, אך המידע לא מועבר הלאה. כך, בעוד עכברים בעלי הגן ל- CALHM1 שותים בהנאה תמיסת סוכרוז או מולקולות אומאמיות ונמנעים ממולקולות מרות כמו כינין, עכברים ללא הגן מתייחסים לממתיקים ולמולקולות המרות כאילו היו מים, ומתנהגים כאילו לא יכלו לטעום אותם כלל. התגובה לטעמים מלוח וחמוץ לא הושפעה על-ידי הגן החסר, כיוון שחישת טעמים אלה מועברת דרך סוג אחר של תאי טעם, שמופעלים באמצעות תעלות יוניות אחרות (5).
הרגלי האכילה של בעלי-חיים שונים משפיעים על היכולת שלהם לחוש את הטעמים השונים. מספר יונקים קרניבורים איבדו במהלך האבולוציה את היכולת לחוש את הטעם המתוק. למשל, חתול הבית, טיגריס וברדלס, וכן דולפינן מצוי, כלב-ים, אריה-ים, צבוע נקוד או לוטרה אסיייתית. המקור העיקרי לסוכרים במזון הוא צמחים. בעלי-חיים אלה ניזונים מבשר או מדגים בלבד, ואין להם צורך לזהות סוכרים. מתוק בריבוע אם כן, הקולטן T1R2+T1R3 הוא המנגנון העיקרי שמאפשר לתאי הטעם לזהות מולקולות מתוקות רבות ומגוונות. אולם, לא ניתן היה להסביר היבטים מסוימים של הטעם המתוק בעזרת קולטן זה בלבד. למשל, למרות שהקולטן מורכב משתי תת-יחידות שחייבות להצטרף יחדיו כדי שהוא יעבוד כיאות, נמצא בעבר שעכברים שהונדסו כך שתחסר להם תת-היחידה T1R3 עדיין יכלו לטעום גלוקוז וסוכרים אחרים באופן תקין (10). תעלומה זו נפתרה לאחרונה, כשהתגלה שמלבד הקולטן T1R2+T1R3, ישנם גם מנגנונים אחרים לחישת מתיקות הסוכרים הטבעיים, בעיקר סוכרוז, גלוקוז ופרוקטוז. נמצא שבתאי הטעם ישנם גם חיישנים נוספים לטעם המתוק, כמו טרנספורטרים לגלוקוז (GLUTs), טרנספורטרים משותפים לנתרן וגלוקוז (sodium-glucose co-transporters, SGLTs) ותעלות אשלגן המופעלות על-ידי ATP, KATP (10). כל אלה הם תעלות שמגיבות למצב המטבולי בתא הטעם. ממצאים אלה יכולים להסביר את ההבדל בין התגובה המהירה והחזקה בגוף לסוכרים טבעיים, שמגיבים גם עם קולטני T1R וגם עם החיישנים הנוספים, לעומת התגובה האטית יותר לממתיקים מלאכותיים, שכנראה מגיבים עם קולטני T1R בלבד (10). אחד הגילויים המעניינים נקשר לטרנספורטר, או תעלת היונים, SGLT1. חלבון זה מעביר סוכר לתא הטעם המתוק בנוכחות נתרן. החוקרים משערים, שאם יש מעט מלח בסביבה, הוא מפעיל את תעלת היונים ומעורר את התא להעביר למוח את המסר "מתוק". כך הטעם המתוק של הסוכר מורגש כעוד יותר מתוק. מנגנון פעולה זה יכול גם להסביר מדוע קמצוץ מלח נטעם כמתוק, או מדוע מעט מלח שמוסיפים לדברי מאפה וקינוחים דווקא מגביר את הטעם המתוק (10). לא רק מתק שפתיים היסטורית, מתיקות נקשרה לאיזור הפה, שמכיל פקעיות טעם, איברי החישה של הטעם. אכן, קולטני T1R זוהו לראשונה בפה, והם פונקציונליים לטעם. כיום ידוע שהם מבוטאים גם ברחבי הגוף, ברקמות שאינן רקמות טעם, כמו בקיבה, במעיים, בתאים אנדוקריניים, בכליות, בלימפוציטים, בכבד, בלבלב, באשכים