Kategoria: toksykologia

Fizjologia smaku (2): cierpkość czyli taniny

Marcin CzerwińskiLeave a comment

W poprzednim odcinku napisałem o molekularnych podstawach rozpoznawania różnych smaków. Dziś uważa się, że smaków jest sześć: słodki, słony, kwaśny, gorzki, umami i tłusty. Ale czy to, co czujemy jedząc różne potrawy, rzeczywiście sprowadza się do tych sześciu smaków? Gdyby tak było, gastronomia, czyli sztuka przyrządzania potraw w oparciu o wiedzę kulinarną (Wikipedia), byłaby powszechną umiejętnością. Tak jednak nie jest, o czym łatwo się przekonać odwiedzając dowolną placówkę gastronomiczną. W tym wpisie trochę więcej o smaku, który wszyscy znamy, chociaż nie ma swojego receptora.

Co to jest cierpkość?

Każdy kto jadł niedojrzałego banana, zna jego cierpki smak. Wrażenie jest takie, jakby w ustach pojawił się bardzo drobny piasek, który utrudnia przesuwanie się języka po podniebieniu. Jaki jest mechanizm tego zjawiska?

W niedojrzałych owocach, ale także w wielu naturalnych roślinnych produktach (np. kora drzew), znajdują się taniny, zwane też garbnikami. Nazwa pochodzi od ich zastosowania: od wieków były używane do wyprawiania, czyli garbowania skór. Taniny są to związki polifenolowe (czyli: zawierające wiele grup hydroksylowych), produkowane przez rośliny w celu odstraszenia roślinożernych zwierząt. Mają zdolność do denaturacji białek, czyli zmiany ich struktury prowadzącej do utraty aktywności. To właśnie zachodzi podczas garbowania skór: denaturacja włókien kolagenowych obecnych w skórze powoduje, że skóra staje się niewrażliwa na działanie drobnoustrojów.

Taniny, polifenole i ich wpływ na nasze zdrowie

Związki polifenolowe czyli taniny występują w wielu warzywach i owocach, a także w produktach pochodzenia roślinnego, jak wino, herbata, kawa czy czekolada. Można je podzielić na flawonowe i nieflawonowe (Ryc. 1). Związki flawonowe są pochodnymi flawonu, organicznego związku składającego się z trzech pierścieni aromatycznych (nazwa od łacińskiego flavus = żółty). Związki nieflawonowe są pochodnymi jedno- lub dwupierścieniowych związków takich jak kwas cynamonowy czy stylben. Wszystkie one mogą silnie wiązać reaktywne formy tlenu, czyli związki z niesparowanym atomem tlenu lub wiązaniem O-O (te z niesparowanym atomem tlenu noszą nazwę rodników). Związki takie powstają w czasie oddychania komórkowego i mogą utleniać białka, lipidy i kwasy nukleinowe, prowadząc do uszkodzenia komórki czy nawet jej śmierci. Dobrze udokumentowany jest ich udział w procesie starzenia się, zarówno komórek, jak i całych organizmów (pisałem o tym we wpisie na temat bobu). Polifenole ze względu na obecność wielu pierścieni są w stanie wiązać te związki i je unieszkodliwiać, a dieta bogata w polifenole przeciwdziała wielu chorobom, których powstanie przypisuje się reaktywnym formom tlenu. Są to np. nowotwory, choroby neurodegeneracyjne (np. choroba Alzheimera), choroba wieńcowa serca czy cukrzyca. Wiele z polifenoli wymienionych na Ryc. 1 ma taką aktywność: jest to np. luteolina (obecna w brokułach), apigenina (w pietruszce), hesperetyna (w cytrynach i pomarańczach), naryngenina (w brzoskwiniach), kwercetyna (w cebuli i ciemnych winogronach), cyjanidyna (w głogu i czerwonej cebuli) czy genisteina (w soi i innych bobowatych). Kwas galusowy występuje w liściach herbaty, a resweratrol w skórkach winogron, chociaż dużo jest go też w czerwonym winie. Jego zdolność do aktywacji sirtuin, nazywanych też białkami długowieczności, zasługuje na osobny wpis na blogu (mam w planie).

Ryc. 1. Struktury roślinnych polifenoli. Według: Rudrapal M. et al., Fr. Pharmacol. 2022, 13: 806470. Licencja CC BY 4.0.

