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味觉受体及其传感器研究与应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-05-11  来源:食品科学
核心提示:G蛋白偶联受体(GPCRs)作为一个由上千个成员构成的受体超家族,控制着生物的取食方式、营养吸收及其定量化和生存状态。
   G蛋白偶联受体(GPCRs)作为一个由上千个成员构成的受体超家族,控制着生物的取食方式、营养吸收及其定量化和生存状态。有营养的物质一般都表现为“愉悦的甜、鲜、咸味”,并以此作为“奖赏机制”;而抗营养或腐败、有毒的成分则往往表现为“令人讨厌的苦、酸、辣味”,以此提醒回避,并作为一种安全和防御机制。味觉系统还决定了进食量,一旦超过一定的限制,其“愉悦”感就会减弱或消失,而代之以“饱腹感”,甚至产生“厌恶”感,从而停止进食。
 
  1GPCRs的结构与功能
 
  研究发现,GPCRs都具有一个共同的七跨膜结构域、胞外结构域和胞内结构域。GPCRs及其与配体(配基)的相互作用构成其传递细胞信号、发挥生物功能的基础。研究者通过研究发现味觉的传感主要取决于受体的胞外结构域,而胞内激活G蛋白信号放大与传递系统以及离子通道、神经信号传递等途径则是共同的,换言之,味觉感受是由受体和配基的相互作用及其在味觉组织上的分布和表达情况所“编码”。
 
  味觉受体的分布与功能
 
  研究表明,味觉受体可能就是内分泌系统调节与控制的介导者。这显然意味着味觉上皮并不简单地传感外部信号,而是在传递这些信号到神经系统的同时,也传递代谢内分泌信号。
 
  鲜味受体及其分布与功能
 
  由日本科学家发现的第5种基本味觉感受,味觉受体1型(T1R1)和T1R3组成的异二聚体是鲜味的味觉受体,在舌前部的菌状乳突味蕾内的Ⅱ型细胞中共表达。大量的实验证明T1R1/T1R3作为食物中氨基酸状态和可利用程度的传感系统将信号传递给雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1),干扰T1R1/T1R3受体的信号传递可以改变mTORC1的细胞定位。下调该信号途径抑制因子的表达可以上调关键性氨基酸的运载体,阻断翻译起始,诱导自吞噬作用。这些发现证明了T1R1/T1R3作为氨基酸传感器实现氨基酸营养状态和mTORC1之间的通讯,在氮源传感、吸收和代谢方面发挥重要功能。
 
  甜味受体及其分布与功能
 
  甜味受体是由T1R2构成,和鲜味受体共用T1R3,亦即以异二聚体的形式传感甜味信号。甜味受体也表达在胃肠道,如肠内分泌L-细胞和K-细胞,通过分泌GLP-1和葡萄糖依赖性促胰岛素肽发挥生理作用。肠绒毛顶部的这些细胞暴露到肠腔中摄取葡萄糖等甜味营养,同时激活甜味受体,刺激胰岛素的分泌,这些胰岛素统一受胰岛β-细胞的统筹与控制。甜味受体也可以上调小肠上皮细胞葡萄糖运载体的表达,增加葡萄糖的吸收和运输。
 
  苦味受体及其分布与功能
 
  现在苦味受体T2Rs已经被鉴定出来,且是GPCRs超家族成员。作用于苦味受体的化合物可以促进细胞的钙离子内流,从而舒缓平滑肌,减少哮喘患者呼吸道阻塞。有人提出,分布在呼吸道中的苦味受体通过味觉依赖性Gβγ作用于电压依赖性钙通道发挥活化钾离子通道的作用,这也是很多抗过敏、抗哮喘药物都很苦的重要原因。
 
  辣味受体及其分布与功能
 
  辣味受体早已作为痛(热)觉传感受体被发现。辣味受体-TRPV1也被定义为伤害性受体,同样可以被胞外质子激活。毫无疑问,传入神经对辣味和酸味等伤害性受体传感发挥重要作用。辣味受体的作用受炎症细胞因子的激活,对酸性pH值、高温也非常敏感。所以概括起来,TRPV1传感辣味、酸味和高温。
 
  咸味受体及其分布与功能
 
  对于人类,咸味没有阿米洛利利尿敏感性。动物对低浓度食盐的作用与上皮Na+通道(ENaCs)相联系,也有人认为低盐受体就是Na+通道。传递咸味信号的神经纤维主要分布在舌头的背腹部。到目前为止,对于高盐传感受体仍然莫衷一是。也曾经有人提出高盐传感受体实际上就是辣味受体TRPV1,但是后来又被否定了。
 
  酸味受体及其分布与功能
 
  动物对酸味的传感主要是靠舌头和上颚上皮上的味觉受体细胞。它们可以对酸性pH值和弱有机酸作出电化学响应。哺乳动物对酸味的传感实际上是通过质子选择性离子通道的顶部进入所发出的信号。弱酸也可能通过穿入细胞膜使胞浆酸化从而导致钾离子通道关闭,产生膜的去极化作用,激活酸味传感细胞。
 
  味觉受体传感的测定方法
 
  这些技术主要是基于GPCRs与配基作用所产生的细胞生理变化,如对离子通道的作用所产生的神经脉冲信号(多用于嗅觉信号编码与传递)、针对分子互作的表面等离子体共振技术(SPR),以及适于高通量细胞微孔筛选平台和活细胞微操作技术,包括细胞微阵列、细胞微流等。遗憾的是,这些技术往往只适用于某一特定的目的,难以实现真正意义的定量化。
 
  电子舌测定味觉成分
 
  在食品营养、调味和感官评价领域,其检测方法主要集中在以感官为基础的电子鼻和电子舌技术的研究与应用。其优点是重复性好、不需要对味觉物质进行预处理、成本较低等;但是缺点也很明显,与真正的味觉传感、神经、生理作用没有直接联系。
 
  味觉受体传感器研究进展
 
  天津商业大学生物技术与食品科学学院庞广昌教授所带领的课题组自1996年至今,在生物传感器研究方面进行了10多年的探索,特别是在纳米免疫传感器的研究方面取得了较大突破。以交联辣根过氧化物酶(HRP)的电子媒介体硫堇-壳聚糖为桥联剂,吸附纳米金于玻碳电极,借助纳米金吸附固定HRP制备了H2O2生物传感器。利用计时电流法对H2O2进行测定,结果表明该生物传感器检测的线性范围为1×10-7~1×10-4 mol/L,检测限为5.0×10-8 mol/L。其寿命、稳定性、重现性及选择性都表现突出。在此基础上,庞教授课题组以壳聚糖作为桥联剂连接金纳米粒子于玻碳电极,用纳米金固定HRP标记的抗牛免疫球蛋白(IgG)构建了检测牛IgG的电化学免疫传感器。结果显示,该传感器重现性及稳定性良好、成本低、操作简单,可用于含牛免疫球蛋白样品的定量检测。
 
  结 语
 
  本课题组成功地将抗原-抗体之间的弱相互作用转化为电化学信号,从而在研制出电化学型纳米金免疫传感器的基础上,将该技术用于受体传感器的研究,将大鼠体外表达的T1R1鲜味受体蛋白自组装到纳米金上,通过辣根过氧化物酶进一步放大信号,制成可以定量测定鲜味物质-谷氨酸单钠盐的电化学型传感器。该传感器结合固定化组织或细胞传感器技术,可以为鲜味物质,包括氨基酸、肽类、IMP和GMP及其与味觉受体作用规律、生物功能评价等研究提供高敏感、特异性、定量化、操作简单、价格便宜、重复性好的检测方法。该技术的建立与完善将有望为极具多样性的GPCRs及其与配基(体)互作规律、信号途径、生物学功能等研究提供一个通用的技术平台,同时可以用于人类和动物的味觉测定。
 
 
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