ובמוח. בנוסף לקולטנים, גם חלבון ה- G גוסטדוסין, שמתווך את הסיגנל של T1R ו- T2R בפקעיות הטעם בפה, מבוטא בתאים בקיבה, במעיים, בלבלב ובאשכים (8,11). מעבר להבנה שמנגנון חישת הטעם עובד גם במערכת העיכול, הביטוי של חלבונים אלה באיברים השונים מרמז על כך שהם מעורבים בפעילות הכמו-סנסורית של איברים אלה (2,11). במערכת העיכול ובלבלב, קולטני הטעם מעורבים בחישת המזון וברגולצית המטבוליזם של גלוקוז. ייתכן שהקולטנים במעיים עוזרים לספיגת הסוכר מצינור העיכול, משחררים אותו אל זרם הדם, שם הוא ממוצה על-ידי תאים בגוף לשימוש לשם ייצור אנרגיה (4). בתאים האנדוקריניים בקיבה ובמעיים, קולטני T1R2+T1R3 תורמים כנראה לחישת הגלוקוז, לשחרור של הורמוני שובע כמו GLP-1 (Glucagone-like peptide-1), המעבירים מידע על שובע למוח, לביטוי של טרנספורטרים לגלוקוז, ולשמירת הומיאוסטזה (שיווי-משקל פנימי) של גלוקוז (4). כשמזריקים לעכברים מולקולות מתוקות ישירות לאיברים אלה, מבלי שטעמו אותן דרך הפה, הם מזהים שקיבלו משהו טוב ומחפשים עוד ממנו. כלומר, הפעלת תאי-הטעם במערכת העיכול מספיקה להעברת המסר "מתוק" למוח (10). לגבי קולטני הטעם המתוק באשכים, התגלה שיש להם תפקיד במנגנון הפוריות: חסר, או חסימה, של תת-היחידה T1R3 ושל חלבון ה-G גוסטדוסין גורמים לעקרות (12). תפקידם בתאים אלה והמנגנון בו הם מעורבים אינם ידועים עדיין. גם החיישנים המעורבים במנגנון המקביל לחישת מתוק התגלו ברחבי הגוף. חיישני סוכר במעי חשובים לידע איך סוכרים במזון מזוהים ונספגים (10). בלבלב, חיישנים מטבוליים כמו תעלת האשלגן KATP הם מפתח לרגולציה של רמות הגלוקוז בדם: התעלה מבקרת את רמות הגלוקוז בתא ומעוררת שחרור אינסולין כאשר הן גבוהות. ייתכן שהיא משמשת בתאי הטעם המתוק כדי לווסת את הרגישות של התאים לסוכרים בהתאם לצרכים המטבוליים של הגוף. למשל, החיישן יכול להגיב לסיגנלים הורמונאליים מהמעי או מהלבלב על-מנת לגרום לתאי טעם להגיב פחות לממתקים לאחר שאכלנו עוגה מתוקה עתירת סוכר ואיננו זקוקים לעוד אנרגיה (10).
נבדקו 80 זני עגבניה, ונחקרו גנים ומסלולים ביוכימיים שאחראים לייצור המולקולות הנדיפות שנותנות לעגבניות טריות את הטעם והריח האופייניים. זוהו 70 מולקולות נדיפות המאפיינות את ניחוח העגבניה, וביניהן שבע מולקולות שמעבירות למוח את המסר "מתוק" ללא קשר לרמת הסוכר בפרי
מתיקות היא גם עניין של גנטיקה הבדלים אינדיבידואליים בין בני-אדם בחישת המתוק וטעמים האחרים, נקשרו להזדקנות, מצב הורמונלי, צריכת מזון מתוק, וגורמים אנטומיים, אך אין להתעלם מהעובדה שגורמים תורשתיים משפיעים גם הם (13,14). הגנים לקולטני T1R מבוטאים בכל בני-האדם, אך כל אחד מהגנים יכול להכיל מוטציות נקודתיות אחדות, הקרויות SNP (Single nucleotide polymorphism). SNP הוא הבדל של נוקליאוטיד אחד בין רצפי אותו הגן באנשים שונים. למשל, אצל