Gdzie jest najwięcej polifenoli? Absolutnym rekordzistą jest czapetka pachnąca (Syzygium aromaticum), której paki kwiatowe znane są jako goździki: w 100 g goździków jest 15 g polifenoli. Niewiele mniej, bo 11 g/100 g, zawiera wysuszona mięta pieprzowa (Mentha piperita). Badian właściwy (Illicium verum), czyli anyż gwiaździsty, który jest źródłem anyżku, zawiera 5 g/100g. Wysuszone nasiona kakaowca właściwego (Theobroma cacao) zawierają  3,5 g/100 g. Wytwarzana z niego ciemna czekolada zawiera 1,6 g/100 g, a mleczna 0,2 g/100g. Napoje: zawartość polifenoli w kawie to 2 mg/ml, w herbacie i czerwonym winie 1mg/ml, a w piwie 0,04 mg/ml. Dlatego chcąc żyć długo, trzeba pić dużo kawy (zgodzi się ze mną każdy amator tego napoju).

Wśród owoców, które spożywamy bezpośrednio, najwięcej polifenoli zawiera aronia. Jej najczęściej uprawianym gatunkiem jest aronia czarna (Aronia melanocarpa). W 100 g owoców jest 1,8 g polifenoli. Skutkiem jest charakterystyczny cierpki smak; żeby sie go pozbyć, dobrze jest na krótko zamrozić owoce, co powoduje wytrącenie tanin. Smak jest lepszy, ale też polifenoli jest mniej.

Ryc. 2. Owoce aronii. Źródło: Wikipedia, licencja CC BY 2.0.

Listę 100 produktów spożywczych najbogatszych w polifenole można znaleźć tutaj.

Polifenole i smak

Jaki jest smak polifenoli? Przeważnie gorzki: liczba związków polifenolowych pochodzenia roślinnego jest ogromna, i to dzięki nim smak roślinnych produktów jest tak zróżnicowany. Polifenole wyczuwamy za pomocą receptorów dla smaku gorzkiego, których mamy 25 rodzajów, i teoretycznie każdy z nich może rozpoznawać inny rodzaj cząsteczki. Bogactwo smaków czerwonego wina bierze się właśnie z rozmaitości zawartych w nim polifenoli. Wiadomo, że czerwone wino wyprodukowane ze szczepów Cabernet sauvignon i Merlot ma najwięcej polifenoli, a ze szczepów Sangiovese i Pinot noir – najmniej.

Gorzki smak nie jest jednak jedyną cechą tanin. Równie ważne są ich właściwości  ściągające, które przekładają się na cierpkość. W jaki sposób powstaje takie wrażenie? Jak pisałem, taniny mogą denaturować białka. W naszej ślinie jest wiele białek, takich jak lizozym (enzym rozkładający ścianę komórkową bakterii), laktoferyna (wiąże jony żelaza) oraz mucyny, które są glikoproteinami, czyli białkami z dużą ilością cukrów. Mucyny mają zdolność do tworzenia żeli;  to dzięki nim ślina jest lepka, a my mamy wrażenie, że język ślizga się po podniebieniu. Jeżeli jednak weźmiemy do ust coś, co zawiera taniny (np. niedojrzałego banana, albo czerwone wino o bogatym bukiecie), to taniny zwiążą białka i mucyny zawarte w ślinie powodując ich agregację. Zagregowane kompleksy mogą wytrącać się, co można porównać do sytuacji, gdy w łożysku zabraknie oleju. W łożysku powoduje to zwiększenie tarcia mogące grozić jego uszkodzeniem, a w ustach zostaje natychmiast wykryte przez mechanoreceptory, czyli neurony wyspecjalizowane w wykrywaniu bodźców mechanicznych, takich jak dotyk. Jeżeli dodamy to tych wrażeń gorzki smak tanin wykrywany przez receptory smaku gorzkiego, to mamy paletę wrażeń zmysłowych odczuwanych podczas konsumpcji związków bogatych w taniny (Ryc. 2).

Ryc. 2. Mechanizm powstawania uczucia cierpkości. Według: Soares S. et al., Molecules 2020, 25: 2590. Licencja CC BY 4.0.

Na koniec ciekawostka: pisałem o osobach, które nie mają funkcjonalnego receptora dla smaku gorzkiego o nazwie T2R38. Nie czują one gorzkiego smaku fenylotiokarbamidu (PTC), a także wielu innych gorzkich substancji. Takich osób jest ok. 30%, i raczej nie mogą być one sommelierami czy też degustatorami kawy czy herbaty. Ale osoby, które produkują mało śliny, też raczej nie mogą pełnić tych funkcji. Nie dlatego, że nie czują gorzkiego smaku (bo mogą mieć prawidłowy gen kodujący receptor T2R38), tylko dlatego, że przy małej ilości śliny bardzo szybko dochodzi do denaturacji jej białek, co powoduje nieprzyjemne odczucie. „Smakuje tak, jak gdyby się wywiesiło język przez okno” (Tomasz Mann, Buddenbrookowie).

