Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Innenarchitektur eines Bittergeschmacksrezeptors entscheidet über seine Sensoreigenschaften

01.06.2010
Die Potsdam-Rehbrücke - Wissenschaftler des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung (DIfE) und der Hebrew University of Jerusalem in Israel haben die Architektur von menschlichen Bittersensoren untersucht.

Wie die Forscher nun zeigen, wirken sich bereits kleinste Unterschiede im Inneren eines Sensors auf das Wechselspiel zwischen Bitterrezeptor und Bitterstoffen aus. Sie entscheiden darüber, ob und wie stark der Sensor auf einen bestimmten Bitterstoff reagiert.

Die neuen Forschungsdaten könnten dabei helfen, spezifische Bitterblocker mit dem Ziel zu entwickeln, die molekularen Vorgänge der Bittergeschmackswahrnehmung noch genauer zu untersuchen.

Forschergruppe um Wolfgang Meyerhof, Leiter der Abteilung Molekulare Genetik am DIfE, werden diese Woche ihre Daten online in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences USA publizieren (Brockhoff et al., 2010*).

Nur 25 verschiedene Bittersensortypen reichen aus, um Tausende von Bitterstoffen zu erkennen. Dabei detektieren einige der Sensortypen wie der hTAS2R46 eine breite Palette von bitteren Substanzen, während andere nur auf wenige Bitterstoffe reagieren. Jeder Rezeptor besitzt sein eigenes Profil von Bitterstoffen.

Im Prinzip ist ein Bittersensor eine gefaltete Eiweißkette, die aus etwa 300 Eiweißbausteinen (Aminosäuren) besteht und in die Zellmembran der Geschmackszellen des Mundes eingebettet ist. Das ist seit längerem bekannt. Neu ist die Erkenntnis der vorliegenden Studie, dass das Sensormolekül nur eine nach außen zum Mundraum hin offene Tasche ausbildet. Diese „Bindungstasche“ ist für alle im Speichel gelösten Bitterstoffe des Rezeptors zuständig, egal ob sie synthetisch, natürlich, gesund oder giftig sind oder wie unterschiedlich ihre Strukturen sind. Wie die neue Studie ebenfalls erstmals belegt, bestimmen nur wenige Bausteine der Eiweißkette, auf welche Substanzen ein Bittersensor reagiert. Diese funktionell wichtigen Aminosäuren ragen in die Bindungstasche hinein, um mit den Bitterstoffen in Wechselwirkung zu treten.

Zu diesen Resultaten kamen die Wissenschaftler um Meyerhof, indem sie Rezeptorchimären aus drei verschiedenen Bittersensortypen konstruierten und deren sensorisches Verhalten mit Hilfe eines Zellkultursystems, das heißt einer Art künstlichen Zunge testeten. Die Forscher tauschten beispielsweise im hTAS2R46 zwei funktionell relevante Aminosäuren gegen entsprechende Eiweißbausteine des hTAS2R31 aus. Hierdurch gelang es ihnen, den Bitterrezeptor hTAS2R46 in einen Bittersensor umzuwandeln, der sensorische Eigenschaften des hTAS2R31 aufwies. Der Rezeptor hTAS2R46, der vorher spezifisch das Gift Strychnin detektierte, reagierte nun auf die krebserregende und nierenschädigende Aristolochiasäure, die er vorher nicht erkannte.

Gleichzeitig untersuchten die Wissenschaftler mit Hilfe eines Modellierungsprogramms am Computer die Raumstruktur des hTAS2R46. „So bekamen wir erstmalig eine räumliche Vorstellung der äußeren und inneren Rezeptorstruktur und konnten sichtbar machen, wo das Strychnin im Inneren des Rezeptors aller Wahrscheinlichkeit nach gebunden wird“, sagt Anne Brockhoff, Erstautorin der Studie.

„Wir hoffen, auf diese Weise noch weitere Molekülbereiche identifizieren zu können, die eine wichtige Rolle für die Wechselwirkung zwischen Bitterstoff und Bitterrezeptor spielen. Unser Ziel ist, rezeptorspezifische Bitterblocker zu entwickeln. Diese könnten sehr hilfreich sein, um die sensorischen und pharmakologischen Eigenschaften der Bittersensoren noch weitgehender zu ergründen“, so Maik Behrens, Mitautor der Studie.