חלק מהאנשים יופיע במיקום מסוים ברצף הנוקליאוטיד T , בעוד שאצל אנשים אחרים יופיע באותו מיקום הנוקליאוטיד C. הבדלים אלה עשויים להשפיע על הרכב החומצות האמיניות של החלבונים והאורך שלהם. SNPs רבים יותר נמצאו ברצף של תת-היחידה T1R2, דבר המרמז על כך שאולי יש יותר וריאציות בין בני-אדם בחישת הטעם המתוק, לעומת חישת האומאמי (2). הווריאציות בגנום יכולות להיות גם באיזורים האחראים על ביטוי הגן, ולא בגן עצמו, כמו באיזור הפרומוטור, רצף שאחראי על שעתוק הגן. נמצא קשר בין SNPs בפרומוטרים של החלבון T1R3 ושל יחידת של חלבון ה-G גוסטדוסין, לבין הבדלים בחישת המתוק של אנשים שונים. למשל, אנשים בעלי אלל עם הנוקליאוטיד T במיקום מסוים לאורך הפרומוטור לרצף של T1R3, הם בעלי חישה מופחתת לסוכרוז בהשוואה לאלה עם אלל בו הנוקליאוטיד C נמצא באותו אתר ברצף (14). ממצאים אלה יכולים להסביר, לפחות באופן חלקי, הבדלים בדרגת המתיקות שחשים אנשים שונים לגבי אותו ריכוז של מתיקות (13, 14). הבדלים ברצפי הגנים של קולטני ה- T1R יכולים להסביר גם הבדלים בין מינים שונים ביכולת לזהות ממתיקים. למשל, בני-אדם ופרימאטים אחרים מזהים אספרטיים וציקלמאט כמתוקים, בעוד שמכרסמים אדישים אליהם (4,2,10,15). גם הרגלי האכילה של בעלי-חיים שונים משפיעים על היכולת שלהם לחוש את הטעמים השונים. מספר יונקים קרניבורים איבדו במהלך האבולוציה את היכולת לחוש את הטעם המתוק. למשל, חתול הבית, טיגריס וברדלס, וכן דולפינן מצוי, כלב-ים, אריה-ים, צבוע נקוד או לוטרה אסיייתית (16, 17). בבעלי-חיים אלה, הגן המקודד לתת-היחידה T1R2 עבר מוטציות שהפכו אותו ללא פעיל (פסיאודו-גן). המקור העיקרי לסוכרים במזון הוא צמחים. בעלי-חיים אלה ניזונים מבשר או מדגים בלבד, ואין להם צורך לזהות סוכרים. בדולפינים ובאריות-ים מוסבר אבדן הטעם גם בכך שבעלי-חיים אלה בולעים את מזונים בשלמותו ואינם טועמים אותו. בבני-אדם, משתנה העדפת הטעם המתוק במהלך השנים. ילדים מעדיפים רמות גבוהות של מתיקות במזון, בהשוואה למבוגרים, והעדפה זו יורדת בגיל ההתבגרות. במחקר שנערך ב- 2009 בארה"ב נמצא שיש לכך בסיס ביולוגי והוא קשור לקצב הגידול הגבוה של ילדים (18). החוקרים בדקו את העדפת המתיקות של 143 ילדים בגילאים 11-15 כלפי סדרת תמיסות סוכר בעלות מתיקות משתנה, וערכו מדידות ביולוגיות של צמיחה לגובה ובגרות מינית שלהם. בילדים בעלי העדפה גבוהה למתיקות נמצאו רמות גבוהות של ביומרקר בשם NTx, שמופרש בתהליך גדילת עצמות. כאשר הילדים מתבגרים, יורדות רמות NTx, ובמקביל, גם העדפתם לתמיסות מתוקות יורדת. מדדים אחרים של התבגרות, כמו התבגרות מינית או רמות הורמוני המין, לא נמצאו קשורים להעדפת המתוק. אם כן, נראה שמשיכתם של ילדים למאכלים מתוקים ממלאת צורך ביולוגי למשוך אותם למקורות אנרגיה. כאשר הצמיחה לגובה מהירה, הדרישה הקלורית גדלה.