Literatura dodatkowa

Taniny

https://doi.org/10.3390/molecules25112590

Polifenole i zdrowie

https://doi.org/10.3389/fphar.2022.806470

Zawartość polifenoli w różnych produktach spożywczych

https://doi.org/10.1038/ejcn.2010.221

Taniny w winie

http://doi.org/10.1002/jsfa.11672

Fizjologia smaku, czyli dlaczego jedne rzeczy nam smakują, a inne nie (1)

Marcin Czerwiński3 komentarze

Tomasz Kubowicz niedawno napisał o najbardziej gorzkiej substancji na świecie, za jaką uważa się Bitrex. Ale jak to jest, że czujemy gorzki smak? I dlaczego możemy czuć różne smaki? Postaram się to wyjaśnić we wpisie poniżej.

Dlaczego czujemy smak?

Za odczuwanie smaku odpowiadają kubki smakowe, które znajdują się głównie (chociaż nie tylko) w jamie ustnej. Każdy kubek smakowy zawiera wyspecjalizowane komórki, które po związaniu jakiejś substancji chemicznej (np. glukozy) uruchomiają przekazanie sygnału do mózgu. Jeżeli w ustach zmienia się stężenie soli lub jonów wodorowych, to zmiany te również są wykrywane przez odpowiednie komórki obecne w kubkach smakowych.

Kubki smakowe i brodawki smakowe

Kubki smakowe znajdują się w nabłonku wielu narządów, chociaż najwięcej ich wchodzi w skład brodawek znajdujących się na języku. Można powiedzieć, że język jest głównym organem wyczuwającym smak. Brodawki językowe sprawiają, że powierzchnia języka jest szorstka. Istnieją cztery rodzaje brodawek językowych: nitkowate, grzybopodobne, liściaste i obwodowe. Brodawek nitkowatych jest najwięcej; odpowiadają one za mechaniczną stymulację języka, przewodzą impulsy bólowe, ale nie zawierają kubków smakowych. Te są obecne w pozostałych trzech rodzajach brodawek.

Brodawki grzybopodobne znajdują się na grzbietowej części języka, a najwięcej ich jest na jego przedniej części. Jest ich w sumie około 200. Zawierają ok. 25% wszystkich kubków smakowych.

Brodawki liściaste znajdują się na bocznej stronie języka. Jest ich nie więcej niż 5 po każdej stronie. Zawierają ok. wszystkich 25% wszystkich kubków smakowych.

Brodawki obwodowe znajdują się na tylnej części języka. Jest ich 8 – 12. Zawierają ok. 50% wszystkich kubków smakowych.

Każda brodawka może zawierać od kilku do ponad 100 kubków smakowych. W sumie kubków smakowych mamy ok. 4000 (na pewno nie więcej niż 8000). I to właśnie one powodują, że czujemy smak tego, co jemy (Ryc. 1).

Ryc. 1. Rozmieszczenie brodawek na języku oraz schemat budowy kubka smakowego. Według: Jaime-Lara R.B. et al., Physiol. Rev. 2023, 103: 855–918. Licencja CC BY 4.0.

Receptory smakowe

Każdy kubek smakowy zawiera 150 – 300 komórek receptorowych, a każda komórka receptorowa zawiera tylko jeden typ receptora. Receptorami mogą być kanały jonowe lub receptory związane z białkiem G (G protein-coupled receptors, GPCR). Te ostatnie to duża rodzina białek transmembranowych (czyli znajdujących się w błonie komórkowej). Białka te po związaniu zewnątrzkomórkowego liganda (czyli czynnika, który jest swoiście rozpoznawany) powodują aktywację białka G, polegającą na zastąpieniu GDP przez GTP (odpowiednio, gunazyno-5’-difosforan i guanozyno-5’-trifosforan). Tak zaktywowane białko G może aktywować inne białka, w tym cyklazę guanylową, co powoduje przesłanie sygnału do komórki, co z kolei skutkuje zmianami w metabolizmie. Jest wiele receptorów związanych z białkiem G, należą do nich m.in. receptory dla adrenaliny, serotoniny czy opioidów. Większość receptorów smakowych też należy do tej rodziny.

Drugim rodzajem receptorów smakowych są kanały jonowe. Są to również białka transmembranowe, a ich rolą jest przenoszenie jonów przez błonę komórkową. 

Ile smaków możemy wyczuć? Do niedawna uważano, że podstawowych smaków jest pięć: słony, słodki, gorzki, kwaśny i umami (z japońskiego „smakowity”). Dziś uważa się, że jest jeszcze szósty smak, który można nazwać tłustym, czyli związanym z obecnością tłuszczów. Każdy z tych smaków rozpoznawany jest przez określony typ komórki, która ma na powierzchni odpowiednie receptory. Ponieważ smaków jest sześć, to jest również sześć typów komórek receptorowych. Samych receptorów jest jednak więcej, bo o ile np. smak kwaśny jest rozpoznawany tylko przez jeden typ receptora, to smak gorzki przez 25 rodzajów (o czym piszę w dalszej części).

Receptory te są pokazane na Ryc. 2. Białka typu GPCR odpowiadają za wyczuwanie smaków: słodkiego, gorzkiego, umami i tłustego (częściowo, bo smak tłusty ma jeszcze drugi rodzaj receptora, którym jest kanał jonowy). Kanały jonowe odpowiadają za wyczuwanie smaku kwaśnego, słonego i tłustego (drugi receptor).

Poniżej krótka charakterystyka receptorów dla poszczególnych smaków.

Smak kwaśny

Kanał jonowy Otop1 (otopterin 1) jest białkiem, które przenosi jony wodorowe przez błonę komórkową. Jeżeli w ustach mamy dużo jonów wodorowych (czyli pH jest niskie), białko Otop1 przepuszcza je do wnętrza komórki, co powoduje wysłanie sygnału do mózgu, że mamy w ustach coś kwaśnego. Tu ciekawostka: każdy chemik zauważy, że o ile możemy wykrywać kwaśny smak powodowany przez jony wodorowe (H+), to nie mamy receptora dla jonów hydroksylowych (OH–). Dlatego substancje o zasadowym pH (np. mydło) wydają się nam obrzydliwe.

Smak słony

Kanały jonowe o nazwach ENaC i TRPV1 przenoszą jony sodowe przez błonę komórkową i odpowiadają za wyczuwanie smaku słonego. Ten drugi jest również receptorem dla kapsaicyny, czyli piekącej substancji zawartej w papryczkach chili. Kapsaicyna aktywuje więc po części receptory smaku słonego, co pozwala na zastąpienie szkodliwej w nadmiarze soli przez ostre przyprawy (uwaga dla kucharzy).

Smak tłusty

Białko o nazwie CD36 należące do rodziny kanałów jonowych przenosi kwasy tłuszczowe do wnętrza komórki i wspólnie z białkiem GPR120 (które należy do rodziny GPCR) odpowiada za wyczuwanie tłuszczów w pokarmie. Ściśle rzecz biorąc, nie wyczuwamy tłuszczów, ale wchodzące w ich skład kwasy tłuszczowe. Reakcję hydrolizy tłuszczów do glicerolu i kwasów tłuszczowych przeprowadzają obecne w ślinie enzymy z rodziny lipaz.

Smak słodki i umami

Smak słodki znamy wszyscy, ale czym jest smak umami? Został odkryty przez japońskiego badacza Kikunae Ikedę, który w 1908 r. zauważył, że smak bulionu z wodorostów różni się od podstawowych czterech smaków. Nazwał go „umami”, co po japońsku znaczy „esencja pyszności”. Przeprowadzone przez niego analizy chemiczne wykazały, że za ten smak odpowiada kwas glutaminowy, który jest jednym z podstawowych aminokwasów. Dziś jego sól sodowa (lub potasowa albo magnezowa) jest stosowana powszechnie jako wzmacniacz smaku i możemy ją znaleźć w większości przetworzonych produktów spożywczych (kody E620-E625).

Za wykrywanie smaku słodkiego i umami odpowiadają kompleksy złożone z dwóch białek. W ich skład wchodzi zawsze białko T1R3 oraz białko T1R2 (dla smaku słodkiego) lub T1R1 (dla umami). Tylko obecność obu białek jednocześnie powoduje, że możemy wyczuć te smaki. U kotów miała miejsce mutacja w genie kodującym receptor T1R2; białko kodowane przez taki gen jest defektywne (brakuje długiego fragmentu) i nie może dalej przekazywać sygnału. Dlatego koty nie lubią słodyczy. Przypuszczalnie smakują im trochę tak, jak nam mydło.

Ryc. 2. Receptory smaku i niektóre cząsteczki, które je aktywują. Według: Jaime-Lara R.B. et al., Physiol. Rev. 2023, 103: 855–918. Licencja CC BY 4.0.

