مستقبلات التذوق

يعمل مستقبل TAS1R1 + TAS1R3 ثنائي الوحدات غير المتجانسة كمستقبل للأومامي، حيث يستجيب لارتباط الأحماض الأمينية من النوع L ، وخاصةً حمض الجلوتاميك . ^{[ 3 ]} يرتبط طعم الأومامي في أغلب الأحيان بمادة غلوتامات أحادية الصوديوم (MSG) المضافة إلى الطعام ، ويمكن تعزيزه من خلال ارتباط جزيئات أحادي فوسفات الإينوزين (IMP) وأحادي فوسفات الغوانوزين (GMP). ^{[ 14 ] [ 15 ]} توجد الخلايا التي تُعبر عن TAS1R1+3 في الغالب في الحليمات الفطرية الشكل في طرف وحواف اللسان، وفي خلايا مستقبلات التذوق في سقف الفم. ^{[ 3 ]} وقد تبين أن هذه الخلايا تتشابك مع عصب الحبل الطبلي لإرسال إشاراتها إلى الدماغ، على الرغم من رصد بعض التنشيط للعصب البلعومي اللساني . ^{[ 14 ] [ 16 ]}

تشمل مستقبلات طعم أومامي المرشحة البديلة متغيرات التضفير لمستقبلات الغلوتامات الأيضية، mGluR4 و mGluR1 ، ومستقبل NMDA . ^{[ 11 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

لا تستخدم جميع الحيوانات مستقبلات T1R1+T1R3 كمستقبلات للأومامي؛ إذ غالبًا ما تحدث تغيرات في ما يستشعره المستقبل مع التطور. ^{[ 20 ]} على سبيل المثال، أعادت الطيور المغردة التي تستشعر المذاق الحلو توظيف مستقبلات الأومامي لديها لتصبح مستقبلات للمذاق الحلو. ^{[ 21 ]}

تستخدم جميع السلالات الرئيسية للفقاريات تقريبًا مستقبل TAS1R للكشف عن الأحماض الأمينية، وهو مؤشر على القيمة الغذائية للغذاء. ومع ذلك، لا يُعد الغلوتامات من بين الأحماض الأمينية الأكثر شيوعًا؛ فبدلاً من ذلك، ربما ركزت الفقاريات المبكرة على الأحماض الأمينية القاعدية والمتفرعة السلسلة، حيث كان هذا هو التفضيل المشترك بين سمك البشير وقرش الفيل ، وهما يمثلان الأسماك العظمية والغضروفية على التوالي. ^{[ 20 ]}

يعمل مستقبل TAS1R2 + TAS1R3 ثنائي الوحدات كمستقبل للمذاق الحلو من خلال الارتباط بمجموعة واسعة من السكريات ومُحلياتها . ^{[ 3 ] [ 22 ] [ 23 ]} توجد الخلايا المُعبرة عن TAS1R2+3 في الحليمات الكأسية والحليمات الورقية بالقرب من مؤخرة اللسان، وفي خلايا مستقبلات التذوق في سقف الفم. ^{[ 3 ]} وقد ثبت أن هذه الخلايا تُشكل مشابك عصبية مع عصب الحبل الطبلي والعصب البلعومي اللساني لإرسال إشاراتها إلى الدماغ. ^{[ 11 ] [ 16 ]}

تطورت حاسة التذوق الحلو عبر مراحل تطور الحيوانات المختلفة. تستخدم الثدييات والسحالي نظام T1R2/T1R3. أما الطيور، فلا توجد لديها عائلة جينات T1R2، وتستشعر التذوق الحلو عبر T1R1/T1R3 (مستقبل أومامي في الثدييات). في الأسماك العظمية، لا يستشعر كل من T1R1/T1R3 وT1R2/T1R3 حلاوة السكروز. في سمكة البشير ، يستشعر T1R1/T1R3 كلاً من السكرالوز والأحماض الأمينية، بينما يستشعر T1R2/T1R3 الأحماض الأمينية فقط. ^{[ 20 ]} خضع مستقبل T1R1/T1R3 في الطيور لعملية إعادة توظيف: فخلال مراحل تطور الطيور المغردة التي تستشعر التذوق الحلو، انخفضت قدرتها على استشعار طعم أومامي، وازدادت قدرتها على استشعار التذوق الحلو. كان الطائر المغرد البدائي T1R1/T1R3 يتذوق فقط طعم أومامي. وتزامن هذا التحول مع تغير في بنية موقع ارتباط الليجاند. ^{[ 21 ]}