מתוק יותר ומתוק פחות בנוסף למולקולות המתוקות אשר מפעילות את מערכת חישת המתוק, קיימים חומרים שיכולים לשנות את המסר המועבר למוח, ללא קשר לדרגת המתיקות במזון, על-ידי הגברה או דיכוי של שלבים שונים במנגנון זיהוי הטעם. למשל, החלבון מירקולין גורם למאכלים חמוצים להיחוות כמתוקים, ומולקולות כמו לקטיזול, בדיוק להיפך – מונעות את העברת המסר "מתוק" אל המוח. בנוסף, גם למולקולות ריח נדיפות תפקיד בהעברת מסר המתיקות. מירקולין הוא חלבון שנמצא בפירות הצמח Synsepalum dulcificum שמקורו במערב אפריקה. הודות לתכונותיו משנות-הטעם, זכה הפרי לכינוי "פרי הפלא". מירקולין עצמו אינו מתוק, אך מאכלים חמוצים שנאכלים לאחר טעימתו, נחווים כמתוקים במשך כשעה עד שעתיים לאחר מכן. זאת כיוון שמנגנון הפעילות שלו תלוי ברמת החומציות בפה. ב- pH ניטרלי, מירקולין מתנהג כאנטגוניסט (מדכא) לקולטן המתוק. הוא נקשר לקולטן דרך אתר על תת-היחידה T1R2, ומעכב את הפעלתו. כאשר טועמים מולקולה חומצית, מירקולין הופך לאגוניסט (מפעיל) ומפעיל את הקולטן (19). כאשר ה- pH חוזר להיות ניטרלי, מירקולין שב וחוזר לפעול כאנטגוניסט ומונע את הפעלת הקולטן על-ידי מולקולות מתוקות אחרות. ככל הנראה, שני שיירי היסטידין, שעוברים פרוטונציה בסביבה חומצית, גורמים לשינוי הקונפורמציה של מירקולין, וזו משפיעה על קונפורמצית הקולטן T1R2+T1R3 (19). בעוד שמירקולין הוא חסר טעם, נאוקולין ((neoculin, חלבון אחר שפועל באופן דומה, הוא מתוק מטבעו. כך, כשנאוקולין פועל כאגוניסט לקולטן המתוק בסביבה חומצית הוא מעצים את מתיקותו שלו. בנוסף, נאוקולין גורם גם למים להיטעם כמתוקים (19). אתר הקישור שלו מצוי באיזור אחר על קולטן המתוק, על תת-היחידה T1R3. חומרים משני טעם מעוררים עניין רב בקרב חוקרים ובתעשיית המזון והתרופות, וכיום, הודות למידע הרב שישנו על מבנה הקולטן למתוק, T1R2+T1R3, נעשים ניסיונות לתכנן מולקולות שיגבירו את פעולתו. יישום אפשרי לחומרים כאלה ייתן למשל פתרון לטעמי הלוואי שמלווים את המתיקות של רבים מהממתיקים המלאכותיים. החומרים בעלי הפעולה מגבירת הטעם נקראים PAMs (Positive allosteric modulators). מולקולות אלה חסרות טעם משלהן והן מעצימות את טעמן של המולקולות המתוקות שנקשרות לקולטן המתוק. בעוד שלמגבירי מתיקות שנקשרים לאיזור הטרנסממברנלי בקולטן יש השפעה מגבירה חלשה יחסית, נמצא ש- PAMs שנקשרים לאתר המצוי בפתח צדפת ה- VFT מגבירים את המתיקות באופן משמעותי. לאחר שהקולטן מופעל על-ידי מולקולה מתוקה והצדפה נסגרת, מגבירי מתיקות אלה מייצבים את הקונפורמציה הסגורה, הפעילה, של הקולטן, על-ידי חיזוק קשרי-המימן בין שתי כפות (קשוות) הצדפה. כך, מסר ה"מתוק" מועבר הלאה במשך יותר זמן ובעוצמה רבה יותר (20). קיימים גם חומרים אשר עושים בדיוק להיפך – חוסמים את הקולטן ומונעים את העברת המסר המתוק למוח. לקטיזול (Lactisole), כינויה של החומצה methoxy-phenoxy-propionic acid, בודד לראשונה מפולי קפה (21). מולקולה זו ואנאלוגים שלה משמשים כתוספי-מזון המדכאים את הטעם המתוק (12). לקטיזול הוא אנטגוניסט לקולטן הטעם המתוק T1R2+T1R3 ומונע את הפעלתו על-ידי מגוון רחב של מולקולות מתוקות כמו סוכרים, חלבונים מתוקים וממתיקים מלאכותיים (12,22). נמצא שהוא מעכב גם את הפעלת הקולטן על-ידי מירקולין בסביבה חומצית (19). לקטיזול נקשר לאתר פעיל באיזור הטרנס-ממברנלי של תת-היחידה T1R3 ומונע את העברת המסר "מתוק" למוח (22). קוטלי-חרקים בעלי מבנה דומה לזה של לקטיזול, (phenoxy herbicides), שנמצאים בשימוש נרחב בחקלאות, פועלים באותו אופן והם ידועים כמדכאי-מתוק חזקים ביותר (12, 21). אותם קוטלי חרקים גם התגלו כמעורבים בפגיעה בפוריות הגבר (12). ייתכן שאופן פעולתם קשור להימצאותם של קולטנים למתוק באשכים.