Smak gorzki, czyli jak uniknąć trucizn

Wśród receptorów smaku najwięcej jest receptorów smaku gorzkiego: jest ich cała rodzina o nazwie T2R (używa się też nazwy TAS2R). U człowieka znanych jest 25 genów kodujących funkcjonalne receptory smaku gorzkiego, ale płazy mają ich ok. 60, a gady 40. U ssaków bywa różnie, najwięcej mają ich zwierzęta wszystkożerne i roślinożerne (np. krowa 22, mysz 36), a najmniej mięsożerne (np. fretka 12, niedźwiedź polarny 14, pies 16). Dlaczego receptorów dla gorzkiego smaku jest aż tyle? Chronią przed zatruciem, ponieważ większość trucizn ma gorzki smak. Im więcej receptorów i im bardziej są one zróżnicowane, tym większa szansa, że wykryjemy dany rodzaj trucizny, bo dana substancja może aktywować tylko jeden rodzaj receptora. A jakie organizmy są największym producentem trucizn? Rośliny, które w ten sposób bronią się przed zjadaniem. Dlatego zwierzęta roślinożerne mają najwięcej rodzajów receptorów gorzkiego smaku.

Fenylotiokarbamid jako test na gorzki smak

Przykładem gorzkiej substancji wykrywanej przez jeden rodzaj receptora jest fenylotiokarbamid (PTC). W 1931 r. Arthur Fox, chemik z firmy Du Pont, przypadkowo wypuścił w powietrze chmurę kryształków tego związku i zauważył, że o ile jego koledzy uskarżali się na jego gorzki smak, to on sam nie czuł nic. Szersze badania wykazały, że niezdolność do wykrywania gorzkiego smaku PTC jest cechą recesywną (to znaczy, trzeba mieć dwa takie allele żeby taka cecha miała miejsce). Ok. 30% ludzi ma taką cechę (angielskie określenie: „non-taster”), czyli nie czuje gorzkiego smaku PTC. Przyczyną jest mutacja w genie T2R38 (jednym z genów kodujących receptory smaku gorzkiego), która powoduje, że białko jest nieaktywne i po związaniu cząsteczki nie może przesyłać sygnału do mózgu. Osoby, które mają taką mutacje w obu allelach tego genu, nie czują też limoniny, która nadaje gorzki smak cytrusom (najwięcej jest jej w grejpfrutach). Są też udokumentowane związki między takimi mutacjami i zamiłowaniem do niektórych warzyw o gorzkim smaku, ale o tym napiszę w następnym odcinku (Ryc. 3).

Ryc. 3. Fenylotiokarbamid (PTC). Źródło: Wikipedia, domena publiczna.

Trucizny i receptory dla nich

Jakie substancje mają gorzki smak i jakie receptory je rozpoznają? Chinina, niezwykle gorzka substancja (nieszkodliwa w niewielkich, ale trująca w dużych ilościach) jest rozpoznawana przez białka T2R39 i T2R46. Amigdalina, trujący związek obecny m.in. w pestkach brzoskwiń i morel, jest rozpoznawana przez białko T2R16. Pisał o niej Lucas Bergovsky.

Strychnina, silnie trujący związek o bardzo gorzkim smaku, jest rozpoznawana przez receptor T2R46. Ale np. silnie trująca solanina z ziemniaka nie jest rozpoznawana przez żaden z ludzkich receptorów, i w związku z tym w zasadzie nie ma smaku. Zatrucia solaniną zdarzają jednak się rzadko, bo bulwy ziemniaka przeważnie jej nie zawierają (pisał o tym Mirosław Dworniczak).

Wśród roślin uprawianych przez człowieka na duża skalę jedna może być naprawdę niebezpieczna: jest to maniok jadalny (Manihot esculenta). Pochodzi z Brazylii, a dziś uprawiany jest powszechnie w Afryce i spożywany w postaci mąki zwanej tapioką lub kassawą (Ryc. 4).

Ryc. 4. Bulwy manioku. Źródło: Wikipedia, David Monniaux. GNU Free Documentation License.

Maniok zawiera dwa gorzkie alkaloidy o nazwach linamarina i lotaustralina, które zapewniają ochronę wobec szkodników. Podobnie jak w amigdalinie są w niej grupy nitrylowe, które mogą uwalniać cyjanowodór. Związków tych można się pozbyć w wyniku gotowania lub pieczenia, a także po 24-godzinnym wymoczeniu w  wodzie. Pomimo to, zatrucie alkaloidami zawartymi w manioku zdarza się dość często i powoduje chorobę o nazwie konzo (w Afryce co najmniej 100 000 przypadków rocznie). Objawy to uszkodzenie nerwów ruchowych (w języku Yaka konzo to „związane nogi”) i postępujący paraliż. Wiele zależy tu od indywidualnej zdolności wyczuwania gorzkiego smaku: jedne osoby czują go lepiej, a inne gorzej, i to właśnie one bardziej narażone są na zatrucie (Ryc. 5).