Hintergrundinformation:
*Anne Brockhoff, Maik Behrens, Masha Y. Niv, and Wolfgang Meyerhof: Structural requirements of bitter taste receptor activation; Proc Natl Acad Sci USA, 2010; DOI/10.1073/pnas.0913862107; A preprint of the article will be available to journalists starting Wednesday, May 26, 2010, on a secure reporters-only web site.

Die Bittergeschmackswahrnehmung ist angeboren und bereits Babys können Bitterstoffe wahrnehmen. Gibt man einem Kleinkind etwas Bitteres, so versucht es, das Bittere so schnell wie möglich wieder auszuspucken. Dies macht die orale Gabe bitterer Medikamente in diesem Alter besonders problematisch. Obwohl nicht generell ein Zusammenhang zwischen Bitterkeit und Giftigkeit besteht, gehen Wissenschaftler im Allgemeinen davon aus, dass der Sinn für Bitteres uns vor dem Verzehr giftiger Nahrung bewahren soll.

Wolfgang Meyerhof leitet am DIfE eine der führenden Arbeitsgruppen, die sich mit Geschmacksforschung in Deutschland beschäftigen. Der Gruppe ist es gelungen, alle 25 menschlichen Bitterrezeptor-Gene zu identifizieren. Bitterrezeptoren findet man auf der Zunge, aber auch im Bereich des Gaumens, des Rachens und des Kehlkopfs. Bereits 2005 und 2006 hatten Ergebnisse der Arbeitsgruppe um Meyerhof gezeigt, dass die Wahrnehmung des Bittergeschmacks eine wichtige Rolle während der menschlichen Evolution spielte. Im Jahr 2007 zeigte die Gruppe um Meyerhof, dass Geschmackszellen über unterschiedliche Bitterrezeptoren-Sets verfügen. Damit wären zumindest auf molekularer und zellulärerer Ebene die Voraussetzungen erfüllt, zwischen verschiedenen Bitterstoffen zu differenzieren. Erst kürzlich war die Gruppe an der Identifizierung des ersten rezeptorspezifischen Bitterblockers maßgeblich beteiligt.

Das Deutsche Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Es erforscht die Ursachen ernährungsbedingter Erkrankungen, um neue Strategien für Prävention, Therapie und Ernährungsempfehlungen zu entwickeln. Forschungsschwerpunkte sind dabei Adipositas (Fettsucht), Diabetes und Krebs.

Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören zurzeit 86 Forschungsinstitute und Serviceeinrichtungen für die Forschung sowie drei assoziierte Mitglieder. Die Ausrichtung der Leibniz-Institute reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Sozial- und Raumwissenschaften bis hin zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute arbeiten strategisch und themenorientiert an Fragestellungen von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung. Bund und Länder fördern die Institute der Leibniz-Gemeinschaft daher gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen etwa 16.100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, davon sind ca. 7.100 Wissenschaftler, davon wiederum 2.800 Nachwuchswissenschaftler. Näheres unter http://www.leibniz-gemeinschaft.de.

Kontakt:

Professor Dr. Wolfgang Meyerhof
Deutsches Institut für Ernährungsforschung
Potsdam-Rehbrücke (DIfE)
Abteilung Molekulare Genetik
Arthur-Scheunert-Allee 114-116
14558 Nuthetal
Tel: +49(0)33200 88 282/556
E-Mail: meyerhof@dife.de
Dr. Anne Brockhoff
Deutsches Institut für Ernährungsforschung
Potsdam-Rehbrücke (DIfE)
Abteilung Molekulare Genetik
Arthur-Scheunert-Allee 114-116
14558 Nuthetal
Tel: +49(0)33200 88 561
E-Mail: brockhoff@dife.de
Dr. Maik Behrens
Deutsches Institut für Ernährungsforschung
Potsdam-Rehbrücke (DIfE)
Abteilung Molekulare Genetik
Arthur-Scheunert-Allee 114-116
14558 Nuthetal
Tel: +49(0)33200 88 545
E-Mail: behrens@dife.de
Dr. Gisela Olias
Leiterin der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Deutsches Institut für Ernährungsforschung
Potsdam-Rehbrücke (DIfE)
Arthur-Scheunert-Allee 114-116
14558 Nuthetal/Deutschland
Tel.: +49(0)33 200-88 278/335
Fax: +49(0)33 200-88 503
E-Mail: olias@dife.de

Dr. Gisela Olias | idw
Weitere Informationen:
http://www.dife.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Magenkrebs: Auch Bakterien können Auslöser sein
17.08.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

nachricht Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen
16.08.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie