Jedna z mála vecí, ktorú si väčšina z nás pamätá z hodín chémie, je lakmusový papierik. To je tá vecička, ktorá sa strká do rôznych roztokov a podľa jej sfarbenia sa potom určuje, či je roztok kyslý, alebo zásaditý. Slová kyslý a zásaditý majú v chémii presný význam, ktorý je kvantitatívne vyjadrený takzvaným pH faktorom. Slovo kyslý má okrem toho aj jasný gurmánsky význam. Na rozdiel od slova zásaditý, ktoré taký význam nemá. Prečo je to tak? Prečo jasne rozpoznávame kyslú, ale nie zásaditú chuť?
.pH, H a OH
Na začiatok zrejme nezaškodí pripomenúť si, čo vlastne sú tie kyseliny a zásady. Všetci vieme, že chemický vzorec vody je H2O. To ale neznamená, že čistá voda obsahuje len molekuly, ktoré sa skladajú z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka. Niektoré z týchto molekúl sa totiž rozložia na ióny H+ a OH–. Za normálnych podmienok pripadá na pol miliardy nerozložených molekúl H2O jeden rozložený pár H+ a OH–.
Rozkladajú sa len molekuly vody? Nie. Deje sa to aj s molekulami látok rozpustených vo vode – niektoré z nich sa tiež rozložia na ióny. Ak napríklad pridáme do vody chlórovodík HCl, niektoré (v skutočnosti skoro všetky) jeho molekuly sa rozložia na ióny H+ a Cl–, čím sa zvýši množstvo vodíkových iónov H+ v roztoku. Ak vo vode rozpustíme hydroxid sodný NaOH, niektoré jeho molekuly sa rozložia na ióny Na+ a OH–, čím sa v roztoku zvýši množstvo iónov OH–. Ióny H+ aj OH– sú pritom veľmi reaktívne a ich množstvo do značnej miery určuje celkovú ochotu až túžbu roztoku púšťať sa do chemických reakcií.
Látky, ktoré po pridaní do vody zvyšujú koncentráciu iónov H+, nazývame kyseliny. Látky, ktoré po pridaní do vody zvyšujú množstvo iónov OH–, nazývame zásady. Čím vyššia koncentrácia týchto iónov, tým silnejšia kyselina respektíve zásada (spomínaný pH faktor je číslo odvodené od koncentrácie iónov H+)
A čo to má spoločné s chuťou? Slabé kyseliny chutia kyslo (silné sa neodporúča ochutnávať). Slabé zásady nemajú takto výraznú konkrétnu chuť (silné opäť neochutnávame). To znamená, že v ústach dokážeme jasne rozoznať prítomnosť zvýšenej koncentrácie vodíkových iónov H+, ale na zvýšenú koncentráciu iónov OH– naše chuťové poháriky nijako špecificky nereagujú.
Načo je nám rozoznávanie vodíkových iónov? Sú niečím výnimočné? Z fyzikálneho hľadiska určite sú. Atóm vodíka má iba jeden elektrón a keď oň príde, zostane z neho len atómové jadro. Jadro vodíka je pritom tvorené jediným protónom, takže ión vodíka je (na rozdiel od všetkých ostatných iónov) elementárnou časticou. Vnímanie kyslej chuti je vlastne detekciou zvýšenej koncentrácie konkrétnych elementárnych častíc – protónov.
No dobre, ale to nám stále nehovorí nič o tom, čím sú voľné protóny zaujímavé a dôležité pre naše telo. Otázka stojí stále rovnako: Prečo potrebujeme rozoznávať v potrave koncentráciu práve týchto častíc?
.Na a H
Určitou stopou pri hľadaní odpovede môže byť analógia medzi slanou a kyslou chuťou. Mierne slané a mierne kyslé veci nám často chutia, veľmi slané a veľmi kyslé reflexívne vypľúvame. To vypľúvanie je vcelku zrozumiteľné: príliš veľa soli v tráviacom trakte vedie k dehydratácii, príliš kyslý roztok môže viesť k poleptaniu slizníc. Chuťová atraktívnosť mierne slaných vecí je tiež pochopiteľná: receptory slanej chuti sú vlastne detektory prítomnosti sodíkových iónov Na+ a tieto ióny sú pre organizmus extrémne dôležité, pretože sa (okrem iného) podstatným spôsobom zúčastňujú na vedení nervových vzruchov.