Ryc. 5. Pacjenci z objawami konzo w Demokratycznej Republice Kongo (A) i zawartość trujących glikozydów w manioku jako funkcja zdolności do wyczuwania gorzkiego smaku przez różne osoby (B). Źródło: Wooding S.P. et al., Evol. Medicine Pub. Health 2021, 9: 431-447. Licencja CC BY 4.0.

I tu przechodzimy do indywidualnych zdolności percepcji smakowych, czyli do genetyki smaku. Ale o tym, a także o rzekomej „mapie języka”, opowiem w następnych odcinkach.

Literatura dodatkowa

Molekularne podstawy smaku:

https://doi.org/10.1152/physrev.00061.2021

Genetyczne różnice w wyczuwaniu smaku:

https://doi.org/10.1146/annurev-food-032519-051653

Słodki smak u kotów

https://doi.org/10.1093/jn/136.7.1932S

Gorzki smak i jego znaczenie

https://doi.org/10.1093/emph/eoab031

Amanityna, czyli śmierć na grzybobraniu

Marcin Czerwiński6 komentarzy

Co roku wraz z sezonem grzybowym pojawia się problem zatruć grzybami. Grzyby potrafią produkować wiele biologicznie aktywnych związków chemicznych, takich jak muskaryny, fallotoksyny czy kwas ibutenowy. Wiele z nich zalicza się do trucizn. Niektóre są środkami psychoaktywnymi, jak np. psylocybina zawarta w łysiczce lancetowatej (Psilocybe semilanceata). Pisał o tym Lucas Bergowsky w artykule o narkotykach w służbie wywiadu.

Trujących grzybów jest bardzo dużo: samych muchomorów znanych jest ok. 600 gatunków, ale 90% śmiertelnych zatruć na świecie i 95% w Polsce jest wynikiem spożyciem muchomora zielonawego, dawniej znanego jako muchomor sromotnikowy (Amanita phalloides), lub gatunków z nim spokrewnionych, jak Amanita bisporigera (na wschodzie Ameryki Północnej) i Amanita ocreata (wybrzeże Pacyfiku). W Polsce muchomor zielonawy występuje pospolicie w lasach liściastych i mieszanych, a jego partnerem symbiotycznym jest dąb. Można go pomylić z jadalną gąską zielonką (Tricholoma equestre), bo oba grzyby mają blaszki pod kapeluszem i podobny kolor, ale tylko muchomor ma charakterystyczny pierścień na trzonie oraz pochwę, z której wyrasta owocnik. W Polsce ok. 50 osób rocznie umiera w wyniku zatrucia muchomorem zielonawym (Ryc.1).

Ryc. 1. Muchomor zielonawy (Amanita phalloides). Źródło: Wikpedia, Mushroom observer. Licencja CC BY 3.0.

Równie trujący jest muchomor jadowity (Amanita virosa). Różni się od muchomora zielonawego białym kolorem kapelusza, ale w Polsce jest bardzo rzadki, więc mała jest szansa, że ktoś na niego trafi i ugotuje.

Są jeszcze inne śmiertelnie trujące grzyby, ale nie przypominają znanych jadalnych gatunków. Tak więc głównym niebezpieczeństwem dla grzybiarzy jest muchomor zielonawy.

Co truje w muchomorze zielonawym?

Są w nim dwa rodzaje toksyn fallotoksyny i amatoksyny. Oba są cyklicznymi peptydami, z tym że fallotoksyny składają się z siedmiu reszt aminokwasowych, a amatoksyny z ośmiu. Amatoksyny są bardziej trujące: LD50 (dawka śmiertelna powodująca śmierć połowy badanych zwierząt) wynosi 0,1 mg/kg masy ciała dla amatoksyn i 2 mg/kg dla fallotoksyn. Mechanizm działania jest też różny: fallotoksyny wiążą się do F-aktyny, czyli polimerów aktyny w komórce. Amatoksyny hamują transkrypcję, czyli syntezę mRNA. I to właśnie one są przyczyną większości zgonów po zatruciu grzybami. Jest kilka rodzajów amatoksyn różniących się budową, ale w muchomorze zielonawym najwięcej jest α- i β-amanityny (Ryc. 2).

Ryc. 2. Struktura amatoksyn. Źródło: Barbarosa I et al., J. Phram. Biomed. Anal. 2023, 232: 115421. Licencja CC BY 4.0.