ניתן יהיה להנדס פירות המכילים יותר מולקולות נדיפות שמגבירות את אפקט המתיקות. או, להכין מאכלים ומשקאות מתוקים יותר, שאינם מכילים סוכרים או ממתיקים מלאכותיים, או כאלה שמכילים כמות מופחתת של סוכר. לשם כך יהיה צריך לבודד את המולקולות הנדיפות בעלות התכונה המגבירה את המתיקות, ובמקביל, לנטרל, או לסלק, את המולקולות הנדיפות בעלות תכונת דיכוי המתיקות.
על טעם? על ריח! נוסף למתיקות הסוכרים והממתיקים למיניהם שאנו חשים באמצעות תאי הטעם, ניתן לחוש מתיקות גם באמצעות ניחוח המזון. גילוי מפתיע על האופן שבו אנו חשים את טעמם המתוק של פירות וירקות התגלה במחקר על רכיבי הטעם והריח בעגבניות (23-25). חווית הטעם שלנו, flavor, מורכבת משילוב של טעימת מולקולות הטעם המפעילות את הקולטנים בתאי הטעם בלשון, taste, ושל מולקולות ריח נדיפות, אשר עולות אל חלל האף מאחורי החך בזמן הלעיסה והבליעה. מנגנון "הרחה" פנימי זה מכונה Retronasal olfaction, בהבדל מהרחרוח ה"חיצוני" דרך הנחיריים, הלא הוא חוש הריח, שנקרא Orthonasal olfaction. המידע משני מסלולי ההרחה מגיע אל שני מקומות שונים במוח והם מעובדים בנפרד. האיזור במוח שמקבל מידע על הניחוחות שהגיעו דרך הפה הוא אותו האיזור שמקבל מידע גם על הטעם מהלשון. באיזור אחר במוח מעובד הריח שמגיע דרך האף. כעת נמצא, שבין מולקולות הריח ה"פנימיות" ישנן כאלה שיכולות לעורר, או להגביר, את הטעם המתוק, ואחרות, שיכולות לעכב, או לדכא, את תחושת המתיקות. זאת, באמצעות העברת מסר נוסף למוח, בדרך עצבית ולא כימית, שמגביר, או מדכא, את המסר המגיע במקביל דרך פקעיות הטעם (23-25). מנגנון זה התברר במחקר מקיף על רכיבי הטעם והריח המורכבים של העגבניה. במחקר נבדקו 80 זני עגבניה, ונחקרו גנים ומסלולים ביוכימיים שאחראים לייצור המולקולות הנדיפות ושנותנים לעגבניות טריות את הטעם והריח האופייניים. זוהו 70 מולקולות נדיפות המאפיינות את ניחוח העגבניה, וביניהן שבע מולקולות שמעבירות למוח את המסר "מתוק" ללא קשר לרמת הסוכר בפרי (23,24). לאחרונה זוהו 30 מולקולות נדיפות נוספות, שנותנות מתיקות לתותים (26). על חשיבות המולקולות הנדיפות בחישת המתוק ניתן ללמוד, למשל, מדוגמא אחת, בה נמצא שזן אחד של עגבניה מתוק פי-2 מזן אחר, למרות שהוא מכיל כמות סוכר קטנה בהרבה (23, 24). מעניין לציין שחלק מהמולקולות הנדיפות שמעבירות מסר מתוק הן בעלות ניחוח שאינו בהכרח מתוק, כמו חומצה איזו-וולרית (Isovaleric acid). מולקולה זו היא אחד ממאפייני הריח של גבינת ברי, ויש הטוענים שהיא בעלת ניחוח של גרביים מיוזעים (23,24). בשילוב עם המולקולות הנדיפות האחרות ועם המידע שמגיע מפקעיות הטעם, היא תורמת לקליטת ועיבוד מסר המתוק במוח. נראה כי פירות רבים מכילים מולקולות נדיפות שמגבירות או מדכאות מתיקות, וגם כאלה שמגבירות מליחות, או טעמים אחרים. כיוון שמולקולות הריח הנדיפות הן חסרות קלוריות, לתגלית זו עשויים להיות יישומים רבים. למשל, ניתן יהיה להנדס פירות המכילים יותר מולקולות נדיפות שמגבירות את אפקט המתיקות. או, להכין מאכלים ומשקאות מתוקים יותר, שאינם מכילים סוכרים או ממתיקים מלאכותיים, או כאלה שמכילים כמות מופחתת של סוכר – נראה שחלק מהמולקולות הנדיפות האלה פועלות רק בנוכחות סוכר. לשם כך יהיה צריך לבודד את המולקולות הנדיפות בעלות התכונה המגבירה את המתיקות, ובמקביל, לנטרל, או לסלק, את המולקולות הנדיפות בעלות תכונת דיכוי המתיקות.
