Мифы о «сладкой траве» стевии

Кандидат химических наук А. С. Садовский
«Химия и жизнь» №4, 2005

• Глюкозиды стевии и наш вкус

Глюкозиды стевии и наш вкус

Для нас расхождение в относительной сладости соединений различной химической природы составляет миллион в «сахарных» единицах, причем самые сладкие вещества — это производные мочевины, гуанидины. Существующие теории не в состоянии дать убедительного объяснения механизма восприятия вкуса, однако ситуация меняется на глазах, и вот-вот должен случиться скачок к его молекулярной теории. Подобный переход уже произошел буквально рядом, с другим химическим чувством — обонянием. Совсем недавно (октябрь 2004 года) это событие отмечено вручением Нобелевской премии Ричарду Экселу и Линде Бак (США). Их работа 13-летней давности повлекла открытие «азбуки и лексики» запахов. Как оказалось, мы воспринимаем их с помощью семейства белков, похожих на родопсин, который образует зрительные рецепторы глаз. Сенсорные клетки, числом около миллиона, содержат 100–500 типов обонятельных трансмембранных белков. У каждой из них есть разные трансмембранные белки и цитозольные посредники (G-белки). При возбуждении какого-либо сенсора клетка генерирует электрохимический сигнал (разность потенциалов), который передается в мозговую обонятельную луковицу, где по сигналам сгруппированы центры — колбочки. Это и есть буквы, их число — около тысячи — не равно количеству разновидностей сенсорных белков, а написать ими удается астрономическое число запахов-слов: до 2¹⁰⁰⁰ коротких (в десятичном исчислении это 10⁵⁰⁰). Мы воспринимаем сразу «слова» из нескольких букв или даже «фразы».

Есть мнение, что число вкусовых белков должно быть 50–100, их поиск уже дал первые результаты. Речь идет о сенсорной системе «сладкое-горькое-умами» («умами» — недавно открытое пятое вкусовое ощущение; см. статью А. С. Садовского «Мясной вкус»). Вкус соленое-кислое мы чувствуем рецепторами иного типа — ионотропными. Горький вкус воспринимается белками группы T2R, а сладкий формируется тремя типами белков T1R. Установлено, какие участки ДНК их кодируют (у мышей район SOA, у человека хромосомы 5, 7 и 12), известен сам генетический код и, соответственно, последовательность аминокислот, а также разработаны генно-инженерные методики работы с ними — клонирование, наработка самих белков и антител к ним и прочее. Все это уже защищено несколькими десятками заявок и патентов. Химикам в руки запатентованные препараты еще не попали, исследования вкуса в основном проводят биологи на мышках. Они либо просто убирают какой-нибудь ген вкусового белка (дословно «вышибают», англ. knock out), либо встраивают на его место человеческий. Реакцию мышей на вещества фиксируют по электрофизиологическому импульсу в главном вкусовом нерве (chorda tympani) или по поведению — скорости «слизывания». Два белка T1R2 и T1R3 реагируют только на большие концентрации сахара, индивидуальные качества третьего белка установить не удается — он всегда выступает в спаренных, гибридных сенсорах. Рецепторные белки грызунов и человека очень похожи, но не идентичны. Вкус аспартама (искусственного дипептида), неогеспиридин-дигидрохалкона (флаваноидного гликозида из кожуры цитрусовых), монеллина и тауматина (растительных белков) для нас слаще сахара в 200, 2000, 3000 и 4000 раз, соответственно. Мышки этой сладости не ощущают, но если им заменить гены белка T1R2 на человеческие, то эти заменители сахара (кроме цитрусового гликозида) они начинают воспринимать, как мы. Как предполагают ученые, если мышам поменять сразу пару генов T1R1/T1R2, то они будут реагировать и на неогеспиридин-дигидрохалкон. Не исключено, что глюкозиды стевии мы воспринимаем этим же гибридным сенсором. В ближайшее время станет ясно, так ли это на самом деле, если, конечно, не откроется еще какая-нибудь разновидность сенсорных белков.

Некоторые практические задачи для стевии уже решены. Выяснено, как относительная сладость ее глюкозидов зависит от положения и количества углеводов, присоединенных к остову — аглюкону стевиолу. Сам он, наверное, несладкий, раз о его вкусе ничего не сообщают. Вкусовые качества экстракта можно улучшить, убрав лакричный горьковатый привкус, а саму сладость усилить ферментативной трансгликозиляцией (перетасовкой углеводных остатков) — это уже начинают делать в Японии.

Вторичный метаболит

Механизм биосинтеза глюкозидов в стевии хорошо известен и не в связи с их вкусовыми достоинствами. Дело в том, что на пути синтеза стевиола возникает тот же ключевой продукт, что и у растительного гормона гибберрелина, — энт-каурин (приставка определяет стереоспецифическую принадлежность). Этот терпен был впервые найден в смоле новозеландского хвойного гиганта агатиса южного (Agathis australis), или каури на местном языке маори. Смолу раньше так и называли: каури-копала, теперь ее практически не добывают, поскольку этим замечательным представителям дождевых лесов грозит вымирание. Гиббереллин — типичный гормон, у него множество разнообразных функций, и он исполняет их с большой активностью, поэтому его содержание мало, в стевии — около 0,1 мг/кг биомассы. Избыток вреден. Не удивительно, что первоначально его нашли не в растениях, а в микроскопическом грибке Gibberella fujikuroi — в нем гиббереллина много (Е. Куросава, 1926 г.). Этот грибок вызывает болезнь риса «баканае», раньше поражавшую до 40% посевов. Предшественника гиббереллина — энт-куарин — синтезируют все растения, а вот сладкие гликозиды из него, кроме стевии, еще найдены в южно-китайской малине Rubus suavisimus (рубузозид) и мадагаскарском зонтичном дереве Cussonia racemosa (куссоракозид C)

Исходный материал для синтеза терпенов — остаток уксусной кислоты (H₃С—СOOH), связанный с коферментом А. Тем, кто давно не открывал учебник органической химии, напомним: ферменты, собирая «кладку» из С—С-кирпичиков, ломают один из шести. Половинка идет в отход в виде СО₂, так что счет ведется на пятерки: C₅ — геми, С₁₀ — моно, C₁₅ — сескви, С₂₀ — дитерпены и так далее. Детали синтеза опустим. Назначение гиббереллина понятно, а вот зачем стевии столько глюкозидов, в 10 000 раз больше, чем в других растениях? Для вторичных метаболитов, то есть таких веществ, как стевиозид или ребаудиозиды, которые не принимают участие в жизненном цикле, обычно трудно найти оправдание. Следуя парадигме естественного отбора, мы привыкли приписывать вторичным метаболитам способность вызывать отвращение у травоядных вредителей, бактерицидные свойства и прочее. Во всяком случае, глюкозиды стевии не служат складом сырья для синтеза гиббереллина. Такие глюкозиды можно превратить в гормон, но для этого их надо скормить тому же G. fujikuroi. А в организме млекопитающих глюкозиды стевии приводят к беде, лишь будучи потребленными в огромном количестве. Возможно, тот враг, от которого растение защищалось сладким вкусом, давным-давно вымер, и о его биохимии можно только догадываться. Всегда ли природа столь прагматична в естественном отборе? Глюкозиды не помогают стевии бороться за существование, но и особо не мешают ей жить, и она с пользой для сладкоежек не поспешила от них избавиться.