Těžká voda chutná sladce

Od třicátých let 20. století se vedou diskuse o chuti těžké (deuterované) vody. Čeští vědci z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR nyní zjistili, že těžká voda narozdíl od vody obyčejné chutná sladce - a to navzdory tomu, že po chemické stránce jsou obě vody prakticky totožné. Vjem zprostředkovává receptor pro sladkou chuť.

Obyčejná čistá voda nemá žádnou specifickou chuť. Jak je to ale s vodou těžkou, tedy deuterovanou, která některým lidem chutnala jemně sladce? A pokud sladce opravdu chutná, jak je to vůbec možné, když po chemické stránce jsou obyčejná a těžká voda prakticky totožné? Tyto otázky se objevily již krátce po izolování těžké vědy téměř přes 100 lety a dosud nebyly uspokojivě zodpovězeny. Vědci Pavel Jungwirth a Phil Mason se studenty (Ústav organické chemie a biochemie AV) ve spolupráci s kolegy z Jeruzaléma a Mnichova nyní s pomocí simulací molekulové dynamiky, experimentů na buňkách, myších i lidech zjistili, jak se to se sladkou chutí těžké vody má. V článku publikovaném v časopise Communications Biology vědci jednoznačně ukazují, že těžká voda na rozdíl od obyčejné chutná sladce.

Těžká voda (D2O) se liší od obyčejné vody (H2O) pouze tím, že vodíkové atomy tvořené protonem a elektronem jsou v ní nahrazeny stabilním izotopem vodíku zvaným deuterium, který má v jádře navíc i neutron. Asi nejvýznamnějším projevem této záměny je skutečnost, že těžká voda je o 10 % hustší než voda běžná. Naproti tomu rozdíly v pH či teplotě tání a varu, jež jsou způsobené kvantovými efekty, jsou velmi malé. Po chemické stránce tak mezi oběma molekulami vody prakticky není rozdíl.

„Navzdory tomu, že tyto dva izotopy vody jsou chemicky identické, a přestože chuťové vnímání je založené právě na chemických vlastnostech, se nám podařilo jednoznačně prokázat, že lidé, na rozdíl od myší, jsou schopni odlišit jejich chuť a že těžká voda nám chutná sladce,” říká o hlavních výsledcích studie vedoucí týmu Pavel Jungwirth.

Vědci provedli chuťové experimenty na lidech, na myších i na geneticky upravených buňkách obsahujících lidský receptor pro sladkou chuť a tyto experimenty zkombinovali s metodami molekulárního modelování. Jejich výsledky konzistentně ukazují, že chuť těžké vody zprostředkovává u lidí receptor sladké chuti.

„Právě to dokazuje, že vnímání sladké chuti těžké vody je slabý, ale reálný efekt odehrávající se přímo na úrovni chuťového receptoru a ne někde dále v signálních drahách. Vlastně to znamená, že svým jazykem jsme schopni vnímat rozdíly způsobené kvantovými efekty, což je fascinující,“ dodává.

Budoucí studie by pak měly být schopné odhalit přesné místo a mechanismus, jakým D2O aktivuje lidský chuťový receptor, takže chutná právě sladce a ne jinak.

„Naše studie tak s využitím moderních experimentálních postupů a metod počítačového modelování uzavírá letitý vědecký spor týkající se sladké chuti těžké vody a ukazuje, že i kvantové jevy v jádrech atomů mohou mít zřetelné efekty na tak základní biologické funkce, jako je smyslové vnímání.“

Těžká voda sice neposlouží jako praktické sladidlo, ale naznačuje nám, jak velmi rozdílné molekuly mohou vyvolat sladkou chuť. Vzhledem k tomu, že těžká voda se využívá v lékařství při metabolických měřeních, tak zjištění, že vyvolává reakci receptoru sladké chuti, který se vyskytuje nejen na jazyku, ale i v dalších tkáních lidského těla, může přestavovat důležitou informaci pro klinické lékaře i pacienty. Toto zjištění také může být zajímavou informací pro chemiky, kteří běžně používají těžkou vodu při určování chemické struktury metodami nukleární magnetické rezonance či neutronového rozptylu.

Nakonec zmiňme, že před 86 lety vyšel v časopisu Science krátký dopis Harolda C. Ureye, laureáta Nobelovy cenou za chemii za objev deuteria (H. C. Urey & G. Failla, Science, 81, 273, 1935), který autoritativně tvrdil, že D2O je od H2O chuťově neodlišitelná, což mělo až do současnosti silně negativní dopad na diskusi o tématu.

„Naše studie tak s využitím moderních experimentálních postupů a metod počítačového modelování uzavírá letitý vědecký spor týkající se sladké chuti těžké vody a ukazuje, že i kvantové jevy v jádrech atomů mohou mít zřetelné efekty na tak základní biologické funkce, jako je smyslové vnímání,“ uzavírá Pavel Jungwirth.

Kontakt:

Dušan Brinzanik (ÚOCHB – Komunikace)
dusan.brinzanik@uochb.cas.cz
+420 731 609 271

Původní článek: Sweet taste of heavy water. Natalie Ben Abu, Philip E. Mason, Hadar Klein, Nitzan Dubovski, Yaron Ben Shoshan-Galeczki, Einav Malach, Veronika Pražienková, Lenka Maletínská, Carmelo Tempra, Victor Cruces Chamorro, Josef Cvačka, Maik Behrens, Masha Y. Niv and Pavel Jungwirth. Communications Biology 2021.

Přečtěte si také

• Více než 140 států světa schválilo zprávy o souvislostech mezi společností a přírodou
• Almanach geovědních pokusů, aneb vánoční dárek školám od „Vesmíru pro lidstvo“
• Čeští vědci se podílejí na vývoji ekologických solárních článků
• PLATOSpec, nový spektrograf v Chile pro lov exoplanet
• Archeologové odkryli u Prahy sídliště staré 7000 let
• Odhalena nová tajemství černých děr
• Čeští vědci dosáhli průlomu ve sledování zemětřesení v Etiopii
• V ÚOCHB AV ČR se otevírá unikátní zázemí pro kryogenní elektronovou mikroskopii
• Genetické vzorky zvířat z muzeí rozkryly některé evoluční záhady afrických savců
• Vidět znamená věřit. Altermagnetismus dokazují první mikroskopické snímky