חלומות מתוקים מאחורי הנאתנו הרבה ממאכלים מתוקים פועלים מספר מנגנונים מורכבים ורבי שלבים, הפועלים גם בשרשרת וגם במקביל. מעורבות בהם מולקולות רבות בנוסף למולקולות הטעם והריח במזון אשר מתחילות את התהליך. בשנים האחרונות הולכים ומתווספים גילויים חדשים בפאזל חישת המתוק, אך עדיין חסרים בו חלקים רבים. למשל, אחת התעלומות שעדיין דורשות פיתרון היא הבנת תפקידם של קולטני הטעם המצויים באיברים שונים בגוף והקשר שלהם למזון הנטעם דרך הפה. בין היישומים האפשריים לידע המצטבר על פעולתן של מערכות הטעם המתוק, נשקל, למשל, שינוי הרכבם של מאכלים ותרופות רבים כדי שניתן יהיה ליהנות מדרגות מתיקות מגוונות גם ללא קשר להרכב התזונתי של המזון. איך שינויים אילו, בתורם, ישפיעו על הנאתנו מהמזון ועל תגובת גופנו לטעם המתוק, ימים יגידו. הבה נקווה שבכל מקרה הם ישאירו טעם מתוק.
להשאיר טעם מתוק
תקציר המאמר
מאחורי הנאתנו הרבה ממאכלים מתוקים פועלים מספר מנגנונים מורכבים ורבי שלבים, הפועלים גם בשרשרת וגם במקביל. מעורבות בהם מולקולות רבות בנוסף למולקולות הטעם והריח במזון אשר מתחילות את התהליך. בשנים האחרונות הולכים ומתווספים גילויים חדשים בפאזל חישת המתוק, אך עדיין חסרים בו חלקים רבים. למשל, נמצא שישנם קולטני טעם באיברים שונים בגוף. אחת התעלומות שעדיין דורשות פיתרון היא הבנת תפקידם של קולטני טעם אלה והקשר שלהם למזון הנטעם דרך הפה.
ביבליוגרפיה:
1. How does our sense of taste work? PubMed Health, created: December 20, 2011; last update: January 6, 2012. accessed 25 July 2013, at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmedhealth/PMH0033701/
2. Bachmanov, A.A. and Beauchamp, G.K., The taste receptor genes, Annu Rev Nutr, 2007, 27: 389–414.
3. Tomonari, H. Miura, H. et al., G-gustducin is extensively coexpressed with sweet and bitter taste receptors in both soft palate and fungiform papillae but has a different functional significance.Chem Senses. 2012, 37(3):241-51.
4. Fernstorm, J.D., Munger, S.D. et al. Mechanisms for Sweetness. J. Nut., 2012, Supplement: low-calorie sweeterners and weight control – what the science tells us, pp. S1-S8. [this is actually reference no. 2… so all further refs should be renumbered]
5. Taruno, A., Vingtdeux, V., et al. CALHM1 ion channel mediates purinergic neurotransmission of sweet, bitter and umami tastes. Nature, 2013, 495:223-226.