تعمل بروتينات TAS2R ( InterPro : IPR007960 ) كمستقبلات للطعم المر . ^{[ 24 ]} يوجد 43 جينًا بشريًا لـ TAS2R ، كل منها (باستثناء الجينات الكاذبة الخمسة ) خالٍ من الإنترونات ويُشفّر بروتينًا من عائلة GPCR . ^{[ 11 ]} تتميز هذه البروتينات، على عكس بروتينات TAS1R، بنطاقات خارج خلوية قصيرة، وتتواجد في الحليمات الكأسية ، والحنك ، والحليمات الورقية ، وبراعم التذوق في لسان المزمار ، مع انخفاض التعبير عنها في الحليمات الفطرية الشكل . ^{[ 4 ] [ 11 ]} على الرغم من أنه من المؤكد أن العديد من مستقبلات TAS2R تُعبّر عنها خلية مستقبلة واحدة للطعم، إلا أنه لا يزال هناك جدل حول قدرة الثدييات على التمييز بين مذاق الروابط المُرّة المختلفة . ^{[ 4 ] [ 11 ]} مع ذلك، لا بد من وجود بعض التداخل، نظرًا لوجود عدد أكبر بكثير من المركبات المُرّة مقارنةً بعدد جينات TAS2R. تشير نتائج النمذجة الحاسوبية إلى أن مستقبلات المرارة تميل إلى التجمع في ثلاث مجموعات متميزة بناءً على تفاعلها مع الروابط المُرّة ذات الصلة بالنبيذ. ^{[ 25 ]} تشمل الروابط المُرّة الشائعة سيكلوهيكسيميد ، وديناتونيوم ، وPROP ( 6- ن- بروبيل-2-ثيويوراسيل )، وPTC ( فينيل ثيوكارباميد )، وبيتا- غلوكوبيرانوزيدات . ^{[ 11 ]} 

يتم نقل إشارات المحفزات المرة عبر الوحدة الفرعية ألفا من بروتين غوستدوسين . تُفعّل هذه الوحدة الفرعية من بروتين G إنزيم فوسفودايستراز التذوق وتُقلل من مستويات النيوكليوتيدات الحلقية . ولا تزال الخطوات اللاحقة في مسار النقل غير معروفة. كما تُساهم الوحدة الفرعية بيتا غاما من بروتين غوستدوسين في التذوق عن طريق تنشيط إينوزيتول ثلاثي الفوسفات ( _{IP3 ) وثنائي} غليسيريد (DAG ). قد تُؤدي هذه الرسل الثانوية إلى فتح قنوات أيونية مُنظمة أو قد تُسبب إطلاق الكالسيوم الداخلي . ^{[ 26 ]} على الرغم من أن جميع مستقبلات TAS2R موجودة في الخلايا التي تحتوي على بروتين غوستدوسين، إلا أن تعطيل جين غوستدوسين لا يُلغي تمامًا الحساسية للمركبات المرة، مما يُشير إلى وجود آلية مُكررة للتذوق المر ^{[ 13 ]} (وهذا ليس مُستغربًا نظرًا لأن الطعم المر يُشير عمومًا إلى وجود سم ). ^{[ 13 ]} إحدى الآليات المقترحة للتذوق المر غير المعتمد على بروتين غوستدوسين هي تفاعل قنوات الأيونات بواسطة روابط مريرة محددة، على غرار تفاعل قنوات الأيونات الذي يحدث في تذوق المحفزات الحامضة والمالحة. ^{[ 11 ]}

يُعدّ بروتين TAS2R38 من أكثر بروتينات TAS2R دراسةً ، وهو يُساهم في تذوق كلٍّ من PROP وPTC. وهو أول مستقبل تذوق تُثبت فيه الدراسات أن تعدد الأشكال الجينية مسؤول عن الاختلافات في إدراك الطعم. وتركز الدراسات الحالية على تحديد تعدد الأشكال الجينية الأخرى المُحددة لنمط التذوق. ^{[ 11 ]} وتُشير دراسات أحدث إلى أن تعدد الأشكال الجينية في جينات مستقبلات الطعم المر الأخرى يؤثر على إدراك الطعم المر للكافيين والكينين وبنزوات الديناتونيوم. ^{[ 27 ]}

لقد ثبت أن مستقبلات المرارة (TAS2R) تلعب دورًا هامًا في جهاز المناعة الفطرية للأنسجة الظهارية الهدبية في المسالك الهوائية ( الأنف والجيوب الأنفية ) . ^{[ 28 ]} يُضيف جهاز المناعة الفطرية هذا "حصنًا نشطًا" ^{[ 29 ]} إلى الحاجز السطحي لجهاز المناعة . يُفعَّل هذا الجهاز المناعي الثابت عن طريق ارتباط الليجاندات بمستقبلات محددة. هذه الليجاندات الطبيعية هي علامات بكتيرية، على سبيل المثال، لاكتونات أسيل هوموسيرين ^{[ 30 ]} أو الكينولونات ^{[ 31 ]} التي تنتجها بكتيريا الزائفة الزنجارية (Pseudomonas aeruginosa ) عند مستقبل TAS2R38 . للدفاع ضد المفترسات، أنتجت بعض النباتات مواد تحاكي العلامات البكتيرية. تُفسَّر هذه المواد النباتية المُحاكية بواسطة اللسان والدماغ على أنها مرارة . مستقبلات جهاز المناعة الثابت هي نفسها مستقبلات الطعم المر ، TAS2R. مواد المرارة هي مُنشِّطات لجهاز المناعة الثابت TAS2R. ^{[ 28 ]} يستخدم الجهاز المناعي الفطري أكسيد النيتريك والديفينسينات القادرة على تدمير البكتيريا والفيروسات. ^{[ 32 ] [ 33} ] تُعرف هذه الأنظمة المناعية الفطرية الثابتة (الحصون النشطة) في أنسجة طلائية أخرى غير الجهاز التنفسي العلوي ( ^الأنف ، الجيوب الأنفية ، القصبة الهوائية ، الشعب الهوائية )، على سبيل المثال: الثدي (الخلايا الطلائية الثديية)، والأمعاء ، وكذلك جلد الإنسان (الخلايا الكيراتينية). ^{[ 34 ]} تتوفر جزيئات المرارة، ومستقبلات الطعم المر المرتبطة بها، وتسلسلات ونماذج التماثل لمستقبلات الطعم المر، عبر قاعدة بيانات BitterDB .

