Těžká voda chutná sladce, potvrdili vědci letitou domněnku

Důležitý činitel při metabolických testech, moderátor v jaderných reaktorech, nástroj pro výrobu atomové bomby, ale údajně i zaručený pomocník po prohýřené noci. To vše je těžká voda. Chutná ale stejně jako obyčejná voda, nebo je sladká, jak se proslýchalo? Vědci Pavel Jungwirth a Phil Mason se studenty Carmelem Temprou a Victorem Crucesem Chamorrem z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR ve spolupráci s výzkumníky z Německa a Izraele se to rozhodli prozkoumat. Jednoznačně prokázali, že těžká voda má sladkou chuť. Jejich poznatky zveřejnil časopis Communications Biology.

Těžká voda (D₂O) se liší od obyčejné vody (H₂O) pouze tím, že vodíkové atomy tvořené protonem a elektronem (H) nahrazuje stabilní izotop vodíku zvaný deuterium (D), který má v jádře navíc i neutron. Nejvýznamnějším projevem této záměny je skutečnost, že těžká voda je o deset procent hustší než voda běžná. Naproti tomu rozdíly v pH či teplotě tání a varu, způsobené kvantovými efekty, jsou velmi malé. Po chemické stránce tak mezi oběma molekulami vody není prakticky žádný rozdíl.  

Rozdíly mezi chováním transmembránové části lidského receptoru sladké chuti v H₂O vs. D₂O na základě analýzy tří nezávislých mikrosekundových trajektorií.

„Navzdory tomu, že tyto dva izotopy vody jsou chemicky identické, a přestože chuťové vnímání je založeno právě na chemických vlastnostech, se nám podařilo jednoznačně prokázat, že lidé, na rozdíl od myší, jsou schopni odlišit jejich chuť a že těžká voda nám chutná sladce,“ říká o hlavních výsledcích studie vedoucí týmu Pavel Jungwirth.

Pro člověka sladká
Vědci provedli chuťové experimenty na myších, lidech i na geneticky upravených buňkách obsahujících lidský receptor pro sladkou chuť. Tyto pokusy následně zkombinovali s metodami molekulárního modelování. Jejich výsledky konzistentně ukazují, že chuť těžké vody zprostředkovává u lidí receptor sladké chuti.

„Právě to dokazuje, že vnímání sladké chuti těžké vody je slabý, ale reálný efekt odehrávající se přímo na úrovni chuťového receptoru, a ne někde dále v signálních drahách. Vlastně to znamená, že svým jazykem jsme schopni vnímat rozdíly způsobené kvantovými efekty, což je fascinující,“ dodává Pavel Jungwirth. Další studie by pak měly odhalit přesné místo a mechanismus, jakým D₂O aktivuje lidský chuťový receptor tak, že chutná sladce, a ne jinak.

Punkový experiment
Podle městských legend brání led z těžké vody bolestem hlavy po propité noci. Možnost využití deuteria jako léku na kocovinu ovšem snižuje cena těžké vody – několik takových kostek stojí víc než lahev kvalitní whisky. Ve větším množství navíc může těžká voda člověku ublížit.

Svým nevšedním pokusem porušil tým Pavla Jungwirtha jedno z nepsaných pravidel chemie. „Je to trochu punk. Základní princip každého chemika je, že se chemikálie neochutnávají. To se dělávalo do devatenáctého století, ale moderní chemici to prostě nedělají. Já se můžu omlouvat tím, že jsem původním vzděláním fyzik,“ směje se Pavel Jungwirth v našem podcastu A / Věda na dosah, v němž jsme se dotkli právě i tématu těžké vody.

I přes svůj neotřelý přístup slouží experiment jako základ k dalšímu možnému výzkumu. Vzhledem k tomu, že se těžká voda využívá v lékařství při metabolických měřeních, může zjištění, že vyvolává reakci receptoru sladké chuti, představovat důležitou informaci například pro klinické lékaře nebo pacienty. Toto zjištění také může být zajímavou informací pro chemiky, kteří běžně používají těžkou vodu při určování chemické struktury metodami nukleární magnetické rezonance či neutronového rozptylu. Úlohu těžké vody coby nového sladidla tedy neočekávejme.

Vyvrácení zažité „pravdy“
Těžká voda se v přírodě vyskytuje ve velmi zředěné formě, k následné izolaci v laboratorních podmínkách dochází například pomocí elektrolýzy. Její objevitel, americký chemik Harold Urey, přitom ve svém článku v časopise Science v roce 1935 rezolutně tvrdil, že těžká voda nemá žádnou chuť. Experiment Pavla Jungwirtha tak konečně vyvrací domněnky, které se ve vědecké komunitě držely přes osmdesát let.

„Naše studie s využitím moderních experimentálních postupů a metod počítačového modelování uzavírá letitý vědecký spor týkající se sladké chuti těžké vody a ukazuje, že i kvantové jevy v jádrech atomů mohou mít zřetelné efekty na tak základní biologické funkce, jako je smyslové vnímání,“ uzavírá fyzikální chemik.

---

Poslechněte si podcast s Pavlem Jungwirthem nejen o experimentu s těžkou vodou.

O dalším „punkovém“ experimentu Pavla Jungwirtha, který se dokonce dostal na titulku prestižního časopisu Science, jsme si s vědcem povídali v časopise A / Věda a výzkum.

Text: Martin Ocknecht, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, ve spolupráci s ÚOCHB AV ČR
Foto: Shutterstock; Carmelo Tempra, ÚOCHB AV ČR; Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR

 Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Krotitelé molekul: vědci objevili, jak zvýšit kapacitu molekulárních čipů
• Od vynálezu k praxi. Firma vyzkouší metodu jednodušší výroby metanolu
• Badatelé představili 3D materiály pro rekonstrukční a plastickou chirurgii
• Proč se Země a Venuše vyvinuly odlišně? Napoví mise, jíž se účastní i Češi
• Nová zobrazovací metoda pomůže rychleji identifikovat například rakovinné tkáně
• AMULET se zaměří na vývoj multiškálových materiálů, získal téměř půl miliardy
• Počítačový model ucha: čeští vědci vyvinuli unikátní nástroj ke zkoumání sluchu
• Čeští vědci odhalili π-díru v molekulách, potvrdili tak dekády známou teorii
• Česká kosmická mise SLAVIA chce pátrat po pokladech vesmíru
• Díky novému objevu týmu Pavla Hobzy by se mohly přepisovat učebnice chemie