6. Montmayeur, J.-P, Liberles, S.D. et al. A candidate taste receptor gene near a sweet taste locus, Nature Neuroscience,2001, 4:492-498.
7. Max, M., Shanker Y.G., et al., Tas1r3, encoding a new candidate taste receptor, is allelic to the sweet responsiveness locus Sac. Nature Genetics, 2001, 28:58–63.
8. Behrens, M. and Meyerhof, W. Gustatory and Extragustatory functions of mammalian taste receptors. Physiology and Behavior, 2011, 105:4-13.
9. Glendinning, J.I., Bloom L.D. et al. Contribution of -Gustducin to taste-guided licking responses of mice. 2005, Chem. Senses 30:299-316.
10. Yee, K.K., Sukumaran, et al. Glucose transporters and ATP-gated K (KATP) metabolic sensors are present in type 1 taste receptor 3 (T1r3)-expressing taste cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2011, 108(13):5431-5436.
11. Rozengurt, E. and Sternini, C. Taste receptor signaling in the mammalian gut. Curr. Opin. Pharm. 2007, 7:557-562.
12. Mosinger, B., Redding, K. et al., Genetic loss or pharmaceutical blockade of testes-expressed taste genes causes male sterility, Proc. Natl Acad. Sci. USA,, 2013, Published online before print July 1, 2013, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1302827110.
13. Fushan, A. A. Simons, C. T. et al., Allelic Polymorphism within the TAS1R3 Promoter is Associated with Human Taste Sensitivity to Sucrose. Curr. Biol. 2009, 19(15):1288-1293.
14. Fushan, A. A., Simons, C.T. et al., Association between Common Variation in Genes Encoding Sweet Taste Signaling Components and Human Sucrose Perception. Chem. Senses, 2010, 35, 579-592.
15. Li, X., Bachmanov, A. A. et al. Sweet taste receptor gene variation and aspartame taste in primates and other species. , 2011,36(5):453-75.
16. Li, X., Weihua, L. et al. Pseudogenization of a sweet-receptor gene accounts for cats’ indifference toward sugar. PloS Genet. 2005, 1:27-35.
17. Jiang, P., Josue, J. et al. Major taste loss in carnivourous mammals, Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2012, 109(13):4956-4961.
18. Coldwell, S.E., Oswald, T.K. et al., 2009, A marker of growth differs between adolescents with high vs. low sugar preference Physiology & Behavior, 2009, 96:574-580.
19. Koizumi, A., Tsuchiya, A. et al., Human sweet taste receptor mediates acid-induced sweetness of miraculin. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2011, 108(40):16819-16824.
20. Zhang, F., Klebansky, B. et al. Molecular mechanism of the sweet taste enhancers. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2010, 107(10):4752-4757.
21. Maillet, E.L., Margolskee, R.F. et al. Phenoxy herbicides and fibrates potently inhibit the human chmosensory receptor subunit T1R3. J. Med Chem. 2009 52(21):6931-6935.
22. Jiang, P, Cui, M. et al., Lactisole interacts with the transmembrane domains of human T1R3 to inhibit sweet taste, J. Biol. Chem. 2005, 280:15238-15246.
23. D. Tieman, P. Bliss, et al. The chemical interactions underlying tomato flavor preferences, Curr. Biol. 2012, 22(11), 1035–1039.
24. Bartichuk and Klee, Better fruits and vegetables through sensory analysis, Curr. Biol., 2013, 23, R374-R378.
25. Bartoshuk, L., Creating Sweet Taste in the Brain with Volatiles, Abstract, AAAS Annual Meeting, 2013, February 15, accessed 25 July 2013 at http://aaas.confex.com/aaas/2013/webprogram/Paper8618.html
26. Whitaker, V., Bartoshuk, L. et al. Strawberry Flavor: Diverse Chemical Compositions, a Seasonal Influence, and Their Effect on Sensory Perception. Abstract, ASHS, July 22-25, 2013. Accessed 25 July 2013 at http://ashs.org/abstracts/2013/abstracts13/abstract_id_15747.html
רוצים להישאר מעודכנים?
המגזין שלנו יוצא פעמיים בשנה, אנחנו כבר נדאג לשלוח לך כל גיליון חדש ומאמרים חדשים רלוונטים ישירות למייל שלך
צרפו אותי