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Dienstag, 23.05.2017
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"Künstliche Zunge" enträtselt Bittergeschmack

Molekulare Grundlagen der Bittergeschmackswahrnehmung aufgeklärt

Nur 25 verschiedene Rezeptoren für Bittergeschmack reichen aus, um zehntausende von Bitterstoffen wahrzunehmen. Wie dies möglich ist, haben jetzt Wissenschaftler herausgefunden. Über ihre umfangreichen Ergebnisse zu den molekularen Grundlagen der Bittergeschmackswahrnehmung berichten sie in der Fachzeitschrift „Chemical Senses“.
Bitterschokolade

Bitterschokolade

„Wir wissen jetzt, dass die Bindungseigenschaften der Bittersensoren sehr unterschiedlich sind und dass nur die Kombination dieser Eigenschaften es ermöglicht, eine so überaus breite Palette von Bitterstoffen zu erfassen“, erklärt Wolfgang Meyerhof vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE) und Erstautor der Studie.

Heterogene Bitterstoffe


Bitterstoffe sind strukturell sehr unterschiedlich. Viele dieser Substanzen finden sich in Pflanzen, andere werden von Tieren produziert und wieder andere entstehen bei der Verarbeitung von Nahrungsmitteln oder bei Alterungs- und Zerfallsprozessen. Doch wie ist es möglich, all diese heterogenen Bitterstoffe mit nur 25 verschiedenen Sensortypen wahrzunehmen?

Dieser Frage ging das Wissenschaftlerteam um die beiden Geschmacksforscher Meyerhof und Maik Behrens nach. Mit Hilfe eines Zellkultursystems - einer Art „künstlichen Zunge“ - testeten sie die Wirkung von 104 natürlichen und synthetischen Bitterstoffen auf die 25 verschiedenen menschlichen Bittergeschmacksrezeptoren.


Bindungspartner für „verwaiste“ Sensoren aufgespürt


Dabei konnten sie für fünf der zehn noch als „verwaist“ geltenden Sensoren erstmals Bindungspartner identifizieren sowie 64 Bitterstoffen, für die noch kein Rezeptor bekannt war, einen oder mehrere passende Rezeptoren zuordnen. Unter diesen Bitterstoffen befinden sich zahlreiche Substanzen, die uns das Leben täglich bitter machen, wie zum Beispiel Koffein aus Kaffee, Limonin aus Zitrusfrüchten, Chinin aus Bitterlemon, Ethylpyrazin, das bei Röstprozessen entsteht, Sinigrin aus verschiedenen Kohlsorten, aber auch medizinische Inhaltsstoffe.

Während einige der Rezeptoren nur auf wenige bestimmte Substanzen reagierten, waren andere Sensortypen nach den Ergebnissen der Wissenschaftler in der Lage, eine breite Palette der unterschiedlichsten Bitterstoffe zu erkennen. So reichten drei der Rezeptortypen aus, um etwa die Hälfte der 104 getesteten Bitterstoffe zu detektieren. Generell erkannten die Geschmackssensoren sowohl natürliche als auch synthetische Stoffe. Allerdings reagierten einige der Rezeptoren nach Angaben der Forscher bevorzugt auf natürliche Substanzen, während andere eine deutliche Vorliebe für synthetische Bitterstoffe aufwiesen.

Ungleiche Schwellenwerte für Bittersubstanzen


Aber auch die untersuchten Bitterstoffe verhielten sich unterschiedlich: 63 der getesteten Substanzen aktivierten jeweils nur ein bis drei der Rezeptortypen. Dagegen stimulierten 19 der Substanzen bis zu 15 Sensortypen gleichzeitig. Die Schwellenwertkonzentrationen der einzelnen Stoffe, die überschritten werden müssen, um ein Bittersignal auszulösen, waren dabei sehr unterschiedlich.

„Die ungleichen Schwellenwerte für die verschiedenen Bittersubstanzen könnten sich aus unterschiedlichen Gründen entwickelt haben“, sagt Behrens. „Beispielsweise könnte die Giftigkeit der Substanzen eine Rolle gespielt haben.“

Strychnin und Brucin im Vergleich


Strychnin und Brucin sind zwei strukturell eng verwandte, bittere Pflanzenalkaloide. Sie unterscheiden sich jedoch hinsichtlich ihrer Giftigkeit. Während die tödliche Dosis für Strychnin in einem Bereich von fünf bis zehn Milligramm (mg) liegt, ist der Wert für die letale Brucin-Dosis bei 1.000 mg anzusiedeln.

Dies spiegelt sich auch in den Schwellenwerten beider Substanzen für den Bitterrezeptor 46 wider. Strychnin aktiviert den Rezeptor bei einer hundertfach geringeren Konzentration als Brucin, so die Wissenschaftler. Interessanterweise entspricht die Schwellenwertkonzentration, bei der Strychnin wahrgenommen wird, in etwa der natürlichen Konzentration, in der dieses Gift im Samen der Brechnuss vorkommt.
(idw - Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke, 06.01.2010 - DLO)
 
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