Jakie są objawy zatrucia amanityną?

Żeby spowodować śmierć dorosłego człowieka, wystarczy 7 mg amanityny. Przeciętny muchomor sromotnikowy może jej zawierać 15-30 mg, więc jednym grzybem może się zatruć kilkuosobowa rodzina. Pierwsze objawy mają miejsce się po 6-12 godzinach po zjedzeniu i są to zawroty głowy, wymioty i biegunka. Po tym okresie następuje pozorna poprawa trwająca 24 godziny, ale potem pojawia się żółtaczka (czyli żółte zabarwienie skóry), zaburzenia świadomości, śpiączka, zaburzenia w oddawaniu moczu, krwawe biegunki, uszkodzenie szpiku kostnego i serca. Ma też miejsce typowy dla uszkodzenia wątroby wzrost poziomu transaminaz (ALT/AST) i dehydrogenazy mleczanowej, także wydłużenie czasu protrombinowego, co ma związek z obniżeniem syntezy czynników krzepnięcia. Jeżeli chory nie otrzyma pomocy lekarskiej, śmierć następuje po kilku dniach.

Jaki jest mechanizm działania amanityny?

Toksyna wnika do komórek za pośrednictwem białka OATP1B3, które transportuje przez błonę komórkową rozpuszczalne cząsteczki organiczne (solute carrier organic anion transporter family member 1B3). Białko to przenosi przez błonę komórkową m.in. bilirubinę czy kwas cholowy, a jeżeli amanityna jest we krwi, przeniesie ją do wnętrza komórki. Tam amanityna wiążą się nieodwracalnie z polimerazą II RNA i hamuje transkrypcję. Proces ten polega na syntezie cząsteczki RNA w wyniku dodawania rybonukleotydów komplementarnych do deoksyrybonukletoydów na nici matrycowej DNA, i jest niezbędny, aby mogło powstać białko.

Polimeraza RNA II syntezuje RNA kodujące białka, czyli mRNA. W jej centrum aktywnym (czyli fragmencie odpowiedzialnym za aktywność enzymatyczną) znajdują się dwa ważne elementy: helisa mostkowa (bridge helix) i pętla cynglowa (trigger loop). W obecności jonu metalu (Mg2+) biorą one udział w przyłączaniu rybonukleotydów, czyli podjednostek tworzących RNA. Amanityna wiąże się do pętli cynglowej, zmieniając jej położenie wobec helisy mostkowej i uniemożliwiając w ten sposób syntezę RNA. Dotyczy to jednak tylko polimerazy RNA u kręgowców: enzymy innych gatunków mają inną budowę i nie są hamowane przez amanitynę. Dlatego muchomor syntezuje własne mRNA bez problemów; amanityna nie szkodzi też np. ślimakom (Ryc. 3).

Ryc. 3. Rola amanityny w hamowaniu polimerazy II RNA. Źródło: Liu X et al., J. Biol. Chem. 2018, 293: 7189-7194. Licencja CC BY 4.0.

A. Schemat syntezy RNA (rybonukleotydy w kolorze brązowym) na matrycy DNA (nić matrycowa: deoksyrybonukleotydy w kolorze granatowym; nić kodująca: kolor jasnoniebieski). Zaznaczono jon metalu (fioletowy), pętlę cynglową (bridge loop, kolor brązowy), helisę mostkową (bridge helix, kolor zielony) i amanitynę (kolor pomarańczowy).

B. Struktura kompleksu ludzkiej polimerazy RNA II w kompleksie z amanityną (C). Amanityna wiąże pętlę cynglową i helisę mostkową w polimerazie RNA II, co uniemożliwia przyłączenie kolejnego rybonukleotydu (kolor brązowy) do powstającej nici RNA. W wyniku tego synteza RNA ulega zatrzymaniu.

Zahamowanie transkrypcji powoduje obniżenie syntezy ważnych dla organizmu białek, takich jak enzymy wątrobowe czy czynniki krzepnięcia, co może prowadzić do zaburzeń w działaniu organizmu. Ale to nie te zmiany są przyczyną śmierci po spożyciu amanityny: toksyny jest za mało, żeby zahamować syntezę mRNA w całym organizmie. Natomiast zaburzenia w transkrypcji powodują uruchomienie mechanizmów apoptozy, czyli programowanej śmierci komórki, i to właśnie jest przyczyną toksyczności amanityny. Następuje ekspresja białka p53 i kilku innych białek związanych z apoptozą: skutkiem jest uwolnienie cytochromu c z mitochondriów, aktywacja kaspaz (enzymów degradujących białka) i śmierć komórki. Amanityny pośrednio generują też reaktywne formy tlenu powodujące stres oksydacyjny (pisałem o tym w tekście o niebezpieczeństwach związanych z jedzeniem bobu).