لا تتوسط هذه النكهات "مستقبلات التذوق" القياسية. وفيما يلي وصف موجز لأسسها الجزيئية.

حامِض

كان يُعتقد تاريخيًا أن الطعم الحامض ينتج فقط عندما تُزيل أيونات الهيدروجين الحرة (H ⁺ ) استقطاب مستقبلات التذوق مباشرةً. مع ذلك، تُقترح الآن مستقبلات خاصة بالطعم الحامض تعمل بآليات أخرى. تُعد قنوات HCN أحد هذه المقترحات، كونها قنوات تُفعَّل بواسطة النيوكليوتيدات الحلقية. يُعتقد حاليًا أن قناتي الأيونات ASIC2 وTASK-1 تُساهمان في الطعم الحامض. كما يُعتقد أن OTOP1 هو مستقبل للطعم الحامض. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}

شهدت جينات TAS1R (T1R) تغيرات في وظائفها في العديد من السلالات، وصلت في بعض الأحيان إلى فقدان الجين بالكامل. تحدد هذه المستقبلات الشهية ما يفضله الحيوان. ثمة ارتباط بين تعطيل جينات T1R وسلوك التغذية. ^{[ 54 ]}

يكشف مُركّب مستقبلات التذوق T1R2/T1R3 عن الحلاوة لدى الثدييات والسحالي ، ويُفترض أنه الحالة الأصلية للرباعيات . ^{[ 55 ]} تعجز العديد من الثدييات آكلة اللحوم عن إدراك الحلاوة في الطعام، بما في ذلك القطط والخفافيش مصاصة الدماء، بسبب تحوّل جين T1R2 إلى جين كاذب. ينتشر هذا التحوّل على نطاق واسع في هذه الرتبة ، حيث حدث بشكل مستقل في العديد من السلالات عبر طفرات مختلفة في الجين نفسه. يُعدّ هذا مثالًا على التطور التقاربي . ^{[ 55 ]} علاوة على ذلك، يُعرف تحوّل جين T1R2 إلى جين كاذب أيضًا في الدجاج والضفدع الغربي ذي المخالب . ^{[ 55 ]}

يكشف مُركّب مستقبلات التذوق T1R1/T1R3 عن طعم الأومامي لدى الثدييات. ^{[ 55 ]} في سلالتين من الثدييات المائية، بما في ذلك الدلافين وأسود البحر، وُجد أن جين Tas1r1 قد تَحَوَّل إلى جين كاذب. ^{[ 55 ]} كما وُجد أن تَحَوُّل جين Tas1r1 إلى جين كاذب في أنواع برية لاحمة. ^{[ 55 ]} على الرغم من أن الباندا تنتمي إلى رتبة آكلات اللحوم، إلا أنها عاشبة، حيث يُشكّل الخيزران 99% من نظامها الغذائي، ولا تستطيع تذوق طعم الأومامي. ^{[ 56 ]} يُظهر تسلسل جينوم الباندا أن جين Tas1r1 لديها قد تَحَوَّل إلى جين كاذب. ^{[ 56 ]} في إحدى الدراسات، وُجد أن الإطار المفتوح للقراءة محفوظ في جميع أنواع رتبة آكلات اللحوم باستثناء الباندا . ^{[ 56 ]} في الباندا، وُجد أن نسبة الاستبدالات غير المترادفة إلى المترادفة أعلى بكثير من الأنواع الأخرى في رتبة آكلات اللحوم. ^{[ 56 ]} تتوافق هذه البيانات مع تاريخ السجلات الأحفورية للباندا، مما يُشير إلى تحولها من نظام غذائي لاحم إلى نظام غذائي عاشب. ^{[ 55 ]} لذلك، يُفترض أن فقدان وظيفة أومامي في الباندا ناتج عن تغير في نظامها الغذائي، حيث أصبحت أقل اعتمادًا على اللحوم. ^{[ 55 ]} مع ذلك، لا تُفسر هذه الدراسات احتفاظ الحيوانات العاشبة، مثل الخيول والأبقار، بمستقبل Tas1r1. ^{[ 56 ]}

يُعرف فقدان مستقبلات T2R بشكل كامل في بعض الأسماك الغضروفية والثعابين. ^{[ 52 ] [ 51 ]}

بشكل عام، يُعد فقدان وظيفة مستقبلات التذوق عملية تطورية حدثت مع تغير النظام الغذائي في الأنواع. ^{[ 57 ]}