Chutia nám kyslé veci preto, lebo podobne ako v prípade sodíka si potrebujeme pravidelne dopĺňať aj zásobu vodíkových iónov? Nie, v prípade vodíka je to inak. Analógia so slanou chuťou je v tomto prípade falošnou stopou.
Podľa najrozumnejšej hypotézy, akú máme zatiaľ k dispozícii, nám pri detekcii vodíkových iónov nejde o ne samotné. Pre náš organizmus je zrejme dôležité niečo iné a vodíkové ióny sú len prejavom prítomnosti toho „iného“.
Čo je to „iné“? Nuž, ak o jeho prítomnosti svedčí zvýšená koncentrácia vodíkových iónov, ktorá je základným znakom kyselín, tak to asi bude kyselina. Akákoľvek kyselina? Nie, všetko nasvedčuje tomu, že ide o jednu konkrétnu kyselinu. Prítomnosť tejto kyseliny v potrave potrebujeme rozoznávať v dôsledku istej nepríjemnej udalosti z dávnej minulosti. Kde bolo, tam bolo, naši predkovia raz prišli o jeden gén kódujúci istý nenápadný enzým.
.C
Tento enzým sa volá L-gulonolaktón oxidáza a vedia si ho syntetizovať skoro všetky cicavce (na základe informácie zakódovanej v svojej DNA). Výnimku tvoria morčatá, niektoré druhy netopierov, opice a ľudoopy, medzi nimi aj človek. Ľudský genóm obsahuje namiesto tohto génu len nefunkčný pseudogén. K strate funkčnosti došlo pred viac ako šesťdesiatimi miliónmi rokov.
Aké to malo následky? Potenciálne katastrofálne, v skutočnosti nijaké. Inkriminovaný gén totiž v nejakom zmysle je a v nejakom nie je životne dôležitý. Ak je gén funkčný, organizmus syntetizuje príslušný enzým a ten umožňuje vytvárať z glukózy kyselinu askorbovú, ktorú bežne nazývame vitamínom C. Táto kyselina sa potom zúčastňuje (okrem iného) na tvorbe kolagénu, jedného z našich základných proteínov, ktorý tvorí viac ako štvrtinu všetkých proteínov v ľudskom tele. Preto je gén životne dôležitý a jeho mutácia vedúca k znefunkčneniu by mala mať pre postihnutého jedinca fatálne dôsledky.
Ale nemusí to tak byť a zrejme ani nebolo. Zdá sa, že jedinec so zmutovaným génom si pokojne žil ďalej, plodil potomstvo a prenášal naň svoj nefunkčný gén. To by znamenalo, že uvažovaný gén nakoniec nebol až taký dôležitý. Ako je niečo také možné? Takto: ak si organizmus pôvodne kyselinu askorbovú organizmus vyrábal sám, ale zároveň ju získaval aj v potrave, potom mohol stratu schopnosti jej „výroby“ nahradiť zvýšeným alternatívnym príjmom. Zmutovaný gén nášmu prapredkovi až tak nechýbal, ak sa živil okrem iných vecí aj ovocím a zeleninou (byť všežravcom sa oplatí).
Z potomkov takéhoto jedinca zrejme lepšie prospievali tí, ktorí mali väčšiu chuť na kyslé. Evolučný tlak na funkčnosť génu kódujúceho L-gulonolaktón oxidázu bol nahradený evolučným tlakom na rozoznávanie a obľubu kyslej chuti (najmä v typicky ovocnej kombinácii so sladkou chuťou). Keby naši dávni predkovia nestratili schopnosť syntetizovať L-gulonolaktón oxidázu, vitamín C by sme nepotrebovali získavať v potrave a ovocie by nám asi až tak nechutilo (čo by bola škoda). A najzaujímavejšie na tom celom je, že vnímanie kyslej chuti nie je založené na registrovaní tej zložky kyseliny askorbovej, ktorá je pre nás životne dôležitá, ale na registrovaní relatívne bezvýznamných vodíkových iónov (protónov), ktoré táto kyselina uvoľnuje do vodného roztoku. Nevyspytateľné sú cesty evolúcie.
