Jaki jest sekret słodkości?

Większość z nas myśli o smaku jako o szczególnym przywileju kucharzy i szefów kuchni, zaś mieszanie smaków uważa za sztukę, a nie naukę. Jednak smaki są częścią chemii spożywczej i tak jak w przypadku zapachów, istnieje przemysł zajmujący się wydzielaniem substancji odpowiedzialnych za dawno poznane smaki i aromaty, analizowaniem ich, a następnie odtwarzaniem ich w laboratorium. Niektórzy chemicy poszukują także nowych smaków, mając nadzieję, że ku naszemu zadowoleniu zdołają odkryć coś zupełnie nowego. Chemia smaku być może ciągle jeszcze jest w powijakach, ale co najmniej w jednej dziedzinie w ciągu ostatnich lat poczyniono wielki postęp: mam na myśli słodkość. Chemicy wiedzą obecnie wystarczająco dużo o naturze, albo raczej „strukturze”, słodkości, aby móc przewidzieć, które molekuły wywołają na naszym języku uczucie słodyczy.

Jaki jest zatem sekret słodkości? Odpowiedź nie leży, jak można by się spodziewać, w chemicznych własnościach cząsteczek i jeśli ktoś chciałby szukać wspólnej cechy słodkich związków, nie znajdzie takiej. Można się o tym przekonać, porównując różne słodziki: octan ołowiu, sacharozę, aspartam i sacharynę. Wszystkie różnią się od siebie pod względem chemicznym. Odpowiedź na postawione powyżej pytanie tkwi w strukturze cząsteczek, a przynajmniej w ich przestrzennej konfiguracji.

Jak wyrafinowany może być smak, można pokazać na przykładzie aminokwasu fenyloalaniny, którego prawoskrętna forma smakuje słodkawo. Kiedy otrzyma się lewoskrętną formę fenyloalaniny, okazuje się, że ma ona gorzki smak. Te dwie cząsteczki są identyczne pod względem chemicznym, mają te same atomy i grupy połączone tymi samymi wiązaniami chemicznymi. Różnica polega jedynie na tym, że są one swoimi lustrzanymi odbiciami, co wystarcza, aby radykalnie zmienić ich smak. Nasze własne doświadczenia z nakładaniem odwrotnie lewego i prawego buta wskazują, że pozornie mała różnica może dawać nieproporcjonalnie duże konsekwencje. Tak jest również w przypadku receptorów na naszym języku. Podobnie jak niewielka modyfikacja klucza powoduje, że nie otworzy on zamka, tak cząsteczka ze źle dobranym „kluczem słodyczy” nie włączy czujników w naszych kubkach smakowych.

W latach sześćdziesiątych Robert Shallenberger i Terry Acree zasugerowali, że cząsteczki mogą uaktywniać kubki smakowe odpowiedzialne za słodki  smak, jeśli ich atomy wodoru umiejscowione są pod dokładnie takim kątem, aby dopasować się do atomów receptora. Lemont Kier z bostońskiego Massachusetts College of Pharmacy zidentyfikował trzy części słodkiej cząsteczki, determinujące kształt pasujący do receptora. Teoria ta stała się znana jako teoria trójkąta słodkości, a umocniła się, kiedy skonstruowane według tego klucza cząsteczki okazywały się słodkie.

W jednym z rogów trójkąta musi się znajdować atom wodoru, który przyłączy się do tlenu lub azotu na receptorze. Powstanie wówczas tzw. wiązanie wodorowe. Jest to słabe oddziaływanie między cząsteczkami, polegające na przyciąganiu pomiędzy atomem wodoru (który ma ładunek dodatni) jednej cząsteczki i atomem tlenu lub azotu (mają one ładunek ujemny) drugiej cząsteczki. W drugim rogu trójkąta słodkości znajdować się musi atom tlenu lub azotu, który podobnie będzie przyciągał atom wodoru receptora, znowu tworząc wiązanie wodorowe. W trzecim rogu znajdują się atomy wodoru, które nie muszą brać udziału w wiązaniach wodorowych, a są to wodory przyłączone do atomów węgla. Ustawiając wszystkie te elementy we właściwej pozycji, można prawie zagwarantować, że cząsteczka będzie miała słodki smak. Trójkąt słodkości pasujący do receptora jest jak wtyczka pasująca do gniazdka elektrycznego: po połączeniu cząsteczki i receptora „prąd” płynie do mózgu i czujemy słodki smak.

Trójkąt słodkości. Jeśli cząsteczka ma mieć słodki smak, musi uaktywniać na języku receptory słodkiego smaku. Aby tak się stało, musi posiadać trzy cechy: atom tlenu lub azotu z przyłączonym wodorem (OH lub NH) w miejscu A; atom tlenu lub azotu w miejscu B; w miejscu C grupę taką jak węglowodór, odpychającą wodę. Liczby wzdłuż boków trójkąta są optymalnymi odległościami pomiędzy tymi trzema centrami, wyrażonymi w pikometrach (10 do potegi -12 metra).

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *