ترسیم نقشه‌ گیرنده‌های قند، راهی برای کنترل میل به شیرینی

این نقشه دقیق ، که با استفاده از میکروسکوپ کرایو-آل الکتررون ایجاد شده است ، نشان می دهد که چگونه شیرین کننده ها به قسمت اصلی گیرنده به نام tassr۲ متصل می شوند. این گیرنده دارای یک گیاه مانند زهره مانند است.

این کشف می تواند راه را برای توسعه مولکولهای جدید که بهتر تنظیم یا کاهش میل به مصرف قند را تنظیم کرده یا کاهش می دهد ، هموار کند و از این طریق به مبارزه با چاقی و دیابت کمک کند. بر خلاف شیرین کننده های مصنوعی فعلی که به طور تصادفی کشف شده اند و اغلب در تمایل به قند ناموفق کاهش می یابد ، این پیشرفت ساختاری روشی منطقی برای طراحی گزینه های بهتر فراهم می کند.

دستاوردهای مهم این پروژه تحقیقاتی:

– پیشرفت ساختاری: اولین نقشه با حل بالا (۱.۵ آنگستروم) گیرنده شیرینی انسان.

– اتصال شیرینی: نحوه اتصال مولکول هایی مانند سوکرالوز و آسپارتام برای ایجاد طعم شیرین.

کاربردهای احتمالی: نتایج این مطالعه ممکن است به گزینه های بهتری برای قند و بینش جدید در مورد سلامت متابولیک منجر شود.

مصرف قند

طبق اعلام موسسه زوکرمن (دانشگاه کلمبیا) ، اکنون تمایل انسانی به شکر به سطح ناسالم رسیده است ، به عنوان مثال ، یک فرد معمولی در ایالات متحده سالانه بیش از ۵ کیلوگرم مصرف می کند و تنها ۵ کیلوگرم در سال است. با انتشار این مطالعه جدید در تاریخ ۵ ماه مه ، در مجله Cell's Cell ، دانشمندان دانشگاه کلمبیا گام بزرگی در جهت مقابله با این بحران بهداشت عمومی برداشته اند.

برای اولین بار ، دانشمندان ساختار سه بعدی شیرینی انسان را ترسیم کرده اند – این دستگاه مولکولی که به ما امکان می دهد طعم شیرینی را درک کنیم. این دستاورد می تواند منجر به کشف تنظیم کننده های جدید برای گیرنده شود تا جذابیت و تمایل ما به مصرف قند را به میزان قابل توجهی تغییر دهد.

دکتر جون ژانگ ، نویسنده همکار اول می گوید: “شیرین کننده های مصنوعی که امروز به عنوان جایگزینی از شکر از آنها استفاده می کنیم ، واقعاً تمایل ما به شکر را تغییر نمی دهد.” اکنون که می دانیم این گیرنده چگونه به نظر می رسد ، ممکن است بتوانیم چیزی بهتر طراحی کنیم.

گیرنده های شیرین روی زبان ما می توانند طیف گسترده ای از مواد شیمیایی را با طعم شیرین تشخیص دهند. از سفره های معمولی گرفته تا آنزیم های ضد میکروبی موجود در تخم مرغ.

بر خلاف سایر گیرنده های طعم دهنده – مانند گیرنده های طعم تلخ ، ترش یا سایر طعم دهنده ها – گیرنده های شیرین ما به شکلی تکامل یافته اند که خیلی حساسیت ندارد ، و این ویژگی به ما کمک می کند تا روی غذاهای غنی از قند به عنوان یک منبع انرژی تمرکز کنیم ، که برای برآورده کردن شیرینی ها به مقادیر زیادی شیرینی نیاز دارد. تعیین ساختار گیرنده شیرینی انسان کلید درک چگونگی شناخت طعم شیرین توسط این گیرنده است و درک اساسی از درک طعم به ما می دهد.

گیرنده های شیرین -زبان ؛ از تشخیص تا تکامل

گیرنده های طعم شیرین روی زبان ما قادر به تشخیص طیف گسترده ای از مواد شیمیایی شیرین – از کارد و چنگال معمولی (ساکارز) گرفته تا آنزیم های ضد میکروبی موجود در تخم مرغ هستند. این گیرنده ها به طرز حیرت انگیزی انعطاف پذیر و چند منظوره هستند.

ویژگی های منحصر به فرد گیرنده های شیرین:

– بر خلاف سایر گیرنده های طعم دهنده (برای طعم های تلخ ، ترش یا دیگر) ، گیرنده های شیرین ما حساسیت کمتری دارند.

– این ویژگی تکاملی به ما کمک می کند تا روی غذاهای پرانرژی تمرکز کنیم.

– همان مکانیسم باعث می شود که برای برآورده کردن حس شیرینی به شیرینی بیشتری احتیاج داشته باشیم.

– بر خلاف سایر گیرنده های طعم دهنده (برای طعم های تلخ ، ترش یا سایر طعم دهنده ها) ، گیرنده های شیرین ما حساسیت کمتری دارند – این ویژگی تکاملی به ما کمک می کند تا روی غذاهای پرانرژی تمرکز کنیم – این مکانیسم باعث می شود که برای برآورده کردن شیرینی به شیرینی بیشتری نیاز داشته باشیم.

اهمیت کشف ساختار گیرنده:

شناسایی ساختار سه بعدی گیرندگان شیرینی انسان. موارد زیر به شرح زیر است:

۱. مکانیسم دقیق تشخیص طعم شیرین

۲. پیشرفت اساسی در دانش درک طعم

۱. توانایی طراحی شیرین کننده های هدفمند و سالم تر

۱. درک تفاوت های فردی از نظر سلیقه

این یافته ها نه تنها درک ما از سیستم طعم و مزه را تغییر می دهد ، بلکه راه را برای توسعه راه های جدید برای مبارزه با چاقی و دیابت هموار می کند. گیرنده های شیرینی ، این ماشین های مولکولی پیچیده اسرار بسیاری از رفتارهای غذایی ما را پوشش می دهند.