.pH, H a OH
Na začiatok zrejme nezaškodí pripomenúť si, čo vlastne sú tie kyseliny a zásady. Všetci vieme, že chemický vzorec vody je H2O. To ale neznamená, že čistá voda obsahuje len molekuly, ktoré sa skladajú z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka. Niektoré z týchto molekúl sa totiž rozložia na ióny H+ a OH–. Za normálnych podmienok pripadá na pol miliardy nerozložených molekúl H2O jeden rozložený pár H+ a OH–.
Rozkladajú sa len molekuly vody? Nie. Deje sa to aj s molekulami látok rozpustených vo vode – niektoré z nich sa tiež rozložia na ióny. Ak napríklad pridáme do vody chlórovodík HCl, niektoré (v skutočnosti skoro všetky) jeho molekuly sa rozložia na ióny H+ a Cl–, čím sa zvýši množstvo vodíkových iónov H+ v roztoku. Ak vo vode rozpustíme hydroxid sodný NaOH, niektoré jeho molekuly sa rozložia na ióny Na+ a OH–, čím sa v roztoku zvýši množstvo iónov OH–. Ióny H+ aj OH– sú pritom veľmi reaktívne a ich množstvo do značnej miery určuje celkovú ochotu až túžbu roztoku púšťať sa do chemických reakcií.
Látky, ktoré po pridaní do vody zvyšujú koncentráciu iónov H+, nazývame kyseliny. Látky, ktoré po pridaní do vody zvyšujú množstvo iónov OH–, nazývame zásady. Čím vyššia koncentrácia týchto iónov, tým silnejšia kyselina respektíve zásada (spomínaný pH faktor je číslo odvodené od koncentrácie iónov H+)
A čo to má spoločné s chuťou? Slabé kyseliny chutia kyslo (silné sa neodporúča ochutnávať). Slabé zásady nemajú takto výraznú konkrétnu chuť (silné opäť neochutnávame). To znamená, že v ústach dokážeme jasne rozoznať prítomnosť zvýšenej koncentrácie vodíkových iónov H+, ale na zvýšenú koncentráciu iónov OH– naše chuťové poháriky nijako špecificky nereagujú.
Načo je nám rozoznávanie vodíkových iónov? Sú niečím výnimočné? Z fyzikálneho hľadiska určite sú. Atóm vodíka má iba jeden elektrón a keď oň príde, zostane z neho len atómové jadro. Jadro vodíka je pritom tvorené jediným protónom, takže ión vodíka je (na rozdiel od všetkých ostatných iónov) elementárnou časticou. Vnímanie kyslej chuti je vlastne detekciou zvýšenej koncentrácie konkrétnych elementárnych častíc – protónov.
No dobre, ale to nám stále nehovorí nič o tom, čím sú voľné protóny zaujímavé a dôležité pre naše telo. Otázka stojí stále rovnako: Prečo potrebujeme rozoznávať v potrave koncentráciu práve týchto častíc?
.Na a H
Určitou stopou pri hľadaní odpovede môže byť analógia medzi slanou a kyslou chuťou. Mierne slané a mierne kyslé veci nám často chutia, veľmi slané a veľmi kyslé reflexívne vypľúvame. To vypľúvanie je vcelku zrozumiteľné: príliš veľa soli v tráviacom trakte vedie k dehydratácii, príliš kyslý roztok môže viesť k poleptaniu slizníc. Chuťová atraktívnosť mierne slaných vecí je tiež pochopiteľná: receptory slanej chuti sú vlastne detektory prítomnosti sodíkových iónov Na+ a tieto ióny sú pre organizmus extrémne dôležité, pretože sa (okrem iného) podstatným spôsobom zúčastňujú na vedení nervových vzruchov.