Można więc powiedzieć, że amanityna wprawdzie hamuje syntezę mRNA, ale to reakcja komórek na to zahamowanie powoduje fatalne skutki. Śmierć komórek w wyniku apoptozy daje opisane wyżej objawy zatrucia muchomorem zielonawym. Najbardziej narażona jest wątroba, ponieważ jej komórki mają najwięcej białek OATP1B3, które transportują amanitynę. Skutek jest fatalny: amanityna wnika do komórek wątroby i sieje zniszczenie (Ryc. 4).

Ryc. 4. Mechanizm działania α-amanityny. Toksyna po wniknięciu do komórki za pośrednictwem białka OATP1B3 wiąże się do centrum aktywnego polimerazy II RNA i hamuje jej działanie. Powoduje to aktywację białka p53 i uruchomienie apoptozy z uwolnieniem cytochromu c i aktywacją kaspaz. Powstają też reaktywne formy tlenu (ROS). Źródło: Barbarosa I et al., J. Phram. Biomed. Anal. 2023, 232: 115421. Licencja CC BY 4.0.

Co możemy zrobić w przypadku zatrucia muchomorem zielonawym?

Niewiele, ponieważ kiedy pojawiają się objawy, jest już przeważnie zbyt późno na interwencję (toksyna jest już w komórkach). Stosuje się wymianę płynów i elektrolitów, wymuszoną diurezę (czyli środki moczopędne), a także wlewy dożylne z sylibiny, która jest flawonoidowym związkiem pochodzącym z ostropestu plamistego (Silybum marianum) o działaniu przeciwzapalnym i przeciwutleniającym. Skuteczność tych zabiegów jest jednak niewielka. Śmiertelność w wyniku zatrucia wynosi ok. 50%.

Zieleń indocyjanowa jako antidotum na amanitynę?

W marcu 2023 r. autorzy artykułu opublikowanego w Nature Communications wykazali, że toksyczna aktywność amanityny w komórce zależy od N-glikozylacji, czyli przyłączania cukrów do białek. Okazało się, że jeden z enzymów biorących udział w tym procesie, znany pod skrótową nazwą STT3B  (podjednostka kompleksu glikozylotransferazy dolichol-białko; dolichyl-diphosphooligosaccharide-protein glycosyltransferase subunit) jest niezbędny, aby amanityna mogła działać. Aktywność tego enzymu można zahamować za pomocą zieleni indocyjanowej, który jest fluorescencyjnym barwnikiem używanym od lat w diagnostyce medycznej. W badaniach na liniach komórkowych i myszach wykazano, że myszy przeżyją, jeżeli w ciągu ośmiu godzin od podania toksyny dostaną dożylnie zieleń indocyjanową. Rola glikozylacji w podatności na amanitynę jest tu trudna do wytłumaczenia, ale barwnik ten może być potencjalnym lekiem w przypadku zatrucia amanityną. Jest tylko jeden problem: objawy zatrucia amanityną pojawiają się najwcześniej po 6 godzinach i są dość łagodne. Wtedy można jeszcze interweniować. Przy poważnych objawach (36-48 godzin po spożyciu toksyny) jest już raczej za późno (Ryc. 5).

Ryc. 5. Zieleń indocyjanowa. Żródło: Wikipedia, domena publiczna.

Nie ma więc dobrej terapii dla osób zatrutych amanityną. Jeżeli dojdzie do uszkodzenia wątroby – jedynym ratunkiem jest jej przeszczep.

Jak się nie zatruć?

Amanityny są stabilne termicznie, więc nie ma mowy o pozbyciu się ich w wyniku gotowania czy smażenia. Chyba najlepiej unikać grzybów z blaszkami, z wyjątkiem tych, które można łatwo rozpoznać, jak kurki czy rydze. W USA dostępny jest test do wykrywania amatoksyn. Ale nawet mając wynik ujemny chyba lepiej nie ryzykować. Jest wiele innych smacznych grzybów.

Literatura dodatkowa

Amanityna: budowa, mechanizm działania, wykrywanie

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0731708523001905?via%3Dihub

Amanityna: mechanizm działania

https://www.mdpi.com/2072-6651/13/6/417

Struktura kompleksy polimeraz RNA II – amanityna

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021925820392048?via%3Dihub

Zieleń indocyjanowa jak antidotum na amanitynę

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37714-3