بیش از پنج سال پیش ، دکتر زوکر و همکارانش ژنهای مسئول طعم شیرین در پستانداران را کشف کردند. این پیشگام فرمول شیمیایی را فاش کرده است ، اما هیچ کس شکل دقیقی را نمی داند – درست مثل دانستن دستور العمل کیک به شما نمی گوید محصول نهایی چگونه به نظر می رسد.

زوکر توضیح می دهد: “بدون این دانش ، درک مولکولی از تشخیص طعم شیرین و طراحی منطقی همیشه یک چالش بزرگ برای تنظیم عملکرد این گیرنده ضروری بوده است.”

برایان وانگ ؛ نویسنده این مطالعه و یک دستیار تحقیقاتی در آزمایشگاه زاکر گفت: “تمام شیرین کننده های مصنوعی که امروزه از آنها استفاده می کنیم یا به طور تصادفی بر اساس مولکول های شناخته شده با طعم شیرین کشف شده یا توسعه می یابند.” در نتیجه ، بیشتر شیرین کننده های مصنوعی دارای مضرات هستند. “

این مطالعه جدید ساختار گیرنده شیرینی انسان را با جزئیات بی سابقه ۱.۵ آنگستروم به تصویر کشیده است. برای مقایسه ، کوچکترین اتم ، هیدروژن ، بیش از ۲ آنگستروم است.

محققان برای ترسیم ساختار گیرنده شیرینی انسان در حدود سه سال به رویکردهای نوآورانه احتیاج داشتند که بیشتر آنها به دلیل دشواری رشد این پروتئین در محیط کشت آزمایشگاهی بود.

این روش به محققان کمک می کند تا تصاویر فوری این مولکول ها را از زوایای مختلف با درخشش پرتوهای الکترونی به مولکول های یخ زده در محلول ضبط کنند و سپس بتوانند ساختار سه بعدی خود را در سطح اتمی بازسازی کنند.

مهمترین چیز این است که میکروسکوپ کرایو-آلکروسیک حفره اتصال گیرنده را نشان داد ، فضایی که مواد شیرین در آن قرار دارند و مجموعه ای از واکنش ها را فعال می کنند که تمایل ما به شیرینی را تحریک می کند.

به گفته دکتر آنتونی فیتزپاتریک ، محقق ارشد موسسه زاکرمن دانشگاه کلمبیا و یکی از نویسندگان این مطالعه ، تعیین حفره اتصال گیرنده برای درک عملکرد آن بسیار مهم است. با دانستن شکل دقیق ، می توانیم درک کنیم که چرا شیرین کننده ها به آن وصل شده اند و چگونه می توان مولکول های بهتری را برای فعال کردن یا تنظیم عملکرد این گیرنده طراحی کرد.

این یافته ها راه را برای توسعه نسل جدید شیرین کننده ها هموار می کند. گیرنده شیرینی انسان از دو بخش اصلی تشکیل شده است: یکی از این موارد ، به نام TAS3R2 ، دارای یک حفره همبند است که دارای یک ساختار شبیه زهره است. درک ساختار این بخش همچنین می تواند به درک تفاوت های حساسیت افراد نسبت به طعم شیرین کمک کند.

در این مطالعه ، دانشمندان هنگام اتصال به دو مورد از رایج ترین شیرین کننده های مصنوعی ، آسپارتام و سوکارالوز ، ساختار گیرنده را به تصویر کشیدند. این شیرین کننده ها به ترتیب ۱ و ۲ برابر شیرین تر از ساکارز (شکر معمولی) هستند.

اکتشافات جدید در مورد مکانیسم اتصال شیرین کننده

محققان نقش هر مؤلفه را در فرآیند دلبستگی به شیرین کننده ها با تغییرات سیستماتیک در بخش های میکروسکوپ بررسی کردند. یو ، دانشجوی دکترا در آزمایشگاه و نویسندگان این مطالعه ، توضیح می دهد: “این تغییرات هدفمند به ما کمک کردند تا عملکرد هر قسمت از گیرنده را دقیقاً درک کنیم.”

اندرو چانگ ، تکنسین تحقیقاتی در آزمایشگاه فیتزپاتریک و نویسنده دیگر این مطالعه گفت: “هدف نهایی ما پیشرفت دانش علمی برای کمک به مردم است.” این تحقیقات اساسی می تواند راه حل های عملی برای مشکلات بهداشت عمومی ایجاد کند. “

استفاده گسترده فراتر از حس طعم

اگرچه گیرنده های شیرین عمدتا در جوانه های طعم هستند ، اما دکتر ژانگ خاطرنشان می کند که این گیرنده ها در بدن پراکنده هستند و ممکن است در عملکرد اندام هایی مانند لوزالمعده درگیر شوند.

پیامدهای مهم برای تحقیقات آینده:

۱. نقشه جدید ساختار گیرنده می تواند تحقیقات متابولیسم را تغییر دهد

۲ بینش جدیدی در مورد اختلالات مانند دیابت ارائه می دهد

۱. این امکان را برای طراحی داروهای هدفمند فراهم می کند تا متابولیسم قند را تنظیم کنند

۱. درک بهتری از رابطه بین سلیقه و سلامت عمومی فراهم می کند

این یافته ها نشان می دهد که گیرنده های شیرین ممکن است عملکردی فراتر از طعم طعم داشته باشند و در تنظیم متابولیسم بدن نقش داشته باشند. چنین کشف می تواند منجر به درمان های جدید دیابت و اختلالات متابولیک شود.