Chutia nám kyslé veci preto, lebo podobne ako v prípade sodíka si potrebujeme pravidelne dopĺňať aj zásobu vodíkových iónov? Nie, v prípade vodíka je to inak. Analógia so slanou chuťou je v tomto prípade falošnou stopou.
Podľa najrozumnejšej hypotézy, akú máme zatiaľ k dispozícii, nám pri detekcii vodíkových iónov nejde o ne samotné. Pre náš organizmus je zrejme dôležité niečo iné a vodíkové ióny sú len prejavom prítomnosti toho „iného“.
Čo je to „iné“? Nuž, ak o jeho prítomnosti svedčí zvýšená koncentrácia vodíkových iónov, ktorá je základným znakom kyselín, tak to asi bude kyselina. Akákoľvek kyselina? Nie, všetko nasvedčuje tomu, že ide o jednu konkrétnu kyselinu. Prítomnosť tejto kyseliny v potrave potrebujeme rozoznávať v dôsledku istej nepríjemnej udalosti z dávnej minulosti. Kde bolo, tam bolo, naši predkovia raz prišli o jeden gén kódujúci istý nenápadný enzým.
.C
Tento enzým sa volá L-gulonolaktón oxidáza a vedia si ho syntetizovať skoro všetky cicavce (na základe informácie zakódovanej v svojej DNA). Výnimku tvoria morčatá, niektoré druhy netopierov, opice a ľudoopy, medzi nimi aj človek. Ľudský genóm obsahuje namiesto tohto génu len nefunkčný pseudogén. K strate funkčnosti došlo pred viac ako šesťdesiatimi miliónmi rokov.
Aké to malo následky? Potenciálne katastrofálne, v skutočnosti nijaké. Inkriminovaný gén totiž v nejakom zmysle je a v nejakom nie je životne dôležitý. Ak je gén funkčný, organizmus syntetizuje príslušný enzým a ten umožňuje vytvárať z glukózy kyselinu askorbovú, ktorú bežne nazývame vitamínom C. Táto kyselina sa potom zúčastňuje (okrem iného) na tvorbe kolagénu, jedného z našich základných proteínov, ktorý tvorí viac ako štvrtinu všetkých proteínov v ľudskom tele. Preto je gén životne dôležitý a jeho mutácia vedúca k znefunkčneniu by mala mať pre postihnutého jedinca fatálne dôsledky.
Ale nemusí to tak byť a zrejme ani nebolo. Zdá sa, že jedinec so zmutovaným génom si pokojne žil ďalej, plodil potomstvo a prenášal naň svoj nefunkčný gén. To by znamenalo, že uvažovaný gén nakoniec nebol až taký dôležitý. Ako je niečo také možné? Takto: ak si organizmus pôvodne kyselinu askorbovú organizmus vyrábal sám, ale zároveň ju získaval aj v potrave, potom mohol stratu schopnosti jej „výroby“ nahradiť zvýšeným alternatívnym príjmom. Zmutovaný gén nášmu prapredkovi až tak nechýbal, ak sa živil okrem iných vecí aj ovocím a zeleninou (byť všežravcom sa oplatí).
Z potomkov takéhoto jedinca zrejme lepšie prospievali tí, ktorí mali väčšiu chuť na kyslé. Evolučný tlak na funkčnosť génu kódujúceho L-gulonolaktón oxidázu bol nahradený evolučným tlakom na rozoznávanie a obľubu kyslej chuti (najmä v typicky ovocnej kombinácii so sladkou chuťou). Keby naši dávni predkovia nestratili schopnosť syntetizovať L-gulonolaktón oxidázu, vitamín C by sme nepotrebovali získavať v potrave a ovocie by nám asi až tak nechutilo (čo by bola škoda). A najzaujímavejšie na tom celom je, že vnímanie kyslej chuti nie je založené na registrovaní tej zložky kyseliny askorbovej, ktorá je pre nás životne dôležitá, ale na registrovaní relatívne bezvýznamných vodíkových iónov (protónov), ktoré táto kyselina uvoľnuje do vodného roztoku. Nevyspytateľné sú cesty evolúcie.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.