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20.01.13 Zwei Bitterrezeptoren binden Strichnin unterschiedlich

Schutz vor Strychninvergiftung entwickelte sich zweimal unabhängig voneinander

Der Mensch nimmt giftiges Strychnin mithilfe zweier Bittergeschmacksrezeptor-Typen wahr, die sich im Verlauf der Evolution unabhängig voneinander entwickelt haben

Diese Entdeckung eines Forscherteams um Wolfgang Meyerhof und Maik Behrens vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung, zu dem auch Wissenschaftler der israelischen Hebrew University of Jerusalem zählen, gibt einen tiefen Einblick in die Evolution des menschlichen Bittergeschmacks.

Abb. 1: Blick auf die Bindungstasche des Bitterrezeptors hTAS2R46 mit seinem angekoppelten Bitterstoff Strychnin. Der Rezeptor ist ohne extra- und intrazelluläre Schleifen dargestellt, wobei die Transmembranregionen als Zylinder erscheinen und die Transmembranregion V zur besseren Übersichtlichkeit ausgeblendet wurde.
Quelle: Wolfgang Meyerhof und Maik Behrens, DIfE (Abteilung Molekulare Genetik), Potsdam-Rehbrücke

Strychnin ist ein sehr bitteres und giftiges pflanzliches Alkaloid. Es kommt natürlicherweise in den Samen der Brechnuss (Strychnos nux-vomica) vor und wurde früher als Rattengift eingesetzt. Eine Menge von 100-140 mg – also etwa eine Messerspitze voll – kann bereits einen 70 Kilogramm schweren Menschen töten.

Der Mensch besitzt zwei Bitterrezeptor-Typen, den TAS2R10 und den TAS2R46, die empfindlich auf Strychnin reagieren. Beide Rezeptoren erkennen neben Strychnin auch ein breites Spektrum unterschiedlicher Bitterstoffe.

Um mehr über den funktionellen Aufbau und die Entwicklungsgeschichte der beiden Bitterrezeptoren zu erfahren, untersuchten die Wissenschaftler die Struktur und Funktion der Rezeptor-Innenarchitektur, die für die Bindung von Strychnin und die Entstehung des Bittersignals entscheidend ist.

„Wie unsere Untersuchungen erstmals zeigen, sind je nach Rezeptortyp andere Aminosäurereste für die Strychnin-Bindung und die Signalauslösung wichtig. Beide Rezeptoren binden Strychnin also auf unterschiedliche Weise“, sagt Stephan Born, Erstautor der Studie. „Das bedeutet, dass sich die Fähigkeit beider Bitterrezeptoren, Strychnin zu erkennen, während der Evolution unabhängig voneinander entwickelt haben muß“, erklärt Studienleiter Maik Behrens.

Darüber hinaus wiesen die Wissenschaftler am Beispiel des TAS2R10 nach, dass die Eigenschaft, viele Bitterstoffe gleichsam erkennen zu können, auf Kosten einer höheren Empfindlichkeit gegenüber einzelnen Bitterstoffen geht. „Diese Breitbandwahrnehmung von Bitterstoffen muss aus evolutionärer Sicht für den Menschen von Vorteil gewesen sein. Hierfür spricht auch, dass sich diese Eigenschaft beim TAS2R10 und TAS2R46 unabhängig voneinander entwickelt hat“, sagt Wolfgang Meyerhof, Leiter der Abteilung Molekulare Genetik am DIfE.

„Die Entstehung zweier unterschiedlich arbeitender Strychninrezeptoren könnte mit der kürzlich entdeckten Existenz natürlicher Bitterrezeptorblocker im Zusammenhang stehen. Selbst wenn einer der beiden Rezeptoren durch einen Bitterblocker in seiner Funktion beeinträchtigt würde, wäre der andere aufgrund der unterschiedlichen Erkennungsmechanismen immer noch funktionstüchtig. Eine gleichzeitige Blockade beider Rezeptoren und eine damit verbundene, fatale Fehlerkennung, die zur Vergiftung führt, wäre so unwahrscheinlich“, vermutet Maik Behrens. Dies könne ein eindeutiger Selektionsvorteil gewesen sein..

Quelle:

The Human Bitter Taste Receptor TAS2R10 Is Tailored to Accommodate Numerous Diverse Ligands
S. Born, et. al., J. Neurosci. 2012. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3248-12.2013

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Zwei Bitterrezeptoren binden Strichnin unterschiedlich
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2013/jan/strichninvergiftung.shtm)

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